FR3005763A1

FR3005763A1 - Dispositif et procede d'interface de commande capacitive adapte a la mise en œuvre d'electrodes de mesures fortement resistives

Info

Publication number: FR3005763A1
Application number: FR1354472A
Authority: FR
Inventors: Didier Roziere
Original assignee: Fogale Nanotech SA
Current assignee: Quickstep Technologies LLC
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-11-21
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: FR3005763B1; EP2997455A1; CN105531656B; US20160188038A1; WO2014183932A1; CN105531656A; US9983746B2

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt, comprenant (i) une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive (5), (ii) des moyens électroniques et de traitement comprenant des moyens d'excitation aptes à polariser lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure aptes à mesurer un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt, (iii) des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, (iv) des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4), dans lequel les moyens d'excitation sont agencés de telle sorte à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) couplées capacitivement à au moins un objet d'intérêt et leur piste de liaison (7) ait une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive. L'invention concerne aussi un appareil et un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.

Description

« Dispositif et procédé d'interface de commande capacitive adapté à la mise en oeuvre d'électrodes de mesures fortement résistives » Domaine technique La présente invention concerne un dispositif d'interface de commande capacitive adapté à la mise en oeuvre d'électrodes de mesure avec des pistes de liaison fortement résistives. Elle concerne aussi un appareil avec une interface de commande comprenant un tel dispositif, et un procédé mis en oeuvre dans ce dispositif ou cet appareil. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des interfaces de commande tactiles et/ou gestuelles, notamment pour des smartphones, des tablettes ou des écrans tactiles. Etat de la technique antérieure Les interfaces de commandes tactiles et/ou gestuelles (c'est-à-dire capables de déterminer la présence d'objets de commande dans leur voisinage sans contact) sont fréquemment utilisées notamment dans les smartphones, les tablettes et les écrans tactiles. Elles sont alors transparentes et superposées à l'écran d'affichage.

Un grand nombre de ces interfaces utilisent les technologies capacitives. La surface tactile est équipée d'électrodes conductrices reliées à des moyens électroniques qui permettent de mesurer la variation des capacités apparaissant entre des électrodes et des objets à détecter (tels que des doigts) pour effectuer une commande.

Les techniques capacitives couramment mises en oeuvre dans des 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 position en 2D (XY), dans le plan de la surface active. Ces techniques sont souvent appelées « mutual capacitance ». Elles permettent de détecter la présence et la position du doigt au travers d'un diélectrique de faible épaisseur. Elles ont notamment l'avantage de permettre 35 une très bonne résolution dans la localisation dans le plan (XY) de la surface -2- sensible d'un ou de plusieurs doigts. Elles permettent aussi, avec un logiciel de traitement approprié, de gérer un grand nombre de doigts si la surface de l'interface est suffisamment grande. On connait également des techniques qui permettent de mesurer la 5 capacité absolue qui apparaît entre des électrodes et un objet à détecter. Ces techniques sont aussi appelées « self capacitance ». Les électrodes peuvent aussi être en forme de ligne et colonne comme les techniques de type « mutual capacitance ». Il existe également des structures d'électrodes dites matricielles avec 10 des électrodes individuelles, souvent de forme rectangulaire, réparties sur toute la surface tactile. On connaît par exemple le document FR2949007 de Rozière qui décrit un détecteur capacitif de proximité comprenant une pluralité d'électrodes indépendantes, et qui permet de mesurer la capacité et la distance entre les 15 électrodes et un ou des objet(s) à proximité. La technologie mise en oeuvre utilise une garde afin d'éliminer toute capacité parasite. Toutes les électrodes sont au même potentiel et il n'y a ainsi aucune capacité de couplage entre les électrodes susceptible de dégrader la mesure de la capacité. 