FR3004551A1

FR3004551A1 - Procede de detection capacitif multizone, dispositif et appareil mettant en oeuvre le procede

Info

Publication number: FR3004551A1
Application number: FR1353371A
Authority: FR
Inventors: Didier Roziere; Eric Legros
Original assignee: Fogale Nanotech SA
Current assignee: Quickstep Technologies LLC
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-17
Also published as: KR20150143543A; KR101911135B1; EP2987056A2; CN105452998A; WO2014170180A2; CN105452998B; JP6284623B2; US10592046B2; JP2016515744A; WO2014170180A3; US20160034102A1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de détection capacitif, mettant en œuvre une pluralité d'électrodes (5, 7) aptes à permettre la détection d'objets (1) dans leur voisinage par couplage capacitif, et comprenant une étape de polarisation de manière simultanée d'au moins une partie desdites électrodes (5, 7) avec des potentiels d'excitation différents, lesquels potentiels d'excitation étant générés par rapport à un potentiel de référence de telle sorte que le produit scalaire sur une durée prédéterminée d'au moins deux de ces potentiels d'excitation soit nul ou très inférieur au produit scalaire de l'un et/ou de l'autre de ces potentiel d'excitation avec lui-même sur ladite durée prédéterminée. L'invention concerne aussi un dispositif et un appareil mettant en œuvre le procédé.

Description

« Procédé de détection capacitif multizone, dispositif et appareil mettant en oeuvre le procédé » Domaine technique La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection capacitif multizone. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des systèmes de détection capacitifs et des interfaces homme-machine tactiles et sans contact.

Etat de la technique antérieure De nombreux appareils de communication et de travail utilisent des interfaces de mesure tactile ou sans contact comme interface homme-machine pour entrer des commandes. Ces interfaces peuvent notamment prendre la forme de pads ou d'écrans tactiles. On les trouve par exemple dans des téléphones mobiles, des smartphones, des ordinateurs à écran tactile, des tablettes, des pads, des PC, des souris, des dalles tactiles et des écrans géants..... Ces interfaces utilisent fréquemment les technologies capacitives. La surface de mesure est équipée d'électrodes conductrices reliées à des moyens électroniques qui permettent de mesurer la variation des capacités apparaissant entre des électrodes et l'objet à détecter pour effectuer une commande. Il est possible de réaliser des électrodes transparentes, qui permettent de superposer une interface sur un écran d'affichage, par exemple de 25 smartphone. La plupart de ces interfaces sont tactiles, c'est-à-dire qu'elles peuvent détecter le contact d'un ou de plusieurs objet(s) d'intérêt ou de commande (tels que des doigts ou un stylet) avec la surface de l'interface. Il se développe de plus en plus d'interfaces gestuelles ou sans contact, 30 qui sont en mesure de détecter des objets de commande à une plus grande distance de l'interface, sans contact avec la surface. Le développement d'interfaces sans contact nécessite la mise en oeuvre de techniques de mesure capacitive de très grande sensibilité et offrant une grande immunité aux perturbations de l'environnement. En effet, la capacité 35 qui se crée entre des électrodes de mesure capacitive de l'interface et des -2- objets de commande est inversement proportionnelle à la distance qui les sépare. On connaît par exemple le document FR 2 756 048 de Rozière qui divulgue un procédé de mesure capacitive qui permet de mesurer la capacité 5 et la distance entre une pluralité d'électrodes indépendantes et un objet à proximité. Cette technique permet d'obtenir des mesures de capacité entre les électrodes et les objets avec une résolution et une sensibilité élevées, permettant de détecter par exemple un doigt à plusieurs centimètres voire à 10 dix centimètres de distance. La détection peut se faire dans l'espace en trois dimensions mais également sur une surface, appelée surface de mesure. De manière générale, l'objet de commande peut être considéré comme étant à un potentiel électrique de référence tel qu'une masse électrique ou la terre. 15 Dans la plupart des techniques de détection capacitives, les électrodes sont polarisées à une tension d'excitation. On mesure donc un couplage capacitif entre ces électrodes polarisées et l'objet au potentiel de référence. Dans le cas d'un appareil portable tel qu'un smartphone ou une tablette, le circuit électrique comprend un potentiel de référence ou une masse interne 20 qui est flottant par rapport à la terre, puisqu'il est alimenté par une batterie. Toutefois, par le jeu des couplages capacitifs avec son environnement (en particulier lorsqu'il est tenu dans une main d'un utilisateur), ce potentiel de référence interne est ramené à la terre ou au moins au potentiel du corps de l'utilisateur. Ainsi, lorsqu'une autre main s'approche des électrodes de 25 mesure, elle est « vue » comme étant sensiblement au potentiel de référence interne ou au potentiel de masse du dispositif. Il y a intérêt à développer des appareils portables, tels que des smartphones ou des tablettes, qui comportent des surfaces sensibles pourvues d'électrodes de mesure à d'autres endroits que l'écran d'affichage. 30 De tels appareils peuvent être par exemple équipés d'électrodes sur la face opposée à l'écran et/ou sur les côtés, afin de détecter des informations complémentaires sur leur environnement, la façon dont ils sont tenus, etc. Le problème qui se pose dans ce cas est que, du fait de la nature flottante de l'électronique embarquée par rapport à la terre, si des électrodes 35 de mesure polarisées à une tension d'excitation sont en contact électrique ou -3- fortement couplées (de manière capacitive) avec par exemple la main de l'utilisateur qui tient l'appareil, tout le corps de l'utilisateur est « vu » par l'électronique comme étant sensiblement à ce potentiel d'excitation. Et dans ce cas l'objet de commande qui est par exemple sa deuxième main est également « vu » comme étant sensiblement au potentiel d'excitation des électrodes. Le couplage capacitif est alors nul ou très faible et l'objet n'est pas détecté ou uniquement à faible distance. Les techniques de détection capacitives sont également utilisées pour équiper des systèmes tels que des robots ou des appareils d'imagerie médicale mobiles (scanners, ...) afin de les rendre sensibles à leur environnement. Le principe est le même : on mesure le couplage capacitif entre des électrodes capacitives polarisées à une tension d'excitation et des objets de l'environnement supposés à un potentiel électrique de référence, à la masse ou à la terre.

