FR3115617A1

FR3115617A1 - Dispositif tactile à retour haptique avec textures spatialisées

Info

Publication number: FR3115617A1
Application number: FR2010955A
Authority: FR
Inventors: Baptiste REYNAL; Mickael Cottin-Bizonne
Original assignee: Hap2U SAS
Current assignee: Hap2U SAS
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2040-10-26
Also published as: FR3115617B1; KR20230091158A; JP2023546625A; CN116802591A; EP4232883A1; WO2022090090A1; US20230393658A1; US11914783B2

Abstract

Procédé de mise en œuvre d’un dispositif tactile (1), le dispositif tactile (1) comportant : une plaque (10), comportant au moins une zone de texturation (10’), à laquelle est assignée un motif de texturation (M, M1, M2), la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe ;au moins un transducteur (12), configuré pour mettre en vibration la plaque (10), selon une fréquence de vibration ultrasonique, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d’activation; le procédé comportant : déplacement d’un corps externe (9) le long de la zone de texturation (10) ;détermination d’une position (S(t)) du corps externe sur la zone de texturation (10) ; mesure d’une vitesse (V(t)) du corps externe le long la plaque ; lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, génération d’un signal d’activation (Act(t)), de façon à activer le transducteur (12) ou chaque transducteur; le procédé étant caractérisé en ce que : le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence ;l’étape c) comporte : une prise en compte d’un axe de référence (); une mesure d’une composante de la vitesse (VR) du corps externe selon l’axe de référence ;durant l’étape d), le signal d’activation dépend du motif de texturation et de la composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence. Figure 1A

Description

Dispositiftactile à retour haptiqueavec textures spatialisées

L'invention est un dispositif tactile, à retour haptique, apte à être touché par un corps externe, par exemple un doigt d’un utilisateur ou un stylet manipulé par un utilisateur.

ART ANTERIEUR

Les interfaces classiques, destinées à des dispositifs, qu’il s’agisse de dispositifs industriels ou destinés au grand public, utilisent fréquemment des organes de commande de type boutons, par exemple des boutons poussoirs, des molettes de réglage ou des curseurs. Ce type d’organe permet de sélectionner et/ou des régler des paramètres de fonctionnement du dispositif contrôlé par l’interface.

Une alternative à ce type d’interface est apparue avec le développement d’écrans tactiles, en particulier les écrans tactiles à effet capacitif. Ces derniers peuvent fonctionner de façon interactive, et très intuitive. Ils sont à présent utilisés à la fois pour des dispositifs usuels, par exemple les téléphones portables, ou les tableaux de bord d’automobiles, mais également dans des applications industrielles plus spécialisées. Cependant, un écran tactile est une surface, généralement plane, sans texturation.

Des dispositifs ont été développés, permettant de ressentir une sensation de texture lorsqu'un doigt d'un utilisateur est appliqué sur un écran plan. Les principes d’une telle texturation sont par exemple décrits dans la publication Biet M. et al., "Squeeze film effect for the design of an ultrasonic tactile plate", IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE, 2007, 54 (12), pp.2678 – 2688 ou encore dans la demande de brevet EP1956466, ainsi que dans la publication Vezzoli et al. « Couplage vibration ultrasonique et électro-vibration pour la stimulation tactile », Symposium de génie électrique SGE 2014 . Dans cette dernière, on compare deux techniques de stimulation tactile dont celle par effet dit de vibration ultrasonique. Dans ces documents, on décrit une interface tactile comportant une plaque lisse, formant une surface de contact destinée à être touchée par un doigt. Cette plaque est mise en vibration par plusieurs transducteurs piézoélectriques, disposés au contact de la plaque, en dessous de cette dernière. Les transducteurs et la plaque forment un résonateur propice à la formation d'une onde de flexion stationnaire, de type onde de Lamb. Lorsque la fréquence de résonance de vibration de la surface de contact est dans le domaine ultrasonore, par exemple entre 10 kHz et 200 kHz, et que l'amplitude de la vibration est faible, typiquement de quelques microns, l'utilisateur peut ressentir un effet de texturation de la surface de contact, lorsque le doigt glisse le long de ladite surface. Cet effet est connu et est usuellement désigné par le terme "squeeze film" (ou film de surpression). La vibration de la plaque génère un coussin d’air entre le doigt et la plaque, diminuant le frottement du doigt sur la plaque. On parle également de lubrification ultrasonique. En modulant la vibration, le frottement du doigt sur la plaque est modifié. L'utilisateur peut ainsi percevoir une impression de texturation, prenant la forme d’une sensation de rugosité, ou une certaine résistance au glissement, alors que la surface de contact reste lisse. Cet effet a été appliqué à des surfaces de contact transparentes ou non, formant une interface haptique. Ce type d’interface peut être combiné avec un écran tactile.

D’autres technologies permettant un retour haptique ont été développées. Il s’agit notamment de technologies dites vibro-tactiles, selon lesquelles une interface génère une vibration lorsqu’un utilisateur effectue une opération sur l’interface. Par exemple, le document US10445994B2 décrit un effet de click généré à l’aide d’un moteur rotatif. Ce dernier génère une vibration se propageant sur l’ensemble de l’interface. La vibration est émise selon une basse fréquence, typiquement inférieure à 1000Hz, et avec une amplitude de l’ordre du mm. Elle est alors ressentie sous la forme d’une secousse, affectant l’ensemble de l’interface, boîtier compris, de la même façon qu’une vibration brève émise par un téléphone portable. Le brevet EP2461233 décrit une interface tactile plane, pouvant être mise en vibration selon une basse fréquence, et configurée pour induire un effet de click lorsqu’un doigt agit sur un bouton.

Le brevet US8405618 décrit une interface haptique comportant une multitude de plaques aboutées, chaque plaque étant reliée à un transducteur piézoélectrique. Dans ce brevet, il est indiqué que le recours à une multitude de plaques aboutées est nécessaire pour couvrir une surface telle que la surface d’une tablette tactile ou d’un smartphone.

Les inventeurs ont conçu un dispositif haptique, basé sur le recours à une vibration ultrasonique produisant un effet de lubrification ultrasonique (effet dit « squeeze-film » en terminologie anglo-saxonne), présentant de nouvelles fonctionnalités. Il s’agit notamment de prendre en compte un motif de texturation prédéterminé, virtuel, et d’améliorer le réalisme du retour haptique selon lequel l’utilisateur perçoit le motif de texturation en touchant le dispositif. Une application particulière du dispositif est une interface haptique.

Un premier objet de l’invention est un procédé de mise en œuvre d’un dispositif tactile, le dispositif tactile comportant :

une plaque, comportant au moins une zone de texturation, à laquelle est assigné un motif de texturation, virtuel, la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe ;
au moins un transducteur, configuré pour mettre en vibration la plaque, selon une fréquence de vibration ultrasonique, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d’activation;

le procédé comportant :

déplacement d’un corps externe le long de la zone de texturation;
détermination d’une position du corps externe sur la zone de texturation;
mesure d’une vitesse du corps externe le long la plaque ;
lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation, génération d’un signal d’activation, dépendant du motif de texturation, de façon à activer le transducteur ou chaque transducteur, de telle sorte que sous l’effet du signal d’activation, la plaque est mise en vibration, selon une vibration, de préférence ultrasonique, la vibration induisant une variation d’une friction entre la plaque et le corps externe, le corps externe se déplaçant, ressentant le motif de texturation sous l’effet de son déplacement le long de la zone de texturation.

Selon une possibilité :

le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence ;
l’étape c) comporte une mesure d’une composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence ;
durant l’étape d), le signal d’activation dépend du motif de texturation et de la composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence ;
de façon que lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation, la friction entre la plaque et le corps externe est modifiée en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation et en fonction de la composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence.

La vibration selon une fréquence ultrasonique produit un effet de lubrification ultrasonique entre le corps externe et la plaque.

Par motif de texturation virtuel, on entend un motif de texturation défini numériquement, indépendamment d’une texturation réelle ou d’un état de surface de la plaque.

La vibration induit une impression de texturation, ressentie par le corps externe touchant la zone de texturation. La vibration constitue un retour haptique du dispositif, se traduisant par une modification d’une sensation tactile.

Par vibration ultrasonique, on entend une vibration dont la fréquence est supérieure ou égale à 20 kHz. La fréquence de vibration est de préférence inférieure à 200 kHz.

Lors de l’étape d), le signal d’activation peut être établi à partir :

d’une porteuse périodique, la porteuse s’étendant, à chaque période, selon une amplitude ;
d’une fonction de modulation, variant, durant le déplacement du doigt, selon une forme temporelle dépendant du motif de texturation et de la composante de vitesse du corps externe sur l’axe de référence ;
de sorte que l’amplitude du signal d’activation résulte d’une modulation de la porteuse par la fonction de modulation.