20 Cette technologie est bien adaptée à la réalisation d'interfaces de commandes capacitives sous la forme de pads ou de dalles transparente tactiles et gestuelles (3D) de petite taille, comme par exemple des touchpad d'ordinateurs portable ou des écrans pour Smartphones. Ces techniques utilisent en général un signal d'excitation (sur les lignes 25 ou colonnes émettrices pour les techniques de type « mutual capacitance » et sur toutes les électrodes pour les techniques de type « self capacitance ») dont la fréquence est relativement élevée. En effet la mesure de la capacité à détecter est en général effectuée avec un convertisseur de capacité en tension en utilisant des circuits de 30 transfert de charge avec des commutations capacitives ou des amplificateurs de charges. Le signal analogique de mesure ainsi obtenu, qui est à la fréquence du signal d'excitation, est ensuite démodulé et traité numériquement. Les solutions de démodulation et de traitement numérique utilisées dans 35 ces systèmes nécessitent en général de traiter un grand nombre de périodes -3- du signal analogique de mesure pour obtenir une mesure de capacité exploitable. En pratique, on utilise au moins une dizaine de périodes du signal d'excitation pour obtenir une mesure de capacité. L'utilisation d'une fréquence élevée permet en outre de traiter un grand 5 nombre d'électrodes ou de points de mesure séquentiellement. Par exemple, pour obtenir une cadence de mesure de 100 images par seconde sur la totalité d'une interface qui comprend 100 électrodes (ou en d'autres termes pour mesurer 100 fois par secondes 100 électrodes), en utilisant une dizaine de périodes du signal d'excitation pour obtenir chaque 10 mesure de capacité, il faut une fréquence d'excitation d'au moins 100 KHz. Un autre avantage d'utiliser une fréquence de l'ordre de 100 KHz est que cela permet de travailler dans une fenêtre fréquentielle relativement éloignées des perturbations électromagnétiques les plus courantes, dont notamment le 50-60Hz du secteur et les fréquences de l'ordre de 1 MHz et au-delà des 15 circuits numériques et radio. Enfin, les impédances capacitive (1/wC) obtenues à ces fréquences sont relativement faibles et donc plus faciles à traiter. Donc, en pratique, les fréquences d'excitation couramment utilisées se situent entre 50 KHz et 500 KHz. 20 Une contrainte des structures d'électrodes matricielles transparentes est qu'elles nécessitent la présence sur la surface tactile de pistes de liaison qui relient chaque électrode individuelle à l'électronique. En effet les technologies mises en oeuvre pour réaliser les dalles capacitives transparentes ne permettent pas l'utilisation de solutions multicouches avec des trous 25 métallisés comme pour les circuits imprimés, où les pistes de liaison peuvent être enterrées sous les électrodes. Les pistes de liaison et les électrodes transparente sont en général réalisées avec de l'ITO (oxyde d'indium-étain). Ce matériau est relativement résistif (100 à 200 ohm/carré), et il est nécessaire de réaliser des pistes 30 larges pour limiter la résistance électrique totale de ces pistes. Cette contrainte est très connue des fabricants de dalles tactiles transparentes. Elle est facilement compatible avec les solutions à base d'électrodes en forme de lignes et de colonnes. En effet, ces lignes et ces colonnes ont en général une largeur de plusieurs millimètres, ce qui permet d'obtenir une résistance totale -4- inférieure à environ 10 Kohm pour des dalles jusqu'à 10 pouces (250 mm) de diagonale. La présence de pistes de liaisons sur la surface qui supporte une structure matricielle d'électrodes transparentes utilisées pour faire des 5 mesures en mode « self capacitance » a l'inconvénient de dégrader fortement la qualité de la détection, notamment de plusieurs doigts. En effet ces pistes créent des électrodes parasites dans la mesure où elles sont sensibles à la présence d'un objet au même titre que les électrodes auxquelles elles sont reliées. Et cet effet est d'autant plus important que les pistes de liaison sont 10 larges. Une solution possible est de réduire fortement la largeur de ces pistes afin de rendre leur surface la plus négligeable possible par rapport aux électrodes individuelles. Mais dans ce cas leur résistance augmente fortement, ce qui impose d'en limiter la longueur pour conserver une résistance totale 15 compatible avec les électroniques de détection connues. Ainsi, en pratique, cette technique est limitée à des panels transparents d'une taille maximale de l'ordre de 4 pouces (100 mm). Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'interface de commande capacitive qui soit moins sensible que les 20 dispositifs et les procédés de l'art antérieur à la résistivité des éléments tels que les électrodes, les pistes de liaison et les éléments de garde, et qui soit apte à effectuer des mesures précises même avec des éléments fortement résistifs. Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif et 25 un procédé d'interface de commande capacitive qui permettent la mise en oeuvre de structures matricielle d'électrodes transparentes sur des panels de grande taille. Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'interface de commande capacitive qui permettent la mise en 30 oeuvre de structures matricielle d'électrodes transparentes avec des pistes de liaison sur la même couche que les électrodes transparentes, et agencées de telle sorte que la détection d'objets de commande ne soit pas perturbée par la présence de ces pistes de liaison. Exposé de l'invention -5- Cet objectif est atteint avec un dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, comprenant : - une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de 5 mesure capacitive, - des moyens électroniques et de traitement, comprenant des moyens d'excitation aptes à polariser lesdites électrodes de mesure à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure aptes à mesurer un couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure et au moins un 10 objet d'intérêt, - des éléments de garde en matériau conducteur à l'électricité, disposés à proximité desdites électrodes de mesure au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, 15 - des pistes de liaison électrique disposées au moins en partie sur ladite surface de détection entre des électrodes de mesure et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure auxdits moyens électroniques et de traitement, caractérisé en ce que les moyens d'excitation sont agencés de telle sorte 20 à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt et leur piste de liaison aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive. 25 Cette impédance électrique est l'impédance complexe Z d'une électrode et de sa piste associée telle que « vue » par exemple par les moyens électroniques et de traitement. Elle comprend une partie résistive R qui est essentiellement due à la résistance électrique des éléments tels que la piste de liaison et l'électrode. Elle comprend également une partie réactive 1/jcoCT 30 qui dépend de la fréquence d'excitation f (w=2nf) et de la capacité équivalente CT. Cette capacité équivalente CT représente les couplages capacitifs entre l'électrode et sa piste de liaison, et, d'une part, l'objet d'intérêt (capacité d'intérêt Cx), et d'autre part, l'environnement et la garde (capacité parasite Cp). j est l'unité imaginaire. -6- Il est à noter que la capacité parasite Cp due au couplage de l'électrode de mesure avec les éléments de garde situés à proximité est nécessairement d'une valeur relativement importante, et donc non négligeable. Avantageusement, selon l'invention, la fréquence d'excitation f est 5 choisie de telle sorte que la partie résistive R de l'impédance complexe Z soit très inférieure au module 1/coCT de la partie réactive. Cette fréquence d'excitation f peut être notamment choisie de telle sorte que : - la partie résistive R n'introduisant pas d'erreur de mesure significative, 10 dans le contexte de la mesure, lorsqu'elle n'est pas prise en compte dans le calcul de la de la capacité équivalente CT à partir de l'impédance complexe Z ; - la partie résistive R est négligeable, dans le contexte de la mesure, par rapport au module 1/coCT de la partie réactive ; - la partie résistive R est inférieure à 1/2, respectivement à 1/5 ou à 15 1/10 de la valeur du module 1/coCT de la partie réactive. La gamme de capacités équivalentes CT à prendre en compte pour l'évaluation des critères précédents peut correspondre notamment : - à des capacités inférieures ou égales à la capacité de couplage maximale possible entre un objet de commande prédéterminé tel qu'un doigt 20 ou un stylet et une électrode de mesure ; - à la gamme de capacités susceptible d'être générées par le couplage capacitif entre une électrode de mesure et un objet de commande prédéterminé (tel qu'un doigt ou un stylet) qui évolue dans une zone de mesure également prédéterminée (par exemple entre 0 et 10 cm de 25 l'électrode, ou 0 et 5 cm de l'électrode, ou 0 et 2 cm de l'électrode) ; - à des capacités inférieures ou égales à la capacité de couplage entre une électrode de mesure et la garde. Suivant des modes de réalisation, la fréquence d'excitation peut être choisie de telle sorte à être : 30 - égale ou inférieure à 20 KHz ; - égale ou inférieure à 10 KHz ; - égale ou inférieure à 4 KHz ; - égale ou inférieure à 3.5 KHz ; - comprise entre 4 et 10 KHz ; 35 - comprise entre 3 et 20 KHz. -7- La fréquence d'excitation peut notamment être inférieure ou égale à au moins l'une des valeurs suivantes : 20 Khz, 4 Khz. Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre : - des moyens de commutation aptes à relier sélectivement les électrodes de mesure aux moyens de mesure ; - des électrodes de mesure et des pistes de liaison sensiblement transparentes ; - des électrodes de mesure et des pistes de liaison en ITO ; - des pistes de liaison disposées sur la surface de détection de telle sorte à relier électriquement les électrodes de mesure à des moyens de connexion disposés en périphérie de ladite surface de détection ; - des électrodes de mesure réparties sur la surface de détection selon une disposition matricielle, et des pistes de liaison agencées de telle sorte à 15 relier individuellement chaque électrode de mesure aux moyens de connexion ; - des pistes de liaison dont la partie présente sur la surface de détection a une largeur suffisamment étroite pour que la surface desdites pistes de liaison sur ladite surface de détection soit négligeable devant la surface des 20 électrodes de mesure ; - des pistes de liaison dont la partie présente sur la surface de détection a une largeur inférieure à 100 dam. Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure réparties selon une disposition en 25 lignes et colonnes. Ces électrodes peuvent être réalisées dans deux couches de matériau superposées, ou être constituées de patchs réalisés dans une couche de matériau et reliés entre eux par des connexions en pont de telle sorte à constituer des lignes et des colonnes. Avantageusement, le dispositif selon l'invention permet la réalisation de 30 panel ou de surfaces de mesures, en particulier transparents, de manière simple et peu onéreuse, et qui permettent des mesures précises. En effet : - les électrodes et les pistes de liaison peuvent être déposés sur une même surface en une seule couche de matériau conducteur (par exemple d'ITO), ce qui permet de minimiser les coûts de production ; -8- - les pistes de liaison peuvent être réalisées avec une largeur suffisamment étroite pour qu'elles n'influencent pas ou peu la détection d'objet d'intérêt de manière significative. Cette influence est de nature géométrique : elle dépend de la largeur de la piste de liaison sur la surface de 5 détection, qui détermine la surface de la piste et donc la capacité de couplage qui peut apparaître entre un objet d'intérêt et cette piste de liaison. Comme ce couplage capacitif est attribué à l'électrode à laquelle la piste est reliée, il introduit une erreur dans la localisation dans le plan de la surface de commande de l'objet d'intérêt. Et donc cette erreur géométrique peut être 10 minimisée avec le dispositif selon l'invention ; - des pistes de liaisons étroites sont fortement résistives, mais comme expliqué précédemment, le dispositif selon l'invention est apte à effectuer des mesures de capacité précises y compris dans ces conditions. Il est à noter d'ailleurs que le dispositif selon l'invention peut être conçu 15 de telle sorte à optimiser globalement les caractéristiques de mesure : - la largeur de piste sur la surface de mesure peut être choisie de telle sorte que les erreurs de localisation dues aux couplages capacitifs entre l'objet d'intérêt et les pistes de liaison soit négligeables ou au moins acceptables ; 20 - la fréquence d'excitation f peut ensuite être choisie comme expliquée précédemment en fonction de la valeur de la partie résistive R qui est déterminée par les largeurs de piste choisies et leur résistivité. Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de mesure au moins en partie référencés au 25 potentiel électrique d'excitation. Suivant un autre aspect, il est proposé un procédé pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, mettant en oeuvre : - une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de 30 mesure capacitive, - des moyens électroniques et de traitement comprenant des moyens d'excitation et des moyens de mesure, - des éléments de garde en matériau conducteur à l'électricité disposés à proximité desdites électrodes de mesure au moins selon leur face opposée à 35 la zone de mesure, et -9- - des pistes de liaison électrique disposées au moins en partie sur ladite surface de détection entre des électrodes de mesure et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure auxdits moyens électroniques et de traitement, lequel procédé comprenant des étapes : - de polarisation lesdites électrodes de mesure à un potentiel électrique d'excitation alternatif, - de polarisation des éléments de garde à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, - de mesure d'un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure et au moins un objet d'intérêt, lequel procédé comprenant en outre une étape de génération d'un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt et leur piste de liaison aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive. La mesure du couplage capacitif peut comprendre des étapes : - d'acquisition d'un signal de mesure à la fréquence du potentiel 20 électrique d'excitation représentatif de la charge électrique d'au moins une électrode de mesure, - de numérisation dudit signal de mesure, et - d'analyse de sa forme temporelle pour déterminer son amplitude. Suivant encore un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant 25 un dispositif d'interface selon l'invention. Cet appareil peut comprendre un écran d'affichage et une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitives transparentes superposée audit écran d'affichage. Suivant des modes de réalisation, cet appareil peut être de l'un des 30 types suivants : smartphone, tablette, écran tactile. 