Lorsque deux objets équipés d'électrodes capacitives sont en déplacement relatifs l'un par rapport à l'autre, ils risquent de ne pas se détecter mutuellement car si les électrodes de mesure sont au même potentiel il ne s'établit pas de couplage capacitif entre elles. C'est d'ailleurs le principe de la garde qui est utilisé dans la plupart des systèmes de détection capacitifs : les électrodes sont protégées des influences non désirées de l'environnement (les capacités parasites) en disposant des surfaces conductrices au même potentiel d'excitation à proximité. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de détection capacitif et un dispositif qui permettent de résoudre ces 25 inconvénients de l'art antérieur. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de détection capacitif et un dispositif qui permette d'équiper des appareils électriquement flottants par rapport à une masse générale ou à la terre d'électrodes de détection capacitives aptes à détecter l'approche d'objets 30 d'intérêt de telle sorte que les mesures soient pas ou peu affectées par des couplages électriques forts de certaines électrodes avec la masse ou la terre. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de détection capacitif et un dispositif qui permette d'équiper des appareils portables tels que des smartphones ou des tablettes d'électrodes de détection 35 capacitives sur une pluralité de faces de telle sorte que les mesures ne soient -4- pas ou peu affectées par des couplages électriques forts de certaines électrodes avec la masse ou la terre. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de détection capacitif et un dispositif qui permette d'équiper une pluralité 5 d'appareils d'électrodes de détection capacitives de telle sorte que ces appareils soient également aptes à se détecter mutuellement. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un procédé de détection capacitif, mettant en oeuvre une pluralité d'électrodes aptes à permettre la détection d'objets 10 dans leur voisinage par couplage capacitif, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de polarisation de manière simultanée d'au moins une partie desdites électrodes avec des potentiels d'excitation différents, lesquels potentiels d'excitation étant générés par rapport à un potentiel de référence de telle sorte que le produit scalaire sur une durée prédéterminée d'au moins 15 deux de ces potentiels d'excitation soit nul ou très inférieur au produit scalaire de l'un et/ou de l'autre de ces potentiel d'excitation avec lui-même sur ladite durée prédéterminée. Les potentiels d'excitation peuvent correspondre par exemple à des valeurs temporelles de signaux électriques d'excitation référencés au potentiel 20 de référence, ou encore à des différences de tension électrique par rapport au potentiel de référence. Bien entendu, il peut être mis en oeuvre dans la cadre de l'invention un nombre quelconque de potentiels d'excitation différents. Il peut notamment être mis en oeuvre deux potentiels d'excitation, ou un nombre supérieur à 25 deux de potentiels d'excitation. Suivant des modes de mise en oeuvre, les potentiels d'excitation générés peuvent comprendre : - au moins un potentiel d'excitation variable dans le temps ; - des potentiels d'excitation périodiques de fréquences différentes ; 30 - au moins un potentiel d'excitation dont le contenu fréquentiel est dispersé sur une bande spectrale ; - deux potentiels d'excitation périodiques de même fréquence en quadrature de phase ; - au moins un potentiel d'excitation dont le produit scalaire avec un 35 signal de perturbation est minimisé ; -5- - au moins un potentiel d'excitation sensiblement égal au potentiel de référence. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de mesure du couplage capacitif d'une électrode, comprenant : - une acquisition de mesures représentatives de la charge électrique de l'électrode, et - une démodulation desdites mesures représentatives de la charge en utilisant le potentiel d'excitation de ladite électrode. Suivant un autre aspect, il est proposé un dispositif de détection capacitif, comprenant une pluralité d'électrodes aptes à permettre la détection d'objets dans leur voisinage par couplage capacitif, et comprenant en outre des moyens d'excitation aptes à polariser de manière simultanée au moins une partie desdites électrodes avec des potentiels d'excitation différents, lesquels potentiels d'excitation étant générés par rapport à un potentiel de référence de telle sorte que le produit scalaire sur une durée prédéterminée d'au moins deux de ces potentiels d'excitation soit nul ou très inférieur au produit scalaire de l'un et/ou de l'autre de ces potentiel d'excitation avec lui-même sur ladite durée prédéterminée. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre : - des moyens de mesure référencés au même potentiel d'excitation que les électrodes auxquelles ils sont reliés. - des moyens de démodulation reliés aux moyens de mesure, et aptes à produire une mesure représentative du couplage capacitif référencée au potentiel de référence.

Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens permettant de polariser au moins une électrode : - à plusieurs potentiels d'excitation différents, et/ou - à au moins un potentiel d'excitation ou au potentiel de référence.

Suivant un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant un dispositif de détection capacitif, et mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Suivant des modes de réalisation, l'appareil selon l'invention peut comprendre selon une première face un écran d'affichage et des premières 35 électrodes sensiblement transparentes polarisées à un premier potentiel -6- d'excitation, et selon une seconde face opposée à la première face des secondes électrodes polarisées à un second potentiel d'excitation. L'appareil peut être notamment de l'un des types suivants : smartphone, tablette.