Selon une possibilité, lors de l’étape d), le signal d’activation dépend du motif de texturation et de la vitesse du corps externe sur la zone de texturation. La forme temporelle de la fonction de modulation dépend de la vitesse du corps externe sur la zone de texturation.

Durant l’étape d), le signal d’activation peut être généré en différents instants, de sorte que :

à chaque instant, l’amplitude de la fonction de modulation dépend de la position du corps externe ;
entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction d’une variation de la composante de vitesse du corps externe sur l’axe de référence.

Selon un mode de réalisation,

le corps externe se déplace le long de la zone de texturation selon une direction formant un angle avec l’axe de référence;
la forme temporelle de la composante de modulation dépend de l’angle entre la direction et l’axe de référence.

Le motif de texturation peut être un motif périodique, s’étendant selon une période spatiale parallèlement à l’axe de référence. La forme temporelle de la fonction de modulation est alors périodique, selon une période temporelle, la durée de la période temporelle dépendant de la composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence et de la période spatiale du motif de texturation.

Selon un mode de réalisation,

le motif de texturation est orienté par rapport à un premier axe de référence et à un deuxième axe de référence;
l’étape c) comporte une mesure d’une première composante de vitesse, selon le premier axe de référence, et d’une deuxième composante de vitesse selon le deuxième axe de référence ;
l’étape d) comporte, durant le déplacement du corps externe :
- une génération d’un premier signal d’activation, formé par une première porteuse périodique modulée par une première fonction de modulation, la forme temporelle de la première fonction de modulation dépendant de la première composante de vitesse;
- une génération d’un deuxième signal d’activation, formé par une deuxième porteuse périodique modulée par une deuxième fonction de modulation, la forme temporelle de la deuxième fonction de modulation dépendant de la deuxième composante de vitesse;
- une combinaison du premier signal d’activation et du deuxième signal d’activation pour former le signal d’activation.

Selon une possibilité :

le motif de texturation est un motif périodique, s’étendant selon une première période spatiale parallèlement au premier axe de référence ;
la première fonction de modulation est périodique, selon une première période temporelle, la durée de la première période temporelle dépendant de la première composante de la vitesse et de la première période spatiale du motif périodique ;
le motif de texturation s’étend selon une deuxième période spatiale parallèlement au deuxième axe de référence ;
la deuxième fonction de modulation est périodique, selon une deuxième période temporelle, la durée de la deuxième période temporelle dépendant de la deuxième composante de la vitesse et de la deuxième période spatiale du motif périodique.

Selon un mode de réalisation,

le motif de texturation comporte au moins un cran, le cran correspondant à un relief ou à un creux dans le motif de texturation ;
la fonction de modulation du signal d’activation est déterminée de telle sorte qu’un effet de cran est ressenti par l’utilisateur lors du passage de l’organe externe sur le cran.

De préférence, lors du passage de l’organe externe de part et d’autre du cran, la fonction de modulation comporte successivement :

une phase antérieure, lorsque l’organe externe approche du cran ;
une phase de cran, lorsque l’organe externe franchit le cran ;
une phase postérieure, lorsque l’organe externe s’éloigne du cran ;

Le ressenti du cran par l’utilisateur dépend alors de la fonction de modulation durant les phases antérieure, de cran et postérieure ;

La fonction de modulation est de préférence telle que lors de la phase de cran, la fonction de modulation varie selon une plage de variation plus étendue que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.

De façon complémentaire ou alternativement, lors de la phase de cran, la fonction de modulation peut être telle qu’une valeur absolue de sa dérivée temporelle atteint une valeur maximale plus élevée que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.

Selon une possibilité:

le cran est orienté par rapport à l’axe de référence ;
la durée de la phase antérieure, de la phase de cran et de la phase postérieure dépend de la composante de la vitesse de l’organe externe par rapport à l’axe de référence.

Le motif de texturation peut comporter plusieurs crans. La fonction de modulation peut être telle qu’à chaque cran sont associés une phase antérieure, une phase de cran et une phase postérieure. La phase antérieure, la phase de cran et la phase postérieure forment une séquence d’activation associée à chaque cran.

Selon une possibilité :

les crans sont distants les uns des autres le long de l’axe de référence ;
l’intervalle temporel entre deux phases de crans, respectivement associées à deux crans successifs, dépend d’une distance entre les deux crans et d’une vitesse de l’organe externe par rapport à l’axe de référence.

Quel que soit le mode de réalisation, l’axe de référence peut être linéaire ou courbe ou linéaire par morceaux.

Selon un mode de réalisation,

le dispositif est une interface tactile, destinée à commander un appareil relié à l’interface ;
l’interface est destinée à ajuster une valeur d’au moins un paramètre de fonctionnement de l’appareil, en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation, la zone de texturation permettant un ajustement de la valeur du paramètre ;
le procédé comporte une génération d’un signal de commande de l’appareil en fonction de la position du doigt sur la zone de texturation.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un capteur de pression, configuré pour mesurer une pression exercée par l’organe externe sur la plaque, le procédé comportant :

mesure d’une pression exercée sur la plaque ;
comparaison de la pression mesurée avec un seuil prédéterminé ;
mise en œuvre des étapes c) et d) lorsque la pression exercée est supérieure au seuil.

Selon un mode de réalisation, l’étape b) est mise en œuvre à l’aide d’un capteur capacitif.

Selon un mode de réalisation, le corps externe est un doigt.

Un deuxième objet de l’invention est un dispositif tactile, comportant une plaque, destinée à être touchée par un corps externe, le dispositif comportant :

au moins un transducteur, configuré pour mettre la plaque en vibration;
un capteur de position, configuré pour générer un signal de position, le signal de position étant représentatif d’une position du corps externe sur la plaque;
une unité de calcul, pour déterminer un signal de vitesse, en fonction de signaux de position respectivement générés en différents instants, le signal de vitesse étant représentatif d’une vitesse du corps externe le long de la plaque;

le dispositif tactile étant caractérisé en ce qu’il comporte :

une unité de commande, reliée au capteur de position et à l’unité de calcul, et configurée pour mettre en œuvre l’étape d) d’un procédé selon le premier objet de l’invention, en fonction du signal de position issu du capteur de position et du signal de vitesse issu de l’unité de calcul.

L’unité de calcul peut être reliée à une mémoire, dans laquelle est enregistré le motif de texturation, assigné à la zone de texturation, sous forme numérique. La mémoire peut comporter différents motifs de texturation, pouvant être successivement assignés à la zone de texturation.

Le capteur de position peut être un capteur capacitif, et comporter un réseau de pistes conductrices configurées pour détecter le corps externe par couplage capacitif, à travers tout ou partie de la plaque.

Le dispositif peut comporter un écran. Le dispositif peut être tel que :

la plaque est transparente ;
la plaque est disposée contre l’écran.

Le dispositif peut être tel que :

le dispositif est une interface tactile, destinée à commander un appareil relié à l’interface ;
le dispositif comporte une zone de texturation, destinée à un ajustement d’une valeur d’un paramètre de fonctionnement de l’appareil, la zone de texturation comportant au moins deux crans, espacés l’un de l’autre ;
l’unité de commande est configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d’une position du doigt sur la zone de texturation.

Un troisième objet de l’invention est un appareil, configuré pour être contrôlé par un paramètre, et comportant une interface tactile configurée pour sélectionner le paramètre ou régler une valeur du paramètre, l’interface tactile étant un dispositif selon le deuxième objet de l’invention. Le dispositif comporte une zone de texturation, destinée à un ajustement d’une valeur d’un paramètre de fonctionnement de l’appareil, la zone de texturation comportant au moins deux crans, espacés l’un de l’autre, l’unité de commande étant configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d’une position du doigt sur la zone de texturation.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.

FIGURES

Les figures 1A à 1C montrent un exemple de dispositif tactile permettant une mise en œuvre de l’invention.

La schématise une propagation d’une vibration ultrasonique à travers une plaque du dispositif tactile décrit en lien avec les figures 1A à 1C.

La montre un premier exemple de motif de texturation virtuel assigné à une zone de texturation.

Les figures 2B à 2C illustrent un signal d’activation de transducteurs, engendrant une vibration de la plaque de façon à induire la texture selon le motif de texturation de la . Le signal d’activation comporte un signal de porteuse ( ) et une fonction de modulation ( ).

La représente le motif de texturation de la , ainsi que trois directions de déplacement du doigt sur le motif.

La montre deux formes temporelles de la fonction de modulation respectivement pour une direction parallèle à un axe de référence et une direction inclinée par rapport à l’axe de référence.