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 : -10- - la Fig. 1 illustre une vue transversale d'une interface de mesure mise en oeuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention, - la Fig. 2 illustre une vue de face d'une interface de mesure mise en oeuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention, - la Fig. 3 présente un schéma de principe d'une électronique de détection capacitive mise en oeuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention, - la Fig. 4 présente un schéma électronique équivalent à celui de la Fig. 3 qui prend en compte la résistivité des pistes de liaison et les capacités de 10 fuite qui en découlent, - la Fig. 5 présente un schéma électronique équivalent à celui de la Fig. 3 qui prend en compte la résistivité des pistes de liaisons et des éléments de garde, et les capacités de fuite qui en découlent. On va décrire un exemple non limitatif de mode de réalisation d'une 15 interface de commande selon l'invention. Une telle interface de commande est notamment adaptée à la réalisation d'interfaces de commande tactiles et sans contact, ou d'interfaces homme-machine, pour des systèmes ou des appareils tels que des téléphones portables (smartphones), des tablettes, des ordinateurs ou des dalles de 20 commande. En référence à la Fig. 1 et à la Fig. 2, l'interface de commande 2 comprend une surface de détection 4 pourvue d'électrodes de mesure capacitives 5. Ces électrodes de mesure 5 sont réparties par exemple selon une disposition matricielle sur la surface de détection 4, tel que présenté à la Fig. 25 2. Les électrodes de mesure 5 sont réalisées dans un matériau conducteur sensiblement transparent, tel que par exemple de l'ITO (oxyde d'indium-étain) déposé sur un matériau diélectrique (verre ou polymère). Elles peuvent être superposées à un écran d'affichage, par exemple de type TFT (transistor 30 à couches minces) ou OLED (diodes électroluminescentes organiques). Les électrodes de mesure 5 peuvent détecter la présence et/ou la distance d'au moins un objet d'intérêt 1, qui est aussi un objet de commande 1, dans une zone de mesure. De préférence, les électrodes de mesure 5 et leur électronique associée sont configurées de telle sorte à permettre la détection 35 simultanée de plusieurs objets 1.

La position de l'objet 1 ou des objets 1 dans le plan de la surface de détection 4 est déterminée à partir de la position (sur cette surface de détection 4) des électrodes de mesure 5 qui détectent les objets 1. La distance 3, ou du moins une information représentative de la distance 5 3, entre les objets 1 et la surface de détection est déterminée à partir de mesures du couplage capacitif entre les électrodes 5 et les objets 1. Une ou plusieurs électrodes de garde 6 sont positionnées selon la face arrière des électrodes de mesure 5, relativement à la zone de détection des objets 1. Elles sont également réalisées dans un matériau conducteur 10 sensiblement transparent, tel que par exemple de l'ITO (oxyde d'indium-étain), et sont séparées des électrodes de mesure 5 par une couche en matériau diélectrique. En référence à la Fig. 3, les électrodes de mesure 5 sont reliées à des moyens électroniques de mesure capacitive 17. 15 Avantageusement, cette liaison est effectuée notamment par des pistes de liaison 7 sensiblement transparentes qui sont disposées sur la surface de détection 4 entre les électrodes 5. Ces pistes de liaison 7 sont réalisées dans le même matériau que les électrodes 5, soit par exemple de l'ITO (oxyde d'indium-étain). Les pistes de liaison 7 et les électrodes 5 peuvent être 20 déposées simultanément, selon une ou des mêmes couches. Les pistes de liaison 7 sont reliées à des moyens de connexion 8 situés en périphérie de la zone de détection 4, hors de la zone utile transparente. Ces moyens de connexion 8 sont à leur tour reliés aux moyens électroniques de mesure capacitive 17. 