Suivant des modes de réalisation, l'appareil selon l'invention peut comprendre une pluralité de modules aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre, chaque module comprenant des électrodes polarisées à un potentiel d'excitation différent des autres modules. 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 Fig. 1 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, - la Fig. 2 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, - la Fig. 3 illustre un schéma de principe électronique pour mettre en oeuvre l'invention - la Fig. 4 illustre un chronogramme de l'acquisition des mesures. Bien entendu, les modes de mise en oeuvre de l'invention présentés ainsi que les répartitions et les dispositions des électrodes décrits dans ces modes 20 de mise en oeuvre ne sont en aucun cas limitatif. Ils sont simplement présentés à titre d'exemples représentatifs. On va tout d'abord décrire, en référence à la Fig. 1, un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Ce mode correspond par exemple à la mise en oeuvre de l'invention dans 25 un dispositif électronique 2 ou un appareil 2 tel qu'un téléphone, un smartphone, une tablette PC, qui comporte par exemple plusieurs écrans, ou un écran et des zones sensibles telles que des boutons, .... Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, l'appareil 2 qui est présenté en coupe est représentatif d'un smartphone ou d'une tablette PC. Il comprend une 30 première face avec un écran d'affichage 4 équipé de premières électrodes capacitives 5 transparentes réparties (par exemple selon une disposition matricielle) sur sa surface. Ces premières électrodes 5 et leur électronique associée permettent de détecter la position, la distance 3 et/ou le contact d'un objet de commande 1 sur l'écran d'affichage 4. L'objet de commande 1 peut 35 être par exemple un doigt de l'utilisateur. Les positions et distances détectées -7- sont ensuite traduites en termes de commandes par le logiciel de contrôle de l'interface homme-machine de l'appareil 2. De manière classique, l'appareil comprend une première surface conductrice de garde 6 situé derrière les premières électrodes 5 de l'écran, entre ces électrodes 5 et les autres éléments de l'appareil 2. Cette première garde 6 est polarisée au même potentiel électrique d'excitation que les premières électrodes 5, de telle sorte à éviter les couplages capacitifs parasites entre les premières électrodes 5 et des éléments internes de l'appareil 2, tels que l'électronique 12.

Le potentiel électrique d'excitation est défini par rapport à un potentiel de référence 13 qui correspond à la masse générale de l'électronique 12 de l'appareil 2. Il faut noter que dans le cas d'un appareil portable alimenté sur batterie, en l'absence de liaison galvanique ou de couplage significatif avec la terre, ce potentiel de référence 13 est flottant par rapport à la terre.

L'appareil 2 comprend également des secondes électrodes 7 réparties (par exemple selon une disposition matricielle) sur une seconde surface 14 opposée à la surface supportant l'écran 4. Ces secondes électrodes 7 peuvent être des électrodes transparentes superposées à un second écran d'affichage, ou des électrodes équipant simplement le boîtier de l'appareil 2.

Ces secondes électrodes 7 et leur électronique associée permettent de détecter la position, la distance 3 et/ou le contact d'objets dans leur environnement. L'appareil 2 comprend en outre une seconde surface conductrice de garde 8 situé derrière les secondes électrodes 7 de l'écran, entre ces électrodes 7 et les autres éléments de l'appareil 2. Cette seconde garde 8 est polarisée au même potentiel électrique d'excitation que les secondes électrodes 7, de telle sorte à éviter les couplages capacitifs parasites entre les secondes électrodes 7 et des éléments internes de l'appareil 2, tels que l'électronique 12.

L'appareil 2 peut comprendre en outre des troisièmes électrodes 10, 11 sur les faces latérales. Lorsque l'écran 4 est utilisé (par exemple), la seconde face 14 et les faces latérales sont des lieux privilégiés pour tenir l'appareil 2 dans la main, ou le poser sur la paume de la main, ou encore le poser sur une table ou sur le sol. -8- Les dispositifs de l'art antérieur qui comprennent uniquement des premières électrodes 5 sont conçus de telle sorte que lorsqu'ils sont tenus ou posés, la masse générale de l'électronique 12 est couplée (par contact électrique ou par couplage capacitif) au corps de l'utilisateur et/ou au support. 5 Dans ces conditions il est possible de faire en sorte que le potentiel de référence 13 corresponde sensiblement au potentiel du corps de l'utilisateur et/ou à la terre. Un doigt ou un objet conducteur tenu par l'utilisateur constitue alors un objet de commande 1 sensiblement au potentiel de référence 13 et peut donc être détecté dans les meilleures conditions par les 10 premières électrodes 5. Lorsque un appareil 2 tel qu'illustré à la Fig. 1 est posé sur un support 9 tel qu'une main ou une table du côté par exemple des secondes électrodes 7, il s'établit un couplage capacitif fort entre le support 9 et ces électrodes 7. Il s'ensuit que, par rapport au potentiel de référence interne 13 de l'appareil 2, 15 le support 9 apparaît comme polarisé au potentiel d'excitation des secondes électrodes 7. Selon le même raisonnement que précédemment, l'objet de commande 1 est « vu » par rapport au potentiel de référence interne 13 de l'appareil 2 comme étant polarisé sensiblement au même potentiel que le support 9, c'est-à-dire au potentiel d'excitation des secondes électrodes 7. Et 20 si le potentiel d'excitation est identique pour toutes les électrodes comme dans les dispositifs de l'art antérieur, l'objet de commande 1 ne génère plus de couplage capacitif avec les électrodes et ne peut donc plus être détecté (ou du moins seulement avec des performances très dégradées). La solution mise en oeuvre par l'invention, qui est détaillée plus loin, 25 comprend la génération de potentiels d'excitation différents et sensiblement orthogonaux au sens mathématique pour les premières électrodes 5 et les secondes électrodes 7. En ce qui concerne les troisièmes électrodes 10, 11 sur les faces latérales, différentes options sont possibles, notamment lorsque l'appareil 2 30 est un smartphone ou une tablette. Selon une section ou une vue en coupe : - l'appareil 2 peut comprendre des troisièmes électrodes 10, 11 distinctes, respectivement vers les premières et secondes faces 4, 14, tel qu'illustré à la Fig. 1. Dans ce cas une des troisièmes électrodes 10 peut être au potentiel d'excitation des premières électrodes 5, et une des troisièmes 35 électrodes 11 peut être au potentiel d'excitation des secondes électrodes 7 ; -9- - l'appareil 2 peut ne comprendre qu'une troisième électrode 10 ou 11 qui couvre au moins une partie de la face latérale. Dans ce cas, cette troisième électrode peut être au potentiel d'excitation des premières électrodes 5 ou au potentiel d'excitation des secondes électrodes 7. Elle peut éventuellement être commutée d'un potentiel d'excitation à l'autre en fonction d'informations issues des mesures des premières et/ou des secondes électrodes. La troisième électrode 10 ou 11 peut également être à un potentiel d'excitation différent de celui des premières et des secondes électrodes.