La figure 4A représente un deuxième exemple de motif de texturation virtuel assigné à une zone de texturation.

La figure 4B montre une fonction de modulation permettant un ressenti du motif de texturation représenté sur la figure 4A.

La montre un troisième exemple de motif de texturation : dans cet exemple, le motif de texturation est défini selon un premier axe de référence et un deuxième axe de référence.

La montre un exemple selon lequel le motif de texturation s’étend selon un axe de référence non rectiligne.

Les figures 6A et 6B illustrent une configuration selon laquelle le dispositif tactile est une interface d’un appareil.

La montre un quatrième exemple de motif de texturation. Dans cet exemple, le motif de texturation forme des crans espacés les uns des autres.

Les figures 7B, 7C et 7D illustrent respectivement une fonction de modulation, une porteuse et un signal d’activation de la plaque résultant d’une modulation d’amplitude de la porteuse par la fonction de modulation. Le signal d’activation permet un ressenti des crans représentés sur la .

La montre un autre signal d’activation permettant un ressenti des crans représentés sur la .

La montre un motif de texturation, similaire au motif représenté sur la , ainsi que deux directions selon lesquelles le doigt se déplace le long de la zone de texturation : une direction est parallèle à un axe de référence, selon lequel s’étend le motif de texturation, et une autre direction forme un angle aigu par rapport à l’axe de référence.

Les figures 7G et 7H illustrent une fonction de modulation correspondant respectivement à un déplacement du doigt selon la direction formant un angle aigu par rapport à l’axe de référence, et selon la direction parallèle à l’axe de référence.

La figure 8A représente une fonction de modulation permettant un ressenti d’un cran. La figure 8B est une dérivée temporelle de la fonction de modulation illustrée sur la figure 8A.

Les figures 9A à 9H montrent différentes possibilités de fonctions de modulation permettant un ressenti d’un cran.

Les figures 10 et 11 montrent des fonctions de modulation correspondant à des crans successifs, distants les uns des autres.

La représente un exemple de motif de texturation mimant une translation d’un curseur dans un commutateur.

La est un exemple de fonction de modulation convenant au motif représenté sur la .

La montre les principales étapes d’un procédé selon l’invention.

Les figures 14A et 14B représentent deux motifs différents pouvant être successivement assignés à une même zone de texturation.

EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS

Les figures 1A à 1D représentent un exemple de dispositif tactile 1 selon l’invention. Le dispositif tactile comporte une plaque 10 destinée à être touchée par un corps externe 9. Dans les exemples représentés dans cette demande, le corps externe 9 est un doigt, ce qui correspond à la plupart des applications envisagées. De façon alternative, le corps externe 9 peut être un stylet, ou tout autre moyen permettant d’agir sur la plaque 10.

Le dispositif 1 est destiné à produire un retour haptique à un corps externe se déplaçant le long de la plaque. Plus précisément, le dispositif est configuré de telle sorte que sous l’effet d’un déplacement le long de la plaque, le corps externe puisse ressentir une impression de texturation.

La plaque 10 comporte une zone de texturation 10’, au niveau de laquelle un motif de texturation est assigné. Le motif de texturation est virtuel : il ne correspond pas à une structuration physique ou matérielle de la plaque. Autrement dit, le motif de texturation est défini indépendamment d’un état de surface de la plaque, dans la zone de texturation. La plaque peut par exemple être lisse, tandis que le motif de texturation définit une rugosité. Un exemple de motif de texturation est représenté sur la .

La plaque 10 est rigide. Elle s’étend entre une face externe 10_eet une face interne 10_i. La face externe 10_eest accessible au doigt 9. La face interne 10_iet la face externe 10_es’étendent de préférence l’une parallèlement à l’autre. La distance entre la face externe 10_eet la face interne 10_idéfinit une épaisseur e de la plaque. L'épaisseur e de la plaque est dimensionnée pour permettre une vibration de la plaque 10 selon une vibration ultrasonique, comme décrit ci-après. L'épaisseur e de la plaque 10 est de préférence inférieure à 10 mm, voire inférieure à 5 mm. L’épaisseur e est ajustée en fonction de la nature du matériau et de ses propriétés mécaniques (rigidité, solidité). Elle est par exemple comprise entre 1 et 5 mm pour du verre ou un matériau tel que le plexiglas.

Dans l’exemple représenté, la face interne 10_iet la face externe 10_e sont planes, ce qui correspond à la configuration la plus simple à fabriquer. La plaque s’étend, parallèlement à un axe latéral X, selon une largeur et, parallèlement à un axe longitudinal Y, selon une longueur . La longueur et la largeur peuvent être comprises entre 5 cm et quelques dizaines de cm, par exemple 30 cm, voire davantage. L’axe latéral X et l’axe longitudinal Y définissent un plan principal P_XY. Dans d’autres exemples, la face interne 10_iet/ou la face externe 10_e peut être incurvée. La surface de la plaque 10 est de préférence supérieure à 10 cm², voire à 50 cm².

La plaque 10 est formée d’un matériau rigide, tel que le verre, ou un polymère, ou du bois, ou un métal, ou un semi-conducteur, par exemple le silicium. La plaque 10 peut être transparente ou opaque. La plaque 10 peut comporter des parties opaques et des parties transparentes.

Dans cet exemple, la plaque 10 est délimitée, selon l’axe latéral X, par une première bordure latérale 10₁ et une deuxième bordure latérale 10₂au voisinage desquelles sont disposés des transducteurs 12. Par au voisinage, on entend à une distance de préférence inférieure à 2 cm, sur ou sous la plaque 10. Chaque transducteur 12 est apte à être activé par un signal d’activation électrique, et, sous l’effet du signal d’activation, à exercer une pression sur la plaque 10 de manière à produire une déformation locale de la plaque, selon une direction perpendiculaire à la plaque. Lorsque le signal d’activation est périodique, dans une gamme de fréquence ultrasonique, la déformation de la plaque 10 est périodique, ce qui entraîne une formation d’une vibration ultrasonique 19. La vibration peut notamment être engendrée par une onde de flexion se formant à travers la plaque. L’onde de flexion peut être stationnaire ou progressive. Aussi, le signal d’activation de chaque transducteur peut être modulé en amplitude et/ou en fréquence. De préférence, la plaque est reliée à une pluralité de transducteurs 12. Les transducteurs sont généralement disposés au voisinage d’au moins une bordure de la plaque 10, et de préférence au voisinage de deux bordures opposées par rapport à l’axe latéral X et/ou à l’axe latéral Y. La disposition des transducteurs 12 en bordure de la plaque 10 ne constitue pas une condition nécessaire : les transducteurs peuvent être disposés selon d’autres configurations, par exemple sous la forme d’une ligne, au milieu de la plaque, ou d’une matrice.

Le fait que la fréquence de vibration soit ultrasonique rend la vibration imperceptible, sauf par le corps externe 9 se déplaçant sur la face externe de la plaque.

Chaque transducteur 12 peut être un transducteur de type piézoélectrique, comportant un matériau piézoélectrique, par exemple AlN, ZnO ou PZT, disposé entre deux électrodes. Par exemple, chaque transducteur 12 peut être la référence PZT 406. De façon alternative, chaque transducteur peut être un résonateur électromécanique, par exemple de type MEMS (Micro ElectroMechanical System – microrésonateur électromécanique), ou de type électrostrictif ou magnétostrictif. Les transducteurs 12 peuvent être tels que le matériau piézoélectrique est déposé, sous une forme d’une ou plusieurs couches minces, entre des électrodes de polarisation.

Chaque transducteur 12 peut être assemblé contre la face interne 10_ide la plaque 10 par collage. Les transducteurs sont mécaniquement reliés à la face interne 10_i : Ils peuvent être directement assemblés à la face interne, ou être assemblé à un composant intermédiaire, de préférence rigide, ce dernier étant assemblé à la face interne 10_i, de manière à permettre une transmission, à la plaque, de la vibration induite par le ou chaque transducteur.

Le composant intermédiaire peut être métallique. Il peut par exemple s’agir d’une pièce formant un amplificateur, disposé entre la plaque et un transducteur 12 (ou chaque transducteur 12), et agencé pour amplifier la vibration produite par le transducteur 12 (ou chaque transducteur 12) et transmise à la plaque 10. Le composant intermédiaire peut former une couche rigide, de façon à augmenter la rigidité de la plaque. Le composant intermédiaire peut être un écran 11, assemblé à la plaque 10, comme décrit par la suite. La plaque 10 peut former une dalle de protection de l’écran 11. L’écran 11 peut être un écran de type de type LCD (Liquid Cristal Display – écran à cristaux liquides) ou OLED (Organic Light-Emitting Diode – Diode électroluminescente organique). Le composant intermédiaire peut être un composant multicouches. Il peut par exemple comporter un écran, sous lequel est placé une pièce formant un amplificateur, les transducteurs étant assemblés à l’amplificateur.