25 Les moyens électroniques de mesure capacitive 17, dans le mode de réalisation de la Fig. 3, sont réalisés sous la forme d'un système de mesure capacitive en pont flottant tel que décrit par exemple dans le document FR 2 949 007 de Rozière. Le circuit de détection comprend une partie dite flottante 16 dont le 30 potentiel de référence 11, appelé potentiel de garde 11, oscille par rapport à la masse 13 du système global, ou à la terre. La différence de potentiel alternative entre le potentiel de garde 11 et la masse 13 est générée par une source d'excitation, ou un oscillateur 14. Les électrodes de garde 6 sont reliées au potentiel de garde 11. -12- La partie flottante 16 comprend la partie sensible de la détection capacitive, dont notamment un amplificateur de charge. Elle peut bien entendu comprendre d'autres moyens de traitement et de conditionnement du signal, y compris numériques ou à base de microprocesseur, également référencés au potentiel de garde 11. L'alimentation électrique de la partie flottante 16 est assurée par des moyens flottants de transfert d'alimentation 15, comprenant par exemple des convertisseurs DC/DC. Ce système de mesure capacitive permet de mesurer une information de 10 capacité entre au moins une électrode de mesure 5 et un objet de commande 1. L'objet de commande 1 doit être relié à un potentiel différent du potentiel de garde 11, tel que par exemple le potentiel de masse 13. On se retrouve bien dans cette configuration lorsque l'objet de commande 1 est un 15 doigt d'un utilisateur dont le corps définit une masse, ou un objet (tel qu'un stylet) manipulé par cet utilisateur. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des commutateurs ou des switchs analogiques 10, pilotés par des moyens de contrôle électroniques. Ces switchs 10 permettent de sélectionner 20 individuellement des électrodes de mesure 5 et de les relier à l'électronique de détection capacitive 17 pour en mesurer la capacité de couplage avec l'objet 1. Les switchs 10 sont configurés de telle sorte qu'une électrode de mesure 5 est reliée soit à l'électronique de détection capacitive 17, soit au potentiel de garde 11. 25 Les switchs 10 permettent ainsi d'interroger séquentiellement toutes les électrodes de mesure 5 pour obtenir une image du couplage capacitif entre un ou des objet(s) de commande 1 et les électrodes de mesure 5. Différentes configurations sont possibles dans le cadre de l'invention : - l'électronique de détection capacitive 17 peut comprendre autant de 30 voies de détection en parallèle, avec chacune son amplificateur de charge, qu'il y a d'électrodes de mesure 5 à interroger. Dans ce cas, le dispositif ne comprend pas nécessairement de switchs 10 ; - l'électronique de détection capacitive 17 peut comprendre une pluralité de voies de détection en parallèle avec chacune son amplificateur de charge, 35 et les switchs 10 peuvent être configurés de telle sorte que chaque voie de -13- détection puisse interroger séquentiellement une pluralité d'électrodes de mesure 5 ; - l'électronique de détection capacitive 17 peut ne comprendre qu'une seule voie de détection, et des switchs 10 configurés de telle sorte à pouvoir 5 interroger séquentiellement toutes les électrodes de mesure 5. Il s'agit de la configuration illustrée à la Fig. 3 ; De préférence, la partie sensible de la détection est protégée par un blindage de garde 12 relié au potentiel de garde 11. Les électrodes de mesure 5 actives, c'est-à-dire celles qui sont reliées 10 (directement ou par un switch 10) à l'électronique de détection capacitive 17 pour effectuer des mesures,sont au potentiel de garde 11. Ces électrodes de mesure 5 actives sont environnées par des plans de garde constitués par des électrodes de garde 6 reliées au potentiel de garde 11, et éventuellement par des électrodes de mesure 5 inactives, c'est-à-dire reliées par un switch 10 au 15 potentiel de garde 11. On évite ainsi l'apparition de capacités parasites entre ces électrodes de mesure 5 actives et leur environnement, de telle sorte que seul leur couplage capacitif avec l'objet d'intérêt 1 est mesuré, avec une sensibilité maximale. L'électronique flottante 16 est reliée en sortie à l'électronique du 20 système 18 référencée à la masse par des liaisons électriques compatibles avec la différence de potentiels de référence. Ces liaisons peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des optocoupleurs. En référence à la Fig. 4, l'amplificateur de charge 16 tel que mis en 25 oeuvre dans le schéma de la Fig. 3 permet de convertir en tension la capacité Cx créée entre une électrode 5 et l'objet de commande 1. Un avantage de cette technique est que lorsque la résistance R de la piste de liaison 6 est négligeable, la mesure de la capacité Cx est très peu dépendante de la valeur de la fréquence f du signal d'excitation généré par la 30 source d'excitation 14. En effet, dans ce cas le signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge est : Vs = V (Cil CO. (Eq- 1) V est l'amplitude du signal d'excitation généré par la source d'excitation 14, et CB est la capacité de contre-réaction de l'amplificateur de charge 16. -14- Lorsque la résistance R n'est plus négligeable, le signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge devient alors : Vs = V (Cx / CB) (1 /(1 + j R (Cx + Cp) w)). (Eq. 2) Cp est la capacité parasite créée entre la garde 11 et l'électrode de 5 mesure 5 avec la piste de liaison 7, w=2nf et j est l'unité imaginaire. La résistance R des pistes de liaison 7 est donc gênante selon plusieurs aspects : - elle entraîne une sensibilité aux capacités parasites Cp entre l'électrode 5 et la garde 11, dues à la chute de tension dans la piste de liaison 7 10 résistive. La garde devient donc imparfaite ; - ces capacités parasites Cp sont inconnues et contribuent directement à l'erreur de mesure de la capacité d'intérêt Cx. En effet la capacité mesurée est la capacité équivalente CT qui est affectée par les capacités parasites Cp (CT N Cx + Cp); 15 - la contribution de cette erreur est d'autant plus importante que la fréquence d'excitation f est élevée. Cela explique pourquoi la configuration matricielle d'électrodes de mesure 5 telle que présentée à la Fig. 2 n'est pas utilisée actuellement malgré sa simplicité pour réaliser des panels transparents de grande dimension avec 20 un nombre élevé d'électrodes. En effet, comme expliqué précédemment, pour que la présence des pistes de liaisons 7 entre les électrodes de mesure 5 ne perturbe pas la détection et la localisation de l'objet d'intérêt 1, il est nécessaire de réduire leur largeur, par exemple à moins de 100 dam. Les résistances de ces pistes 25 de liaison 7 peuvent alors facilement dépasser 100 KOhm lorsqu'elles sont réalisées en ITO. Dans ces conditions, pour obtenir un signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge qui soit directement représentatif de Cx, il faut que la condition suivante soit remplie : 30 R - (Cx + Cp) - co << 1. (Eq. 3) Avantageusement, cette condition peut être satisfaite en choisissant une fréquence d'excitation f telle que : f « 1 / (2 n R (Cx + Cp)) (Eq. 4) -15- En pratique, on atteint des valeurs de capacité équivalente CT= Cx + Cp de l'ordre de 40 pF. Dans ces conditions, la fréquence d'excitation f doit être inférieure à environ 20 KHz. En régime impulsionnel, c'est-à-dire par exemple en utilisant par 5 exemple un signal d'excitation carré, on obtient le même ordre de grandeur de fréquence f. Dans ces conditions, à titre d'exemple non limitatif, on peut choisir une fréquence d'excitation f inférieure à 10 KHz pour que le terme de gauche de l'Eq. 3 ait un impact sur la mesure de capacité Cx inférieur à 10%. 10 On peut également choisir par exemple une fréquence d'excitation f de l'ordre de 3.5 KHz pour que le terme de gauche de l'Eq. 3 ait un impact sur la mesure de capacité Cx encore plus faible (de l'ordre de 1%). En pratique, le signal de mesure Vs est un signal modulé à la fréquence d'excitation f, et c'est son amplitude de modulation à cette fréquence 15 d'excitation f qui est représentative de la mesure de capacité. Le signal de mesure Vs peut être démodulé par un démodulateur synchrone au niveau de l'électronique du système 18 référencée à la masse. Cette façon de procéder a toutefois l'inconvénient de nécessiter un grand nombre de périodes du signal d'excitation pour obtenir une valeur de mesure. 20 Suivant un mode de réalisation préférentiel, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'échantillonnage et de numérisation qui permettent de numériser directement le signal de mesure Vs, par exemple au niveau de l'électronique du système 18 référencée à la masse. Cette numérisation est d'autant plus facile que la fréquence d'excitation f est basse. L'amplitude de 25 modulation à la fréquence d'excitation f est ensuite directement déduite d'une analyse de la forme temporelle d'une ou de quelques périodes de ce signal de mesure V. Ainsi, un panel comprenant quelques centaines d'électrodes de mesure 5 peut être « lu » plusieurs fois par secondes, même avec une fréquence 30 d'excitation inférieure à 10 KHz. La Fig. 5 représente un schéma équivalent de la structure complète d'une interface de commande 2 sous la forme d'un panel 2 transparent superposé à un écran d'affichage. Le plan de garde 6, en ITO, présente une résistance électrique r bien 35 plus faible que celle des pistes de liaison 7 mais qui est tout de même -16- significative. En effet, cette résistance électrique de garde r peut être de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines d'ohm suivant la nature de l'ITO déposé et la taille de l'écran. Il existe alors un couplage capacitif C entre le plan de garde 6 et la partie de l'appareil présent au-dessous (écran LCD, châssis du pad....). Comme illustré à la Fig. 5, cette capacité C avec la résistance de garde r crée une fuite capacitive « vue » par l'électronique malgré la présence du plan de garde 6. En effet, le potentiel de la garde 6 présente sous les électrodes 5 chute légèrement à cause du couple (r, C).