Le long des faces latérales, les troisièmes électrodes peuvent constituer un anneau entourant l'appareil 2, ou comprendre plusieurs électrodes réparties sur ces faces latérales. On va maintenant décrire, en référence à la Fig. 2, un second mode de mise en oeuvre de l'invention.

Ce mode correspond par exemple à la mise en oeuvre de l'invention dans des modules 21, 22 mobiles l'un par rapport à l'autre et par rapport à leur environnement. Ce type de configuration peut se trouver par exemple en robotique ou dans les appareils d'imagerie médicale comportant des parties mobiles, tels que les scanners.

Par exemple, en robotique pour imagerie médicale, il peut être nécessaire de mettre en oeuvre plusieurs modules 21, 22 ou plusieurs robots 21, 22 qui fonctionnent près du même patient. Chaque module 21, 22 possède au moins une zone de détection capacitive 23, 24 avec des électrodes 5, 7 pour éviter les collisions et/ou rendre autonome son déplacement sans collision. Il est en outre nécessaire que la zone de détection capacitive 23 d'un module 21 puisse reconnaître la zone de détection 24 d'un autre module 22 comme objet cible pour éviter tout risque de collision entre ces modules. Or, de nouveau, si les électrodes capacitives des zones de détection 23, 24 respectives des modules 21, 22 sont soumises au même potentiel d'excitation comme dans les systèmes de l'art antérieur, il n'y a pas de couplage capacitif entre elles et elles ne peuvent pas se détecter mutuellement. La solution mise en oeuvre par l'invention, qui est détaillée plus loin, 35 comprend la génération de potentiels d'excitation différents et sensiblement -10- orthogonaux au sens mathématique pour les électrodes des zones de détection des différents modules 21, 22. Les mesures des différents modules 21, 22 sont gérées par un même dispositif de mesure capacitif 25. Bien entendu, les modules 21, 22 de la Fig. 2 peuvent également être pourvus de plusieurs zones de détection ou d'électrodes sur plusieurs faces, tel que présenté à la Fig. 1. Dans ce cas les zones de détection peuvent être gérées comme expliqué plus loin de telle sorte à ne pas se perturber mutuellement entre zones d'un même module et/ou de modules différents. En référence à la Fig. 3, on va maintenant décrire un schéma de principe 10 de montage électronique 12 pour la mise en oeuvre de l'invention. Le schéma présenté est basé sur l'enseignement du document FR 2 756 048 auquel on peut se référer pour les détails de mise en oeuvre. Le schéma présenté comprend une pluralité de voies de mesures en parallèle. La Fig. 3 présente un exemple avec deux voies de mesure. 15 Chaque voie de mesure permet le contrôle et l'acquisition de mesures sur une ou une pluralité d'électrodes, ainsi que la génération d'un potentiel d'excitation distinct pour ces électrodes. Bien entendu, le schéma de la Fig. 3 peut être généralisé de telle sorte à: 20 - mettre en oeuvre un nombre quelconque de voies de mesures en parallèle ; - mettre en oeuvre un nombre quelconque de potentiels d'excitation distincts, pour différentes voies de mesures ; - mettre en oeuvre des voies de mesure en parallèle avec le même 25 potentiel d'excitation, de telle sorte à permettre l'acquisition de plusieurs mesures simultanément sur des électrodes polarisées au même potentiel d'excitation. On va maintenant décrire en détail le schéma pour la première voie de mesure, avec entre parenthèse les références numériques correspondant à la 30 deuxième voie de mesure. L'électronique de détection 12 comprend une partie 32 (33), dite « flottante », référencée au potentiel d'excitation 42 (43), et qui comprend les premiers étages de mesure au plus près des électrodes. Le potentiel d'excitation 42 (43) est généré par une source de tension 30 (31) variable 35 dans le temps référencée au potentiel de référence 13 de l'électronique 12.