D’une façon générale, chaque transducteur 12 est configuré pour générer une vibration ultrasonique 19, cette dernière se propageant dans la plaque 10. La fréquence de la vibration ultrasonique 19 est de préférence comprise entre 10 kHz et 200 KHz. Elle est de préférence supérieure à 20 KHz, de manière à adresser la bande spectrale ultrasonore et de préférence inférieure à 150 kHz. L’amplitude de la vibration ultrasonique 19 est généralement comprise entre 0.1 µm et 50 µm. On a schématisé, sur la , une vibration ultrasonique 19 se propageant dans la plaque 10. De façon connue dans le domaine des interfaces à retour haptique, la vibration ultrasonique de la plaque entraîne une formation d’un film mince d’air entre la plaque 10 et le doigt 9, (dit « effet squeeze film », ou lubrification ultrasonique, en terminologie anglo-saxonne) ce qui entraîne une impression de texturation de la plaque lorsque le doigt de l’utilisateur se déplace le long de la face externe 10e. Sous l’effet de la vibration de la plaque, l’épaisseur du film d’air varie, ce qui augmente ou diminue un effet de lubrification entre le doigt et la plaque. Cela modifie le frottement (ou la friction) entre la plaque et le doigt, comme décrit dans l’art antérieur. Il en résulte une modification de la sensation tactile perçue par le doigt. La vibration ultrasonique 19 peut être stationnaire, mais cela n’est pas nécessaire.

Le dispositif 1 comporte un capteur de position 14, permettant de former un signal S(t), dit signal de position, dépendant d’une position du doigt 9 sur la plaque 10. Il peut par exemple s’agir d’un capteur capacitif. Dans cet exemple, la plaque 10 est formée d’un matériau diélectrique, et le capteur de position 14 est relié à des pistes conductrices 13, agencées selon un réseau bidimensionnel. Les pistes conductrices 13 sont adjacentes de la face interne 10_i. Les pistes conductrices peuvent s’étendre parallèlement à la plaque 10, en dessous de la face externe 10_e. Dans l’exemple représenté, les pistes conductrices sont formées sur un écran capacitif 11, et disposées de façon adjacente de la face interne 10_i. Le capteur de position permet de déterminer une position du doigt selon une fréquence d’échantillonnage pouvant atteindre ou dépasser 50 Hz ou 100 Hz.

Lorsque la plaque 10 est opaque, les pistes conductrices 13 peuvent être réalisées selon un matériau conducteur usuel, par exemple un métal. Lorsque la plaque 10 est transparente, les pistes conductrices 13 sont de préférence réalisées selon un matériau conducteur transparent, par exemple un oxyde conducteur, un matériau usuel étant l’ITO (Indium Tin Oxide – Oxyde d’indium-étain). Le réseau formé par les pistes conductrices 13 peut être matriciel, les pistes étant rectilignes, et s’étendant selon des lignes et des colonnes. Les pistes conductrices peuvent être polarisées selon une tension de polarisation.

Les pistes conductrices 13 peuvent être formées directement sur la plaque 10 ou dans la plaque 10.

Le doigt 9 étant électriquement conducteur, sous l’effet d’une proximité entre une ou plusieurs pistes conductrices 13, un transfert de charges peut être effectué, par effet capacitif, entre une ou plusieurs pistes conductrices 13 et le doigt 9, Il est à noter qu’une détection d’une position par couplage capacitif suppose que la plaque 10 soit touchée par un corps 9 électriquement conducteur (doigt ou stylet conducteur, par exemple métallique).

Sur les figures 1A, 1B et 1C, les pistes conductrices 13 sont représentés par des tirets car elles se situent derrière la plaque 10.

Sur la figure 1C, on a schématisé d’autres composants du dispositif tactile. Les pistes conductrices 13 sont reliées au capteur de position 14. Du fait de l’agencement bidimensionnel des pistes conductrices 13, le capteur de position 14 permet d’obtenir des coordonnées bidimensionnelles ( ) du point de contact du doigt, parallèlement à la plaque 10. Le capteur de position 14 est relié à une unité de calcul 14’, permettant d’établir un signal de vitesse V(t) du doigt, à partir de positions du doigt respectivement obtenues à un instant de mesure t et à un instant différent, antérieur ou postérieur à l’instant de mesure t. Le signal de vitesse V(t) est représentatif de la vitesse du doigt à l’instant de mesure.

Le dispositif tactile 1 peut comporter un capteur de pression 17, configuré pour estimer une pression exercée par le doigt 9 sur la plaque 10. Le capteur de pression 17 peut être :

un télémètre, disposé face à la plaque, et configuré pour mesurer une distance le séparant de la plaque, le télémètre étant configuré pour déterminer une déformation de la plaque sous l’effet d’une pression exercée sur la plaque, ce qui correspond à l’exemple représenté sur la figure 1C. Il peut par exemple s’agir d’un télémètre optique infra-rouge, dont la plage de fonctionnement est comprise entre 1 et 5 mm, et disposé à 2.5 mm de la plaque. Un tel télémètre est usuellement désigné « reflective object sensor », signifiant « capteur d’objet par réflexion ». Par exemple, le capteur de référence QRE 1113 convient à une telle application
ou une jauge de contrainte, agencée pour se déformer sous l’effet d’une déformation de la plaque sous l’effet d’une pression exercée sur la plaque ;
ou un dynamomètre, disposé au contact de la plaque, et configuré pour détecter un déplacement de la plaque sous l’effet d’une pression exercée sur la plaque ;
ou un transducteur, configuré pour mesurer une variation d’une vibration de la plaque, la variation résultant d’une pression exercée sur la plaque. Le transducteur permet d’effectuer une mesure de la pression exercée comme décrit dans la demande de brevet EP3566115.

La présence du capteur de pression 17 est optionnelle.

Le dispositif 1 comporte une unité de commande 15, reliée au capteur de position 14 et à l’unité de calcul 14’. L’unité de commande 15 comporte un microcontrôleur ou un microprocesseur. L’unité de commande 15 est paramétrée ou programmée pour effectuer les actions décrites par la suite. L’unité de commande 15 est reliée à une mémoire 16, dans laquelle est stocké au moins un motif de texturation numérique M, assigné à la zone de texturation 10’. Le motif de texturation virtuel est établi sous une forme numérique, indépendamment de l’état de surface de la zone de texturation (rugosité ou présence d’un éventuel relief), d’où la désignation de motif virtuel. Comme expliqué par la suite, plusieurs motifs de texturation peuvent être assignés, à des instants différents, à une même zone de texturation. Dans ce cas, une bibliothèque de motifs de texturation est stockée dans la mémoire 16.

L’unité de commande 15 est configurée pour adresser, en différents instants t, un signal d’activation Act(t) à au moins un transducteur 12, et de préférence à chaque transducteur 12, en fonction de la vitesse V(t). L’objectif recherché est d’obtenir un retour haptique du dispositif 1, adressé à l’utilisateur, lorsque le doigt se déplace le long de la zone de texturation 10’. En fonction du signal d’activation, chaque transducteur activé peut générer une vibration ultrasonique 19, se formant à travers la plaque 10, et atteignant le doigt 9 de l’utilisateur, comme représenté sur la figure 1D. Sous l’effet de la vibration ultrasonique, l’utilisateur ressent une sensation de texturation, correspondant au motif assigné à la zone de texturation, selon les principes précédemment décrits. Ainsi, en l’absence de signal d’activation, une zone de texturation peut être ressentie comme non texturée, tandis que sous l’effet du signal d’activation, un doigt, se déplaçant au contact de la zone de texturation, perçoit la texturation définie par le motif de texturation .

La figure 2A est un exemple d’un tel motif de texturation virtuel . La texturation représentée sur la figure 2A n’est pas réelle. Elle correspond à ce que perçoit le doigt 9 se déplaçant le long de la zone de texturation 10’, sous l’effet du signal d’activation. Afin que le doigt 9 puisse ressentir le motif de texturation, le signal d’activation Act(t) est formé par un signal dit de « porteuse » périodique modulé en amplitude. La figure 2B représente le signal de porteuse : il s’agit d’un signal périodique, la période correspondant à une fréquence ultrasonique, c’est-à-dire comprise entre 20 kHz et 200 kHz. Dans cet exemple, la porteuse est sinusoïdale. La figure 2C montre une fonction de modulation triangulaire, permettant une modulation d’amplitude de la porteuse, de façon à former le signal d’activation Act(t) de telle sorte que :

(1)

Durant la modulation de la porteuse, la fonction de modulation prend une forme temporelle prédéterminée, définie en fonction du motif virtuel . Par forme temporelle, on entend l’évolution de la fonction de modulation suivant le temps, durant le déplacement du doigt sur la zone de texturation. Le doigt se déplace le long de la zone de texturation pendant une durée de déplacement. La forme temporelle correspond à l’évolution de la fonction de modulation durant la durée de déplacement.