Ce phénomène peut générer un offset capacitif de plusieurs dizaines de femtofarads. Avantageusement, l'invention et en particulier la mise en oeuvre d'une fréquence d'excitation f basse permet également de rendre négligeable cette fuite capacitive.

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.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet 5 d'intérêt (1) détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, comprenant : - une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive (5), - des moyens électroniques et de traitement (17, 18), comprenant des 10 moyens d'excitation (14) aptes à polariser lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure (16) aptes à mesurer un couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt (1), - des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité, 15 disposés à proximité desdites électrodes de mesure (5) au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, - des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4) entre des électrodes de mesure (5) et 20 agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure (5) auxdits moyens électroniques et de traitement (17, 18), caractérisé en ce que les moyens d'excitation (14) sont agencés de telle sorte à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) 25 couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt (1) et leur piste de liaison (7) aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel la fréquence 30 d'excitation est inférieure ou égale à au moins l'une des valeurs suivantes : 20 Khz, 4 Khz.
3. Le dispositif de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend en outre des moyens de commutation (10) aptes à relier sélectivement les 35 électrodes de mesure (5) aux moyens de mesure (16).-18-
4. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des électrodes de mesure (5) et des pistes de liaison (7) sensiblement transparentes.
5. Le dispositif de la revendication 4, qui comprend des électrodes de mesure (5) et des pistes de liaison (7) en ITO.
6. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend 10 des pistes de liaison (7) disposées sur la surface de détection (4) de telle sorte à relier électriquement les électrodes de mesure (5) à des moyens de connexion (8) disposés en périphérie de ladite surface de détection (4).
7. Le dispositif de la revendication 6, qui comprend des électrodes de 15 mesure (5) réparties sur la surface de détection (4) selon une disposition matricielle, et des pistes de liaison (7) agencées de telle sorte à relier individuellement chaque électrode de mesure (5) aux moyens de connexion (8). 20
8. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des pistes de liaison (7) dont la partie présente sur la surface de détection (4) a une largeur suffisamment étroite pour que la surface desdites pistes de liaison (7) sur ladite surface de détection (4)soit négligeable devant la surface des électrodes de mesure (5). 25
9. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des pistes de liaison (7) dont la partie présente sur la surface de détection (4) a une largeur inférieure à 100 dam. 30
10. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens de mesure (17) au moins en partie référencés au potentiel électrique d'excitation.-19-
11. Procédé pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt (1) détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, mettant en oeuvre : - une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de 5 mesure capacitive (5), - des moyens électroniques et de traitement (17, 18) comprenant des moyens d'excitation (14) et des moyens de mesure (16), - des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité disposés à proximité desdites électrodes de mesure (5) au moins selon leur 10 face opposée à la zone de mesure, et - des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4) entre des électrodes de mesure (5) et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure (5) auxdits moyens électroniques et de traitement (17, 18), 15 lequel procédé comprenant des étapes : - de polarisation lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif, - de polarisation des éléments de garde (6) à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, 20 - de mesure d'un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt (1), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de génération d'un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) couplées capacitivement au 25 moins à un objet d'intérêt (1) et leur piste de liaison (7) aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
12. Le procédé de la revendication 11, dans lequel la mesure du 30 couplage capacitif comprend des étapes : - d'acquisition d'un signal de mesure à la fréquence du potentiel électrique d'excitation représentatif de la charge électrique d'au moins une électrode de mesure (5), - de numérisation dudit signal de mesure, et 35 - d'analyse de sa forme temporelle pour déterminer son amplitude.-20-
13. Appareil comprenant un dispositif d'interface selon l'une des revendications 1 à 10.
14. Appareil selon la revendication 13, comprenant un écran d'affichage et une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitives (5) transparentes superposée audit écran d'affichage.
15. appareil selon l'une des revendications 13 ou 14, de l'un des types 10 suivants : smartphone, tablette, écran tactile.