L'électronique flottante 32 (33) comprend pour l'essentiel un amplificateur de charge 34 (35) référencé au potentiel d'excitation 42 (43). Cet amplificateur de charge 34 (35) est relié en entrée à une électrode de mesures 5 (7). Il permet de générer une tension proportionnelle à la charge 5 accumulée dans l'électrode 5 (7), qui dépend de la capacité de couplage engendrée par les objets 1 (9) dans le voisinage de l'électrode 5 (7). L'électronique flottante 32 (33) comprend également un multiplexeur 44 (45) ou un scrutateur qui permet « d'interroger » séquentiellement une pluralité d'électrodes 5 (7) avec une seule voie de mesure. Ce multiplexeur 44 10 (45) est conçu de telle sorte à relier les électrodes 5 (7) : - soit à l'entrée de l'amplificateur de charge 34 (35) pour acquérir des mesures, - soit au potentiel de référence 42 (43), auquel cas les électrodes correspondantes se comportent comme des électrodes de garde 6 (8), ce qui 15 permet d'éviter l'apparition de capacités parasites avec des électrodes actives reliées à l'entrée de l'amplificateur de charge 34 (35). Le signal de sortie de l'amplificateur de charge 34 (35) est référencé au potentiel d'excitation 42 (43). Il est transformé par un amplificateur différentiel 36 (37) en un signal référencé au potentiel de référence 13. Bien 20 entendu, l'amplificateur différentiel 36 (37) peut être remplacé par tous autres composants permettant de transférer un signal entre des étages électroniques avec des potentiels de référence différents. Le signal de mesure est ensuite démodulé par un démodulateur 38 (39) pour produire une mesure 40 (41) représentative de la distance ou du 25 couplage des électrodes 5 (7) avec le ou les objets 1 (9). En pratique, le démodulateur 38 (39) est numérique. Ce principe de détection permet des mesures avec une très grande sensibilité et une très grande précision car tous les éléments électroniques proches des électrodes 5 (7) sont référencés et/ou polarisés au potentiel 30 d'excitation 42 (43). Du fait de la structure de l'amplificateur de charge 34 (35), les électrodes 5 (7) sont également polarisées au potentiel d'excitation 42 (43). Ainsi il ne peut pas apparaître de capacités parasites. En outre, des éléments de garde polarisés au potentiel d'excitation 42 (43), dont des électrodes de garde 6 (8), peuvent être ajoutées au voisinage des électrodes 35 de mesure 5 (7) ou de leurs pistes de connexion pour éviter l'apparition de -12- capacités parasites avec des éléments à proximité soumis à un autre potentiel. L'électronique de la Fig. 3 peut être implémentée dans le dispositif de la Fig. 1 de telle sorte que, par exemple, - toutes les électrodes d'une face 4, 14 sont contrôlées par une même voie de mesure électronique. Ainsi selon les configurations représentées, la première voie de mesure contrôle toutes les premières électrodes 5 de la première face 6, et la seconde voie de mesure contrôle toutes les secondes électrodes 7 de la seconde face 14 ; - les électrodes d'une face 4, 14 sont réparties en zones et contrôlées respectivement par plusieurs voies de mesure électroniques. Cela peut permettre d'améliorer la précision et l'indépendance des mesures dans différentes zones ; - les électrodes latérales 10, 11 sont contrôlées respectivement par une 15 première et une seconde voie de mesure ; - les électrodes latérales 10, 11 sont reliées au choix à une première voie de mesure ou à une seconde voie de mesure par des moyens de commutation. La commutation peut être effectuée en fonction d'informations issues d'autres électrodes ; 20 - les électrodes latérales 10, 11 sont contrôlées par une troisième voie de mesure électronique ; De même, l'électronique de la Fig. 3 peut être implémentée dans le dispositif de la Fig. 2 de telle sorte que, par exemple, toutes les électrodes d'un module 21, 22 sont contrôlées par une même voie de mesure 25 électronique. Ainsi selon les configurations représentées, la première voie de mesure contrôle toutes les premières électrodes 5 du premier module 21, et la seconde voie de mesure contrôle toutes les secondes électrodes 7 du second module 22. Comme expliqué précédemment, un objet de l'invention est d'apporter 30 un procédé qui permette de gérer une multiplicité de zones de détection dont certaines peuvent être en fort couplage avec l'utilisateur ou la cible. Suivant une première variante de mise en oeuvre de l'invention, on commute au potentiel de référence 13 l'ensemble des électrodes d'une ou de plusieurs zones de détection lorsque l'on acquiert des mesures avec des 35 électrodes d'une autre zone de détection. Ainsi, il est possible d'éviter que les -13- zones de détection se perturbent mutuellement, soit par couplage direct comme dans le cas de la Fig. 2, soit par l'intermédiaire d'un couplage avec un objet de commande comme dans le cas de la Fig. 1. Plus précisément, en se référant au schéma de la Fig. 2, cela peut être 5 effectué avantageusement en commutant au potentiel de référence 13 un potentiel d'excitation 43 par exemple. En pratique cela peut être effectué notamment en transformant la source de tension 31 en court-circuit, ce qui revient à l'éteindre ou à générer une tension nulle. Ainsi, tous les éléments référencés à ce potentiel d'excitation 43 sont ramenés au potentiel de 10 référence 13, y compris les éléments de garde 8. Cette première variante de l'invention peut être mise en oeuvre dans le mode de réalisation de la Fig. 1 de la manière suivante : - on commute au potentiel de référence 13 le potentiel d'excitation 43 des secondes électrodes 7, de telle sorte à mettre à ce potentiel de référence 15 13 les secondes électrodes 7 de la seconde face 14 ; - on effectue des mesures avec les premières électrodes 5. Ainsi, même si les secondes électrodes 7 sont en couplage fort avec la main de l'utilisateur 9 qui tient le téléphone par sa seconde face 14 (par exemple), on peut détecter un doigt 1 avec les premières électrodes 5 dans les meilleures 20 conditions puisque l'utilisateur est « vu » par ces électrodes comme étant au potentiel de référence 13 ; - ensuite, de la même manière, on commute au potentiel de référence 13 le potentiel d'excitation 42 des premières électrodes 5 de telle sorte à mettre à ce potentiel de référence 13 les premières électrodes 5 de la 25 première face 4, puis on effectue des mesures avec les secondes électrodes 7. Ainsi, le dispositif peut être tenu et utilisé selon ses deux faces, éventuellement de la même manière. La première variante de l'invention peut être également mise en oeuvre dans le mode de réalisation de la Fig. 2 de la manière suivante : 30 - on commute au potentiel de référence 13 le potentiel d'excitation 43 des secondes électrodes, de telle sorte à mettre à ce potentiel de référence 13 les secondes électrodes 7 du second module 22 ; - on effectue des mesures avec les premières électrodes 5 du premier module 21. Ainsi, ces premières électrodes 5 sont sensibles de la même -14- manière à la présence du second module 22, y compris selon la zone de détection 24, qu'au reste de l'environnement ; - ensuite, de la même manière, on commute au potentiel de référence 13 le potentiel d'excitation 42 des premières électrodes 5 de telle sorte à mettre à ce potentiel de référence 13 les premières électrodes 5 du premier module 21, puis on effectue des mesures avec les secondes électrodes 7 du second module 22. Bien entendu, toutes les stratégies de multiplexage temporel et de scrutation des différentes zones de détection peuvent êtres mises en oeuvre 10 dans le cadre de l'invention. Cette première variante de l'invention présente toutefois l'inconvénient que les électrodes des différentes zones de détection doivent être activées et interrogées séquentiellement. On va maintenant présenter une seconde variante, correspondant à un 15 mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention, qui permet d'effectuer des mesures simultanément dans plusieurs zones de détection tout en minimisant les risques d'interférences entre ces zones. En référence à la Fig. 4, on appelle 17,1(0 le signal de couplage (numérique) obtenu à la sortie 40 du démodulateur 38 de la première voie de 20 l'électronique de détection, et qui fournit une mesure représentative du couplage capacitif ou de la distance entre une première électrode de mesure 5 et un objet d'intérêt 1. Plus généralement, on appelle Vei(/) le signal de couplage issu de la voie i (i=1, 2, ...) de l'électronique de détection. 25 Le signal de couplage Vei(l) est actualisé avec une période temporelle supérieure ou égale à la durée d'accumulation Te des mesures dans le démodulateur 38 comme on le verra plus loin. Il peut correspondre par exemple : - à une suite de mesures acquises avec la même première électrode 5, 30 ou - à des mesures successives acquises avec différentes premières électrodes 5 polarisées au même potentiel de référence 42, et commutées par le multiplexeur 44. -15- On appelle Usl(t) le signal de mesure de charge analogique, référencé au potentiel référence 13, qui apparaît à la sortie de l'amplificateur différentiel 36. Plus généralement, on appelle Use) le signal de mesure de charge de la 5 voie i (i=1, 2, ...) de l'électronique de détection. Ce signal de mesure de charge Use) correspond au produit de la charge électrique Qei(t) accumulée dans l'électrode de mesure (soit l'électrode 5 pour la voie i = 1) avec un gain Gei de l'amplification de charge, soit, use) = Gei Qei(t), (Eq- 1) 10 ou, sous une forme numérique échantillonnée avec une période temporelle T' Usi(k) = Gei Qei(k), (Eq. 2) Le signal de mesure de charge est démodulé dans le démodulateur 38 (pour la voie 1) pour obtenir le signal de couplage Vei(/). Cette démodulation 15 est une démodulation d'amplitude synchrone (transposition en bande de base et filtrage passe-bas) dans laquelle on utilise comme oscillateur local 30, 31 le signal d'excitation de la voie concernée. Elle est effectuée numériquement. Elle comprend une multiplication terme-à-terme du signal de mesure de charge Usi(k) avec le signal d'excitation 17i(k) de la voie i correspondante et 20 une sommation des termes du produit sur une durée temporelle d'accumulation Te , soit, Vei(1) = EiNi9:01 Usi(k) Vi(k) (Eq. 3) Avec k = 0 ... Ars - 1 et Ns = Tek, Le signal d'excitation 17i(k) peut être écrit sous la forme générale d'un 25 produit d'un terme d'amplitude et d'une fonction de base bi(k) qui définit sa forme temporelle, soit : Vi(k) = 11711 bi(k). (Eq. 4) Comme expliqué précédemment, la présence d'éléments polarisés à des potentiels différents du potentiel de référence 13 peut perturber les mesures. 30 Ces perturbations peuvent être modélisées par des capacités équivalentes, essentiellement en parallèle, reliant une électrode de mesure aux différentes sources de tension de perturbation. Par exemple, dans le cas de la Fig. 3, en prenant en compte une source de perturbation électrique additionnelle Vp, la charge mesurée sur une -16- première électrode 5 polarisée à un premier potentiel d'excitation V1(t) en présence d'un objet d'intérêt 1 peut s'exprimer de la manière suivante : Qei(t) = Mt) + C12 v2 d'intérêt/ . (Eq. 5) La capacité C11 est la capacité à mesurer entre l'électrode 5 et l'objet 5 d'intérêt 1 supposé au potentiel de référence 13. La capacité C12 est une capacité parasite due par exemple à un couplage partiel entre l'objet d'intérêt 1 et des secondes électrodes 7 (et des électrodes de garde 8) polarisées au second potentiel d'excitation V2(t). De même, la capacité Clp est une capacité parasite due à des couplages avec la source de perturbation électrique 10 additionnelle Vp. La source de perturbation électrique additionnelle Vp peut être due par exemple à une connexion d'un appareil portable à un chargeur. Il peut également s'agir d'une source de tension présente au niveau de l'objet d'intérêt 1, par exemple : 15 - due à une perturbation liée à son fonctionnement ; - volontairement générée pour son fonctionnement, dans le cas par exemple où l'objet d'intérêt 1 est un stylet actif polarisé à son propre potentiel d'excitation. Ce potentiel d'excitation du stylet peut alors être choisi de telle sorte à contribuer à la mesure ou à améliorer la mesure avec au moins l'une 20 des voies de mesure, ou avec plusieurs voies de mesure séquentiellement. Dans ce cas, il peut être par exemple synchrone avec le potentiel d'excitation des électrodes d'au moins une voie de mesure. La charge mesurée peut être réécrite sous une forme numérique factorisée, soit 25 Qe1 (k) = Ce1 [a11 V1(k) + a12 V2 (k)+otip Vp (k)] . (Eq. 6) En combinant les Eq. 6 et Eq. 3, on obtient l'expression du signal de couplage : Vei(i) = Gel Cet Ek [a11 (k) a12 V2 (0+% Vp (k)] V1(k) . (Eq. 7) Cette expression peut se réécrire sous la forme : 30 Ve1(1) = Gel Cet t an Ek (k) V1 (k) +0(12 Ek Vi(k) V2 (k) +aip Ek Vi(k) Vp(k) (Eq. 8) En introduisant l'Eq. 4 dans l'Eq. 8, on obtient finalement l'expression du signal de couplage : -17- Ve1(0 = Gel Cet t a11 IV112 Ek b12 (k) +a12 1171111721 Ek bi(k) b2(k) +Otip Ek Vi(k) Vp(k) (Eq. 9) Cette expression peut se généraliser pour un nombre i quelconque de 5 potentiel d'excitation Vi sous la forme : vei(/) = Gei Cei taii 117i 12 Ek bit (k) ^ Ej;j#i(Ceil 11711 11711 Ek b i(k) b I (0) +ceip Ek Vi(k) Vp(k)}. (Eq. 10) Le premier terme de l'expression générale du signal de couplage Vei(/), 10 qui ne dépend que du potentiel d'excitation i, correspond à la valeur que l'on souhaite mesurer. Les autres termes, qui dépendent d'autres potentiels d'excitation j ou de signaux de perturbation additionnels Vp sont des termes parasites dont il faut minimiser l'influence. 15 Pour simplifier les notations, on peut définir le produit scalaire sur l'espace vectoriel de dimension 1\/'. des fonctions de base bi tel que : bi - bj = ENkl 01 b (k) b (k) (Eq. 11) La norme d'une fonction bi est alors : 1bi 12 = ENks-oi bi2(k) (Eq. 12) 20 On voit donc que pour minimiser l'influence des perturbations dans l'expression générale du signal de couplage Vei il faut choisir des signaux d'excitation Vi tels que le produit scalaire de deux fonctions de base bi, b I différentes (par exemple correspondant à des voies de mesures différentes) soit négligeable ou au moins très inférieur à la norme de la fonction de base bi 25 du signal d'excitation Vi de l'électrode considérée : Ibi I » bi - b . (Eq. 13) Bien entendu, si on veut effectuer simultanément des mesures avec les électrodes polarisées au potentiel d'excitation VI, il faut aussi satisfaire la condition symétrique : 30 Ibjl » bi - b . (Eq. 14) Le même raisonnement peut être appliqué vis-à-vis d'un signal de perturbation Vp dans la mesure où ce signal peut être suffisamment connu (soit théoriquement soit grâce à des mesures). Son influence sur les mesures peut être minimisée si on peut choisir un signal d'excitation Vi tel que son -18- produit scalaire avec le signal de perturbation 17p soit négligeable ou au moins très inférieur à la norme du signal d'excitation Vi. Toutes les fonctions de base qui permettent de satisfaire ou au moins d'approximer ces critères peuvent être utilisées dans le cadre de l'invention.