Le motif , représenté sur la figure 2A, est périodique, de période spatiale dr, selon un axe de référence . Le motif périodique est formé par une répétition, dans l’espace, d’un motif élémentaire. Par période spatiale, on entend une distance selon laquelle le motif élémentaire se répète, parallèlement à l’axe de référence. L’axe de référence correspond à un axe selon lequel la période spatiale du motif est répétée. L’axe de référence est parallèle à la plaque 10 ; il peut être confondu avec l’ axe latéral X ou l’axe longitudinal Y préalablement définis. Il peut également être différent de ces axes. Lorsque le motif de texturation est périodique, la fonction de modulation est également périodique, de période temporelle dt. La période temporelle dépend de la période spatiale et de la vitesse de déplacement du doigt et de préférence de la direction de déplacement du doigt , comme décrit ci-après. Sur la figure 2C, la fonction de modulation prend une forme temporelle triangulaire périodique.

Le signal d’activation Act(t) correspondant au motif de texturation est activé lorsque le doigt est au contact de la zone de texturation 10’. L’unité de commande 15 est programmée pour générer le signal d’activation Act(t) en fonction de la position S(t) détectée par le capteur de position 14 et en fonction du motif de texturation stocké dans la mémoire 16.

Un aspect important de l’invention est que le signal d’activation dépend non seulement de la position du doigt sur la plaque 10, mais également de sa vitesse V(t). Plus précisément, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction de la vitesse du doigt sur l’axe de référence . Dans l’exemple de la , la période dt de la fonction de modulation est d’autant plus faible que la vitesse V(t) est élevée :

Le motif de texturation est orienté par rapport à l’axe de référence . Par « orienté » on entend que la texturation est variable le long de l’axe de référence. Lorsque le motif est périodique, la texturation se répète le long de l’axe de référence. Le signal d’activation, et plus précisément la forme temporelle de la fonction de modulation, dépend d’une orientation d’une trajectoire suivie par le doigt par rapport à l’axe de référence . L’unité de commande est configurée pour :

calculer une composante V_Rde la vitesse V du doigt sur l’axe de référence ;
adapter la forme temporelle de la fonction de modulation en fonction de la composante V_Rainsi calculée.

La figure 3A représente le motif de texturation tel que représenté sur la figure 2A. Le motif est orienté selon un axe de référence . Dans cet exemple, le motif est périodique, selon l’axe de référence . Trois trajectoires ont été représentées : une trajectoire D parallèle à l’axe de référence ; une trajectoire D’, orientée par rapport à l’axe selon un angle de 30°, et une trajectoire D’’, orthogonal à l’axe . Selon ce mode de réalisation, le signal d’activation est paramétré par une projection V_Rde la vitesse du doigt sur l’axe . Par projection sur l’axe , on entend une projection perpendiculairement à l’axe Plus précisément, la période dt de la fonction de modulation varie en fonction de la valeur de la vitesse du doigt projetée sur l’axe . Plus la vitesse du doigt projetée sur l’axe est faible, plus la période dt de la fonction de modulation augmente.

En chaque instant t, l’amplitude du signal d’activation est définie par l’amplitude de la fonction de modulation : cette dernière dépend de la position du doigt sur la zone de texturation 10’ et du motif virtuel . Entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation peut être ajustée en fonction d’une éventuelle variation de la vitesse de déplacement du doigt le long de la zone de texturation 10’.

Sur la , on a représenté la fonction de modulation A(t):

lorsque le doigt se déplace, à vitesse constante, selon la trajectoire D, parallèlement à l’axe de référence : la période de la fonction de modulation est dt. Cela correspond à la courbe en traits pleins.
lorsque le doigt se déplace, à la même vitesse, selon la trajectoire D’ : la période de la fonction de modulation est dt’, avec dt’ > dt. Cela correspond à la courbe en pointillés.

Lorsque le doigt se déplace selon la trajectoire D’’, la projection de la vitesse selon l’axe R est nulle. Aucun signal d’activation n’est adressé.

La figure 4A représente un motif de texturation simulant le contour d’un bouton, de type bouton poussoir. La figure 4A est une vue en coupe, simulant un bouton tel que ressenti lorsque le doigt glisse le long de la zone de texturation 10’, selon l’axe . Sur la figure 4A, on a représenté la sensation de relief perçue par le doigt lorsqu’il se déplace le long de la zone de texturation, en quatre instants ta, tb tc, et td. Dans la réalité, le doigt se déplace le long zone de texturation 10’, qui est par exemple lisse. La figure 4A montre la texturation virtuelle ressentie par le doigt. On suppose que la force d’appui du doigt exercée par l’utilisateur est constante.

La figure 4B représente une forme temporelle d’une fonction de modulation, permettant d’obtenir un signal d’activation conférant un ressenti d’un toucher de bouton. La forme temporelle de la fonction de modulation comporte deux pics gaussiens séparés par une portion plane, d’amplitude nulle. Les deux pics gaussiens sont séparés d’une durée Dt. Chaque pic gaussien correspond à une bordure du bouton.

Lorsque la position du doigt atteint la première bordure du bouton virtuel (instant t_a), l’amplitude de modulation augmente. Cela entraîne une réduction de la friction du doigt sur la plaque 10 : il en résulte une accélération brève du doigt. Lorsque la position du doigt se dirige vers le sommet du bouton du motif virtuel (instant t_b), l’amplitude de modulation diminue, ce qui augmente la friction du doigt sur la plaque 10. Il en résulte une décélération du doigt. L’utilisateur perçoit une action de montée du doigt sur le bouton. Lorsque la position du doigt correspond à une position au sommet du bouton virtuel (instant t_c), l’amplitude de modulation est constante, en étant par exemple nulle (instant t_c). La friction est élevée. Lorsque la position du doigt correspond à une bordure opposée du bouton virtuel (instant t_d), l’amplitude de modulation augmente. Cela entraîne une réduction de la friction entre le doigt et la plaque 10 : il en résulte une accélération brève du doigt. L’utilisateur perçoit une descente du doigt.

La sensation de perception de montée et descente peut être accentuée lorsque l’utilisateur dispose d’une représentation visuelle du bouton sur la zone de texturation.

La fonction de modulation A, dont la forme temporelle est représentée sur la figure 4B, varie en fonction d’une vitesse de déplacement du doigt selon l’axe de référence . Plus la vitesse est élevée, plus la durée Dt entre les pics gaussiens diminue.

Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3A, 3B, le motif de texturation est périodique, selon un seul axe de référence, en l’occurrence l’axe . De ce fait, la forme temporelle de la fonction d’activation dépend de la vitesse du doigt selon l’axe . Dans un autre mode de réalisation, tel que représenté sur la figure 5A, le motif de texturation peut être périodique selon deux axes, par exemple deux axes orthogonaux : l’axe et l’axe . Ainsi, la vitesse V(t) comporte :

une première composante V_R ₁(t), représentative d’une vitesse de déplacement du doigt selon le premier axe, en l’occurrence l’axe ;
et une deuxième composante V_R2(t), représentative d’une vitesse de déplacement du doigt selon le deuxième axe, en l’occurrence l’axe .

Le signal d’activation Act(t) est obtenu par une combinaison entre

un premier signal d’activation périodique Act_R ₁(t), selon une première période, dépendant de la première composante V_R ₁(t) ;
un deuxième signal d’activation périodique Act_R ₂(t), selon une deuxième période, dépendant de la première composante V_R2(t).

Par combinaison, il est entendu une opération arithmétique pouvant être par exemple une somme ou un produit.

Sur la , le niveau de gris correspond à la friction ressentie lorsque le doigt se déplace le long de la plaque, à vitesse constante.

Les signaux d’activations périodiques ActR1(t) et ActR2(t) peuvent avoir la même période, et la même amplitude, ce qui correspond à l’exemple donné sur la . Ils peuvent également avoir une période ou une amplitude différentes : par exemple, la texturation est plus marquée (et/ou plus espacée) selon une direction que selon une autre direction.