De façon à assurer une bonne indépendance du signal détecté par chaque voie de mesure i par rapport aux autres termes, on peut choisir des fonctions de base bi de telle sorte à obtenir par exemple un ratio en décibels A = 20 log (be) (Eq. 15) de l'ordre de -20 dB ou moins, ou de l'ordre de -30 dB, ou -40 dB, ou 10 moins. Ainsi, la perturbation sur l'amplitude du signal de couplage due aux sources parasites ne dépassera pas cette valeur de décibel. Les fonctions de base peuvent être des fonctions discrètes qui peuvent prendre deux valeurs, telles que +1 et -1. Les fonctions de base peuvent également être des fonctions discrètes qui 15 peuvent prendre un jeu de valeurs discrètes plus complet tel que : +1 ; 1/racine(2) ; 0 ; -1/racine(2) ; -1. Cela permet de mieux contrôler le spectre d'énergie générée vers les hautes fréquences, en choisissant des valeurs adjacentes pour des indices k successifs. Cela permet aussi de générer des fonctions qui se rapprochent de 20 sinusoïdes pures. Voici, à titre d'exemples non limitatifs, des critères qui peuvent être utilisés pour générer des fonctions de base : - les fonctions de base bi peuvent être choisies de telle sorte à générer un motif de signal carré périodique, ou proche d'une sinusoïde. Chaque 25 fonction de base bi peut alors être essentiellement représentée par une fréquence fi ; - on peut alors choisir d'éloigner les fréquences fi les unes des autres, ou de les choisir convenablement pour obtenir l'orthogonalité entre fonctions de base bi différentes; 30 - pour générer deux potentiels d'excitation, on peut générer des signaux avec des fréquences fi, f2 identiques, mais avec un décalage de phase de 90 degrés. On a alors des signaux en quadrature de phase. - les fonctions de base bi peuvent être choisies de telle sorte à minimiser les pics d'énergie, ou lisser le spectre. On peut avoir une stratégie de -19- dispersion de fréquence, qui peut permettre de minimiser l'énergie rayonnée à certaines fréquences par le dispositif ; - les fonctions de base bi peuvent être choisies de telle sorte à minimiser l'énergie aux basses fréquences où le bruit en 1/f pénalise le système, et/ou 5 pour éviter l'énergie aux hautes fréquences pour des raisons de compatibilité électromagnétique ou de consommation ; - pour chacune des stratégies ci-dessus, le choix peut être orienté en plus pour minimiser le terme de produit scalaire avec une perturbation parasite 17p subie, de telle sorte à en minimiser l'influence.