Selon un mode de réalisation, représenté sur les figures 6A et 6B, le dispositif 1 est une interface tactile et haptique, reliée à un appareil 20. L’appareil 20 peut être, de façon non limitative, un appareil de communication, d’informatique, une machine, un équipement électroménager, un tableau de bord d’un véhicule. Le fonctionnement de l’appareil 20 est régi par au moins un paramètre de fonctionnement 18. L’interface haptique 1 est destinée au réglage d’une valeur du paramètre de fonctionnement 18 de l’appareil 20.

A cet effet, la zone de texturation 10’ forme une zone de réglage, destinée au réglage du paramètre 18 sous l’effet d’un glissement du doigt 9. La zone de texturation 10’ s’étend entre deux extrémités, ces dernières correspondant à deux valeurs différentes du paramètre. Les extrémités peuvent par exemple correspondre à deux valeurs extrêmes du paramètre 18. Dans l’exemple représenté, la valeur du paramètre 18 est progressivement augmentée lorsque le doigt glisse le long de la zone de texturation, entre les deux extrémités, dans le sens de la flèche, ou progressivement diminuée, lorsque le doigt glisse dans le sens opposé. Sur la , on a représenté une partie 11’ d’un écran 11, situé contre la face interne 10i de la plaque 10. Dans cet exemple, l’écran 11 permet d’effectuer un affichage, sur la partie 11’, du paramètre 18 dont la valeur est ajustée par le doigt 9 glissant sur la zone de texturation 10’.

Selon d’autres exemples, la zone de texturation 10’ n’est pas rectiligne. Elle s’étend selon un axe de référence en forme d’arc de cercle. Un exemple est représenté sur la figure 5B : l’axe de référence est représenté en pointillés. Selon d’autres possibilités, l’axe de référence peut comporter une succession de parties rectilignes, en étant linéaire par morceaux. Il peut également comporter des parties courbes et d’autres parties rectilignes.

La zone de texturation 10’ peut permettre de commuter la valeur d’un paramètre entre seulement deux valeurs, par exemple 0 lorsque le doigt est situé à une extrémité de la zone de texturation, et 1 lorsque le doigt est situé à une autre extrémité de la zone de texturation. Il peut par exemple s’agir d’un commutateur on/off. Un exemple de commutateur est décrit en lien avec les figures 12A et 12B.

L’action de glissement du doigt le long de la zone de texturation 10’ s’apparente à une action de translation d’un curseur cranté ou à la rotation d’une molette crantée dans une interface classique, non haptique. Afin d’augmenter le réalisme du réglage, l’interface 1 est configurée de telle sorte que le doigt 9 puisse ressentir un effet de crans lorsqu’il se déplace le long de la zone de texturation 10’. Par effet de crans, on entend un effet par lequel le doigt, lorsqu’il glisse le long de la zone de texturation, ressent une sensation haptique de crans, assimilable à un passage de crans mécaniques que l’on perçoit agissant sur un curseur mécanique cranté ou sur une molette crantée. Il s’agit de mimer une sensation de crans que le doigt percevrait s’il agissait sur un curseur mécanique cranté. Cela se traduit par une variation, quasi instantanée, de la vitesse du doigt. La variation de la vitesse du doigt correspond à une accélération ou une décélération. La variation de vitesse est induite par une variation de la friction du doigt glissant le long de l’interface. La variation de friction est obtenue en mettant la plaque en vibration, comme détaillé ci-après.

En fonction du signal de vitesse V(t) transmis par l’unité de calcul 14’, l’unité de commande 15 peut adresser un signal de commande Com(t) à l’appareil 20. Par exemple, lorsque l’interface 1 permet de définir une valeur d’un paramètre de fonctionnement 18 de l’appareil 20, l’unité de commande 15 est configurée pour transmettre la valeur du paramètre de fonctionnement 18 à l’appareil 20.

Les inventeurs ont conçu des signaux d’activation, permettant une perception de motifs de texturation particulièrement adaptés à un ressenti de crans lorsque le doigt 9 de l’utilisateur glisse le long de la zone de texturation 10’.

La figure 7A représente un doigt 9 se déplaçant le long d’une zone de texturation 10’. Le motif associé à la zone de texturation comporte des crans espacés les uns des autres. Selon une première possibilité, représentée sur les figures 7A à 7D, la fonction de modulation est triangulaire croissante. Les figures 7B, 7C et 7D représentent respectivement une fonction de modulation , une porteuse sinusoïdale , et le signal d’activation Act résultant d’une modulation d’amplitude de porteuse sinusoïdale par la fonction de modulation, selon l’expression (1).

Sur chacune de ces figures, l’axe des abscisses correspond au temps (unité : seconde) et l’axe des ordonnées correspond à l’amplitude.

On observe que la forme temporelle de la fonction de modulation comporte, pour chaque cran :

une phase temporelle antérieure dt_a, survenant lorsque le doigt s’approche du cran ;
une phase temporelle de cran dt_c, survenant lorsque le doigt franchit le cran ;
une phase temporelle postérieure dt_p, survenant lorsque le doigt s’éloigne du cran.

Les phases temporelles antérieure, de cran et postérieure sont activées successivement. Elles définissent une séquence d’activation associée au cran. Ainsi, pour chaque cran, la fonction de modulation comporte une séquence d’activation, correspondant à la succession phase antérieure, phase de cran, phase postérieure. La durée d’une séquence d’activation correspond à la somme des durées respectives des phases antérieure, de cran et postérieure.

D’une façon générale, chaque séquence d’activation correspondant à un cran est telle qu’au cours de la phase de cran, l’amplitude de la fonction modulation varie dans une plage de variation significativement plus importante que dans les phases antérieure et postérieure de la séquence. L’amplitude de modulation conditionne la friction du doigt sur la zone de texturation 10’. La perception d’un cran est réaliste lorsque avant et après le cran, la friction est relativement stable, et que lors du passage du cran, la friction varie significativement. Il en résulte une variation brusque de la vitesse du doigt lors du passage du cran, ce qui entraîne une perception d’un cran par l’utilisateur. La variation brusque de la vitesse peut être une décélération, une accélération, ou une combinaison accélération/décélération. Durant les phases antérieure et postérieure précédant et suivant un cran, la variation de l’amplitude de modulation est moindre que durant la phase de cran. Durant les phases antérieure et postérieure, l’amplitude de modulation peut être stable, comme représenté sur les figures 7B et 7D, sans que cela soit nécessaire. Une amplitude de modulation stable génère une sensation de planéité de la zone de texturation avant ou après le passage d’un cran.

Ainsi, si correspond à la variation d’amplitude, une séquence temporelle de cran peut être telle que :

Dans l’exemple des figures 7B et 7D, au cours de la phase de cran dt_c, l’amplitude de modulation de la plaque est progressivement augmentée, ce qui entraîne une perception croissante de glissement : la vitesse du doigt augmente. La phase de cran se termine par une rupture, engendrant un brusque ralentissement du doigt. La combinaison accélération/décélération induit une perception d’un cran.

Une séquence temporelle correspondant à un cran est de préférence telle que durant la phase de cran, la valeur absolue de dérivée temporelle de la fonction de modulation présente une valeur maximale plus élevée que durant les phases antérieure et postérieure. Si correspond à la fonction de modulation :

Cela traduit le fait que durant la phase de cran, la fonction de modulation subit une variation d’amplitude plus élevée et/ou plus rapide que durant les phases antérieure et postérieure. Il en résulte une variation plus rapide et/ou plus importante de la friction, induisant une perception d’un cran au niveau du doigt.

Un motif de texturation , formant un ou plusieurs crans, est généralement orienté selon un axe de référence , dans le sens où chaque cran s’étend le long de l’axe de référence. La zone de texturation 10’, à laquelle est assignée le motif, s’étend de préférence selon l’axe de référence . Deux crans successifs sont espacés d’une distance dr selon l’axe de référence R. Aussi, l’intervalle temporel dt entre deux crans successifs est tel que :

où est la vitesse du doigt parallèlement à l’axe . Plus la vitesse est élevée, plus l’intervalle temporel dt est long. On comprend également que les durées respectives des phases antérieure, de cran et postérieure varient de la même manière en fonction de la vitesse .

Sur les figures 7B et 7D, la fonction de modulation est triangulaire croissante. La illustre une autre configuration, selon laquelle la fonction de modulation est triangulaire décroissante.