10 Au niveau de l'implémentation dans un dispositif, - les fonctions de base bi peuvent être pré-calculées et enregistrées dans le dispositif qui en dispose en temps réel sans calcul supplémentaire ; - plusieurs jeux de fonctions peuvent être disponibles à l'avance. Le choix entre ces bases peut alors être effectué selon des critères tels que la 15 minimisation d'effets de signaux de perturbation 17p ; - on peut commuter entre les différents jeux de fonctions de base entre des acquisitions successives du signal de couplage Vei(/), donc entre des périodes Te si nécessaire. Dans le schéma de la Fig. 2, cela revient à changer les formes de signaux générées par les sources d'excitation 30, 31 au cours 20 du temps, ou commuter différentes sources d'excitation 30, 31. L'ensemble du dispositif peut ainsi être reconfiguré dynamiquement en fonction de son environnement. Il est à noter que la variante de mode de réalisation dans laquelle des électrodes sont polarisées au potentiel de référence 13 est conforme au 25 critère de génération de potentiels de polarisation qui minimisent le produit scalaire des termes croisés. En effet si bi est la fonction de base du potentiel de polarisation des électrodes utilisées pour la mesure et b I la fonction de base des électrodes au potentiel de référence, on a b = 0, bi - b = 0 et donc 1b11 » bi - b I conformément à l'Eq. 13.