Selon une configuration, représentée sur la figure 7F, les crans présentent une certaine étendue spatiale selon l’axe de référence . Lorsque le doigt se déplace parallèlement à l’axe selon lequel les crans sont espacés, la fonction de modulation est ajustée de telle sorte que l’écart temporel dt entre deux passages de crans successifs soit tel que défini en lien avec l’expression (5). Sur la , on a représenté une direction D, selon laquelle se déplace le doigt, formant un angle θ avec l’axe de référence R. La fonction de modulation est ajustée en fonction de la composante VR, selon l’axe de référence R, de la vitesse V du doigt. Lorsque le doigt se déplace selon la direction D, l’intervalle temporel dt’ entre deux crans successifs est tel que

Les figures 7G et 7H représentent respectivement une fonction de modulation correspondant à un déplacement du doigt selon la direction D et selon l’axe de référence R. L’axe des ordonnées correspond à l’amplitude normalisée. L’axe des abscisses correspond au temps t – unité s. On observe que la forme temporelle dépend de la vitesse selon l’axe de référence. La durée de la phase de cran dt_c, varie entre 140 µs ( ) et 70 µs ( ).

D’une façon générale, pour un meilleur ressenti, la durée d’une phase de cran dt_cest de préférence inférieure à 100 ms, voire à 1 ms, 500 µs ou à 250 µs. D’une façon plus générale, la durée d’une phase de cran dépend de la vitesse du doigt et de la dimension du cran virtuel.

Les figures 8A et 8B représentent respectivement une fonction de modulation ainsi que sa dérivée temporelle. Durant la phase de cran dtc, l’amplitude décroît, puis croît, puis décroît à nouveau. Il en résulte un ralentissement du doigt, puis une accélération, avant un nouveau ralentissement. La combinaison décélération/accélération/décélération entraîne une perception d’un cran par l’utilisateur. La figure 8B montre la dérivée temporelle de la fonction de modulation représentée sur la figure 8A : la dérivée est nulle durant les phases antérieure et postérieure. Elle fluctue de façon importante durant la phase de cran, ce qui entraîne la perception du cran par l’utilisateur.

Différentes séquences, ou « patterns », peuvent être définies, qui induisent un effet de cran. Les figures 9A à 9H illustrent différentes possibilités. On rappelle qu’une séquence correspond à une succession d’une phase antérieure, d’une phase de cran et d’une phase postérieure, entraînant un effet haptique de cran. Les exemples donnés sur les figures 9A à 9H montrent que différentes séquences sont envisageables. Cela permet d’obtenir une grande variété de sensations de crans au niveau du doigt 9.

Les figures 10 et 11 illustrent une fonction de modulation comportant une succession de séquences phase antérieure – phase de cran – phase postérieure, chaque séquence correspondant à un cran.

La montre une zone de texturation 10’ plane, présentant l’aspect d’un commutateur, permettant de commuter entre deux positions. Il s’agit par exemple d’un commutateur marche/arrêt. Ce type de commutateur est connu dans le domaine des interfaces tactiles. Le doigt agit sur un curseur virtuel de façon à le translater d’un côté ou d’une autre d’une zone de débattement. Le curseur virtuel est ici représenté par un disque. Dans l’exemple représenté, le doigt agit de droite à gauche pour déplacer le curseur virtuel. Au cours du déplacement du doigt, une sensation haptique est produite, selon la fonction d’activation représentée sur la . La est positionnée par rapport à la de sorte que l’amplitude de modulation correspond à la position du doigt sur le commutateur. Lorsque le curseur se rapproche de sa position finale (à droite de la zone de débattement), l’amplitude de la fonction de modulation augmente, ce qui entraîne une augmentation de la sensation de glissement. Lorsque la position finale est atteinte, la sensation de glissement est maximale.

Un avantage de l’invention est que le rendu haptique d’un cran est paramétré par la fonction de modulation. Le rendu peut également dépendre de la porteuse : fréquence et/ou la forme de la porteuse, cette dernière pouvant être, à titre non limitatif, sinusoïdale ou en créneaux ou triangulaire.

Selon une possibilité, compatible avec l’ensemble des modes de réalisation décrits, le signal d’activation n’est adressé aux transducteurs que si la pression exercée par le doigt sur la plaque 10 excède un seuil de pression prédéterminé. Dans un tel mode de réalisation, l’unité de commande 15 peut comparer une pression mesurée par le capteur de pression 17 avec un seuil de pression préalablement déterminé. En fonction de la comparaison, le signal d’activation est généré, ou non. Il peut par exemple n’être généré que si la pression exercée par le doigt sur la plaque franchit un seuil prédéterminé.

La montre les principales étapes d’un procédé de commande d’un dispositif tactile, comme précédemment décrit.

Etape 100 : application d’un doigt sur la plaque.

Etape 110 : détermination d’une position du doigt sur la plaque 10 : le capteur de position 14 forme un signal de position S(t). Au cours de cette étape, l’unité de commande 15 peut vérifier que le doigt est positionné sur une zone de texturation 10’. A défaut, les étapes suivantes ne sont pas mises en œuvre.

Etape 120 : mesure d’une vitesse de déplacement du doigt sur l’interface, à l’aide de l’unité de calcul 14’, cette dernière générant un signal de vitesse V(t) représentatif de la vitesse du doigt. L’étape 120 peut comprendre une détermination d’une vitesse V_R(t) par rapport à au moins un axe de référence R.

Etape 130 : en fonction de la vitesse résultant de l’étape 120, génération d’un signal d’activation Act(t). Un motif de texturation virtuel est assigné à la zone de texturation 10’. Le signal d’activation est formé par une modulation d’amplitude d’une porteuse périodique, de façon que le motif de texturation soit ressenti par le doigt de l’utilisateur. La forme temporelle de la fonction de modulation dépend de la vitesse résultant de l’étape 120, sur l’axe de référence R du motif M.

Le dispositif 1 peut être une interface d’un appareil 20. Le motif de texturation virtuel peut comporter alors des crans espacés les uns des autres. La zone de texturation 10’ est configurée pour piloter un paramètre de l’appareil en fonction d’une position du doigt sur la zone de texturation. Selon cette configuration, le procédé peut comporter l’étape suivante :

Etape 140 : en fonction de la position du doigt, génération d’un signal de commande Com(t), transmis au dispositif commandé par l’interface. Le signal de commande permet un réglage de la valeur d’un paramètre de fonctionnement 18, associé à la zone de texturation 10’ touchée par le doigt.

Le procédé peut comporter une étape 125 de détermination d’une pression exercée par le doigt sur la plaque, et de comparaison de la pression avec un seuil de pression, en fonction de quoi les étapes 130 et 140 sont, ou non, mises en œuvre.

Un avantage notable de l’invention est que le motif de texturation est un motif virtuel, défini numériquement, indépendamment de l’état de surface de la zone de texturation 10’. L’invention permet alors de définir plusieurs motifs de texturation virtuels respectivement sur différentes zones de texturation, espacées les unes des autres, sur une même plaque. L’invention permet également d’assigner plusieurs motifs de texturation virtuels sur une même zone de texturation. Par exemple, lorsque le dispositif est une interface, une même zone de texturation peut successivement être utilisée pour le réglage de différents paramètres. Le réglage des différents paramètres, sur la même zone de texturation, peut être effectué en assignant respectivement différents motifs de texturation sur la même zone. Les figures 14A et 14B représentent deux motifs M₁et M₂assignés à une même zone de texturation, pour le réglage de deux paramètres différents. Ces deux motifs virtuels définissent un nombre et une position différents de crans.

On comprend que l’invention permet de définir une grande diversité de motifs de texturation sur une même zone de texturation, et cela indépendamment de l’état réel de la surface de la plaque, dans la zone de texturation 10’.

L’interface convient à la commande de dispositifs grands publics, par exemple dans le domaine de l’électroménager ou le tableau de bord de véhicules. L’interface permet d’exercer un retour haptique, perceptible par l’utilisateur. Le retour haptique mime une réponse mécanique d’un organe mécanique mobile : cela rend l’utilisation de l’interface simple et conviviale.