30 Bien entendu, on n'effectue pas dans ce cas de mesures simultanées avec les électrodes polarisées au potentiel de référence 13, et donc il n'est pas nécessaire de satisfaire la condition symétrique de l'Eq. 14. A titre d'exemple d'application, on peut mettre en oeuvre l'invention dans les conditions suivantes : -20- Ts= 5 ps Te= 8 ms Ns= 1600 On peut en outre générer notamment les familles de potentiels d'excitation suivantes, avec k = 0 ...Ns -1 : - avec deux fréquences différentes et orthogonales : bl(k) = -k 1 ; -k 1 ; - 1 ; - 1 ; -k 1 ; -k 1 ; - 1 ; - 1 ; ... répété 199 fois ; b2(k) = +1 ; -k 1 ; -k 1 ; -k 1 ; - 1 ; - 1 ; - 1 ; - 1 ; ... répété 199 fois. - avec deux fréquences identiques et des signaux en quadrature : MO = +1 ; +1 ; -1 ; -1 ; +1 ; +1 ; -1 ; -1 ; ... répété 199 fois ; b2(k) = - 1 ; -k 1 ; -k 1 ; - 1 ; - 1 ; + 1 ; + 1 ; - 1 ; ... répété 199 fois. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.15

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détection capacitif, mettant en oeuvre une pluralité d'électrodes (5, 7) aptes à permettre la détection d'objets (1, 21, 22) dans 5 leur voisinage par couplage capacitif, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de polarisation de manière simultanée d'au moins une partie desdites électrodes (5, 7) avec des potentiels d'excitation différents (42, 43), lesquels potentiels d'excitation (42, 43) étant générés par rapport à un potentiel de référence (13) de telle sorte que le produit scalaire sur une durée 10 prédéterminée d'au moins deux de ces potentiels d'excitation (42, 43) soit nul ou très inférieur au produit scalaire de l'un et/ou de l'autre de ces potentiel d'excitation (42, 43) avec lui-même sur ladite durée prédéterminée.
2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel les potentiels 15 d'excitation générés (42, 43) comprennent au moins un potentiel d'excitation variable dans le temps.
3. Le procédé de l'une des revendications précédentes, dans lequel les potentiels d'excitation générés (42, 43) comprennent des potentiels 20 d'excitation périodiques de fréquences différentes.
4. Le procédé de l'une des revendications précédentes, dans lequel les potentiels d'excitation générés (42, 43) comprennent au moins un potentiel d'excitation dont le contenu fréquentiel est dispersé sur une bande spectrale. 25
5. Le procédé de l'une des revendications précédentes, dans lequel les potentiels d'excitation générés (42, 43) comprennent deux potentiels d'excitation périodiques de même fréquence en quadrature de phase. 30
6. Le procédé de l'une des revendications précédentes, dans lequel les potentiels d'excitation générés (42, 43) comprennent au moins un potentiel d'excitation dont le produit scalaire avec un signal de perturbation est minimisé.-22-
7. Le procédé de l'une des revendications précédentes, dans lequel les potentiels d'excitation générés (42, 43) comprennent au moins un potentiel d'excitation sensiblement égal au potentiel de référence.
8. Le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend en outre une étape de mesure du couplage capacitif d'une électrode (5, 7), comprenant : - une acquisition de mesures représentatives de la charge électrique de l'électrode, et - une démodulation desdites mesures représentatives de la charge en utilisant le potentiel d'excitation (42, 43) de ladite électrode (5, 7).
9. Dispositif de détection capacitif, comprenant une pluralité d'électrodes (5, 7) aptes à permettre la détection d'objets (1, 21, 22) dans leur voisinage par couplage capacitif, caractérisé en ce que qu'il comprend en outre des moyens d'excitation (30, 31) aptes à polariser de manière simultanée au moins une partie desdites électrodes (5, 7) avec des potentiels d'excitation différents (42, 43), lesquels potentiels d'excitation (42, 43) étant générés par rapport à un potentiel de référence (13) de telle sorte que le produit scalaire sur une durée prédéterminée d'au moins deux de ces potentiels d'excitation (42, 43) soit nul ou très inférieur au produit scalaire de l'un et/ou de l'autre de ces potentiel d'excitation (42, 43) avec lui-même sur ladite durée prédéterminée.
10. Le dispositif de la revendication 9, qui comprend en outre des moyens de mesure (34, 35, 36, 37) référencés au même potentiel d'excitation (42, 43) que les électrodes (5, 7) auxquelles ils sont reliés.
11. Le dispositif de la revendication 10, qui comprend en outre des 30 moyens de démodulation (38, 39) reliés aux moyens de mesure (34, 35, 36, 37), et aptes à produire une mesure représentative du couplage capacitif référencée au potentiel de référence (13).
12. Le dispositif de l'une des revendications 9 à 11, qui comprend en 35 outre des moyens permettant de polariser au moins une électrode :-23- - à plusieurs potentiels d'excitation différents (42, 43), et/ou - à au moins un potentiel d'excitation (42, 43) ou au potentiel de référence (13).
13. Appareil comprenant un dispositif de détection capacitif selon l'une des revendications 9 à 12, et mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
14. L'appareil de la revendication 13, qui comprend selon une première face (4) un écran d'affichage et des premières électrodes (5) sensiblement transparentes polarisées à un premier potentiel d'excitation (42), et selon une seconde face (14) opposée à la première face des secondes électrodes (7) polarisées à un second potentiel d'excitation (43).
15. L'appareil de la revendication 14, qui est de l'un des types suivants : smartphone, tablette.
16. L'appareil de la revendication 13, qui comprend une pluralité de modules (21, 22) aptes à se déplacer l'un par rapport à l'autre, chaque 20 module comprenant des électrodes (5, 7) polarisées à un potentiel d'excitation (42, 43) différent des autres modules (21, 22).