Claims

Procédé de mise en œuvre d’un dispositif tactile (1), le dispositif tactile (1) comportant :
une plaque (10), comportant au moins une zone de texturation (10’), à laquelle est assigné un motif de texturation (M, M₁, M₂), virtuel, la plaque étant destinée à être touchée par un corps externe ;

au moins un transducteur (12), configuré pour mettre en vibration la plaque (10), selon une vibration ultrasonique produisant un effet de lubrification ultrasonique entre le corps externe et la plaque, le transducteur étant configuré pour être commandé par un signal d’activation;
le procédé comportant :
déplacement d’un corps externe (9) le long de la zone de texturation (10) ;

détermination d’une position (S(t)) du corps externe sur la zone de texturation (10) ;

mesure d’une vitesse (V(t)) du corps externe le long la plaque ;

lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, génération d’un signal d’activation (Act(t)), dépendant du motif de texturation ( ), de façon à activer le transducteur (12) ou chaque transducteur, de telle sorte que sous l’effet du signal d’activation, la plaque est mise en vibration, selon une vibration ultrasonique, la vibration induisant une variation d’une friction entre la plaque et le corps externe (9), le corps externe, se déplaçant, ressentant le motif de texturation sous l’effet de son déplacement le long de la zone de texturation;
le procédé étant caractérisé en ce que :
le motif de texturation est orienté par rapport à un axe de référence ( ) ;

l’étape c) comporte une mesure d’une composante de la vitesse (V_R) du corps externe sur l’axe de référence ;

durant l’étape d), le signal d’activation dépend du motif de texturation ( ) et de la composante de la vitesse (V_R) du corps externe sur l’axe de référence ;
de façon que lorsque le corps externe se déplace le long de la zone de texturation, la friction entre la plaque et le corps externe est modifiée en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation et en fonction de la composante de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel lors de l’étape d), le signal d’activation est établi à partir :
d’une porteuse périodique ( ), la porteuse s’étendant, à chaque période, selon une amplitude ;

d’une fonction de modulation (A), variant, durant le déplacement du corps externe, selon une forme temporelle dépendant du motif de texturation ( ) et de la composante de vitesse (V_R) du corps externe sur l’axe de référence ;

de sorte que l’amplitude du signal d’activation résulte d’une modulation de la porteuse ( ) par la fonction de modulation (A).
Procédé selon la revendication 2, dans lequel durant l’étape d), le signal d’activation est généré en différents instants (t), de sorte que :
à chaque instant, l’amplitude de la fonction de modulation dépend de la position du corps externe ;

entre deux instants successifs, la forme temporelle de la fonction de modulation est ajustée en fonction d’une variation de la composante de vitesse du corps externe (V_R) sur l’axe de référence.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel :
le corps externe se déplace le long de la zone de texturation selon une direction (D) formant un angle (θ) avec l’axe de référence (R);

la forme temporelle de la composante de modulation (A) dépend de l’angle entre la direction (D) et l’axe de référence.
Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel :
le motif de texturation ( ) est un motif périodique, s’étendant selon une période spatiale (dr) parallèlement à l’axe de référence ;

la forme temporelle de la fonction de modulation est périodique, selon une période temporelle (dt), la durée de la période temporelle dépendant de la composante (V_R) de la vitesse du corps externe sur l’axe de référence R et de la période spatiale du motif de texturation (dr).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel
le motif de texturation est orienté par rapport à un premier axe de référence (R₁) et à un deuxième axe de référence (R₂);

l’étape c) comporte une mesure d’une première composante de vitesse (V_R1), selon le premier axe de référence, et d’une deuxième composante de vitesse (V_R2) selon le deuxième axe de référence ;

l’étape d) comporte, durant le déplacement du corps externe :

une génération d’un premier signal d’activation (Act1(t)), formé par une première porteuse périodique modulée par une première fonction de modulation, la forme temporelle de la première fonction de modulation dépendant de la première composante de vitesse (V_R1);

une génération d’un deuxième signal d’activation, formé par une deuxième porteuse périodique modulée par une deuxième fonction de modulation (Act2(t)), la forme temporelle de la deuxième fonction de modulation dépendant de la deuxième composante de vitesse (V_R2);

une combinaison du premier signal d’activation et du deuxième signal d’activation pour former le signal d’activation.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel :
le motif de texturation est un motif périodique, s’étendant selon une première période spatiale parallèlement au premier axe de référence ;

la première fonction de modulation est périodique, selon une première période temporelle, la durée de la première période temporelle dépendant de la première composante de la vitesse et de la première période spatiale du motif périodique ;

le motif de texturation s’étend selon une deuxième période spatiale parallèlement au deuxième axe de référence ;

la deuxième fonction de modulation est périodique, selon une deuxième période temporelle, la durée de la deuxième période temporelle dépendant de la deuxième composante de la vitesse et de la deuxième période spatiale du motif périodique.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel :
le motif de texturation comporte au moins un cran (C), le cran correspondant à un relief ou à un creux dans le motif de texturation ;

la fonction de modulation du signal d’activation est déterminée de telle sorte qu’un effet de cran est ressenti par l’utilisateur lors du passage du corps externe sur le cran.
Procédé selon la revendication 8, dans lequel :
lors du passage du corps externe de part et d’autre du cran (C), la fonction de modulation comporte successivement :

une phase antérieure (dt_a), lorsque le corps externe approche du cran ;

une phase de cran (dt_c), lorsque le corps externe franchit le cran ;

une phase postérieure (dt_p), lorsque le corps externe s’éloigne du cran ;

le ressenti du cran par l’utilisateur dépend de la fonction de modulation durant les phases antérieure, de cran et postérieure ;

la fonction de modulation est telle que lors de la phase de cran, la fonction de modulation varie selon une plage de variation plus étendue que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.
Procédé selon la revendication 9, dans lequel lors de la phase de cran, la fonction de modulation est telle qu’une valeur absolue de sa dérivée temporelle atteint une valeur maximale plus élevée que lors de la phase antérieure et lors de la phase postérieure.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel :
le cran est orienté par rapport à l’axe de référence ;

la durée de la phase antérieure, de la phase de cran et de la phase postérieure dépend de la composante de la vitesse du corps externe par rapport à l’axe de référence.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le motif de texturation comporte plusieurs crans, la fonction de modulation étant telle qu’à chaque cran sont associés une phase antérieure, une phase de cran et une phase postérieure.
Procédé selon la revendication 12, dans lequel :
les crans sont distants les uns des autres le long d’un axe de référence ;

l’intervalle temporel (dt) entre deux phases de crans, respectivement associées à deux crans successifs, dépend d’une distance entre les deux crans (dr) et d’une vitesse du corps externe par rapport à l’axe de référence.
Procédé selon la revendication 13 dans lequel l’axe de référence est linéaire ou courbe ou linéaire par morceaux.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 14, dans lequel :
le dispositif (1) est une interface tactile, destinée à commander un appareil (20) relié à l’interface ;

l’interface est destinée à ajuster une valeur d’au moins un paramètre de fonctionnement de l’appareil, en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation, la zone de texturation permettant un ajustement de la valeur du paramètre ;

le procédé comporte une génération d’un signal de commande (Com(t)) de l’appareil en fonction de la position du corps externe sur la zone de texturation.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte un capteur de pression (17), configuré pour mesurer une pression exercée par le corps externe sur la plaque, le procédé comportant :
mesure d’une pression exercée sur la plaque ;

comparaison de la pression mesurée avec un seuil prédéterminé ;

mise en œuvre des étapes c) et d) lorsque la pression exercée est supérieure au seuil.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape b) est mise en œuvre à l’aide d’un capteur capacitif.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps externe est un doigt.
Dispositif tactile (1), comportant une plaque (10), destinée à être touchée par un corps externe (9), la plaque comportant au moins une zone de texturation (10’), à laquelle est assigné un motif de texturation (M, M₁, M₂), virtuel, le dispositif comportant :
au moins un transducteur (12), configuré pour mettre la plaque (10) en vibration;

un capteur de position (14), configuré pour générer un signal de position (S(t)), le signal de position étant représentatif d’une position du corps externe sur la plaque (10) ;

une unité de calcul (14’), pour déterminer un signal de vitesse (V(t)), en fonction de signaux de position respectivement générés en différents instants (t), le signal de vitesse étant représentatif d’une vitesse du corps externe le long de la plaque;
le dispositif tactile étant caractérisé en ce qu’il comporte :
une unité de commande (15), reliée au capteur de position (14), et à l’unité de calcul (14’) et configurée pour mettre en œuvre l’étape d) d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, en fonction du signal de position issu du capteur de position et du signal de vitesse issu de l’unité de calcul.
Dispositif selon la revendication 19, dans lequel le capteur de position est un capteur capacitif, et comporte un réseau de pistes conductrices configurées pour détecter le corps externe par couplage capacitif, à travers tout ou partie de la plaque.
Dispositif selon l’une quelconque des revendications 19 ou 20, comportant un écran (11), le dispositif étant tel que :
la plaque est transparente ;

la plaque est disposée contre l’écran.
Dispositif selon l’une quelconque des revendications 19 à 21, tel que :
le dispositif (1) est une interface tactile, destinée à commander un appareil (20) relié à l’interface ;

le dispositif comporte une zone de texturation (10’), destinée à un ajustement d’une valeur d’un paramètre de fonctionnement (18) de l’appareil (20), la zone de texturation (10’) comportant au moins deux crans, espacés l’un de l’autre ;

l’unité de commande est configurée pour ajuster une valeur du paramètre en fonction d’une position du corps externe sur la zone de texturation.
Appareil (20), configuré pour être contrôlé par un paramètre (18), et comportant une interface tactile (1) configurée pour sélectionner le paramètre ou régler une valeur du paramètre, l’interface tactile étant un dispositif selon la revendication 22.