FR3127309A1 - Cadre d’interaction sans contact pour interface homme / machine - Google Patents

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Abstract

Périphérique informatique destiné à apporter à un écran d’affichage des capacités de pointage et de sélection de fonctionnalités mettant en œuvre des barrettes de détection infrarouge de la position d’un objet produisant un décalage d’intensité dans l’infrarouge, caractérisé en ce qu’il est constitué par un cadre destiné à être placé en avant d’un écran d’affichage et présentant une fenêtre dont un des bords au moins comporte une première barrette de détection infrarouge définissant un premier plan de détection parallèle au plan transversal frontal de ladite fenêtre et une deuxième barrette de détection infrarouge définissant plan de détection parallèle au plan transversal distal de ladite fenêtre, la distance entre ledit plan frontal et ledit plan distal étant compris entre 5 et 50 mm, ledit cadre comportant en outre une série de transducteur ultrason émettant un plan d’énergie vibratoire correspondant audit plan distal, ledit cadre comportant en outre sur chaque bord un réseau de sources lumineuses émettant dans le spectre visible selon un premier mode en fonction d’un signal de pointage , et selon un second mode en cas de sélection. Figure à publier : 1

Description

Cadre d’interaction sans contact pour interface homme / machine
Domaine de l’invention
La présence invention concerne le domaine des interfaces hommes-machines interactives comprenant un écran d’affichage d’informations permettant une saisie de commande par un opérateur interagissant avec les informations affichées.
Les écrans tactiles constituent un périphérique informatique qui combine les fonctionnalités d'affichage d'un écran (moniteur) et celles d'un dispositif de pointage comme la souris, le pavé tactile ou le stylet optique.
Cela permet de réduire le nombre de périphériques sur certains systèmes et de réaliser des logiciels ergonomiques très bien adaptés à certaines fonctions. Les écrans tactiles sont utilisés, par exemple, pour les PDA, les GPS, des lecteurs MP3, les smartphones, les tablettes, des consoles de jeux portables, les billetteries automatiques, les distributeurs automatiques de billets (DAB), toutes les caisses sans caissier et les ordinateurs.
Un écran tactile de dernière génération peut être sensible à plus de deux niveaux de pression avec une résolution meilleure (tablette graphique/stylet) et à plus d’un endroit à la fois (multi-touch/doigts de la main).
Il existe plusieurs types de mise en œuvre pour les écrans tactiles, chacune ayant ses avantages et inconvénients. Le choix de l'une ou l'autre de ces technologies est fait en fonction des critères de prix, de résistance aux chocs, de précision ou de taille : écrans à ondes de surface, écrans à réseau résistive analogique, écran avec une membrane capacitive, technologie à induction, technologie à infrarouge, etc.
En particulier, les écrans tactiles à technologie infrarouge comportent un réseau de capteurs de rayonnement infrarouge, horizontal et vertical. La détection de contact se fait lors de l'interruption d'un de ces faisceaux de lumière infrarouge modulée (de façon à éviter les interférences entre détecteurs). Un écran tactile infrarouge comporte un cadre sur lequel sont montés des émetteurs et des récepteurs infrarouges. Le panneau de verre n’est pas obligatoire dans la fonction de contact. Les émetteurs et récepteurs infrarouges produisent un maillage lumineux. Lorsque l’utilisateur entre en contact avec ce maillage infrarouge, Il interrompt certains faisceaux lumineux. Les récepteurs déficients en lumière infrarouge détectent le point d’impact et transmettent au contrôleur les coordonnées X et Y. Les coordonnées sont obtenues avant que le consommateur ne touche la dalle.
Etat de la technique
Le brevet KR1020090124519 décrit une solution comportant un module de capteur de rayons infrarouges situé sur un coin d'une surface du panneau d'affichage plat. Le module de capteur de rayons infrarouges est proche d'une surface de zone de non-affichage du panneau d'affichage plat. Le module de capteur de rayons infrarouges est situé sur un coin d'au moins trois panneaux d'affichage plats. Le module capteur de rayons infrarouges comprend une unité de réception de lumière qui détecte une quantité de lumière entre les côtés du panneau d'affichage plat adjacent.
La demande de brevet chinois CN201610344702.0 concerne un dispositif d'affichage à écran tactile comprenant un panneau d'affichage, un réseau d'émetteurs infrarouges et une pluralité d'unités de capteur infrarouge. Le panneau d'affichage comprend une zone d'affichage et une zone de cadre. La zone d'affichage comprend une pluralité de sous-pixels et chacun des sous-pixels comprend une zone d'ouverture. Le réseau d'émetteurs infrarouges est situé au niveau de la zone de cadre et comprend une pluralité d'émetteurs infrarouges. La pluralité d'émetteurs infrarouges est conçue pour émettre de la lumière infrarouge couvrant la zone d'affichage. Chaque unité de capteur infrarouge de la pluralité d'unités de capteur infrarouge comprend un capteur infrarouge situé dans l'un des sous-pixels et correspondant à une zone d'ouverture du sous-pixel.
Le brevet chinois CN104991685 décrit un panneau tactile infrarouge comprenant des émetteurs infrarouges, près d'au moins un côté étant disposé au niveau d’un écran tactile ainsi que des récepteurs à distance infrarouge multiples, près d'au moins deux côtés. Le rayon pénètre dans le substrat tactile décrit avec un angle prédéterminé, avec un angle prédéterminé supérieur ou égal à l'angle d'entrée de l'air de réflexion totale.
Le brevet américain US8928644 décrit un dispositif d'affichage comprenant :
  • une partie d'élément d'affichage formée dans un pixel d'une région d'affichage ;
  • une première partie photodétecteur formée dans le pixel, qui est fournie avec la partie élément d'affichage ; et
  • une seconde partie de photodétecteur formée dans un autre pixel sans la première partie de photodétecteur, qui est fournie avec une autre partie d'élément d'affichage
  • dans lequel la première partie photodétecteur est dotée d'une première photodiode pour détecter la lumière visible, et dans lequel la seconde partie photodétecteur est dotée d'une seconde photodiode pour détecter un rayon infrarouge.
On connaît aussi le brevet européen EP2666075B1 décrivant un dispositif électronique, présentant un système d'interface utilisateur de détection lumineuse de geste de doigt, comprenant :
  • un boîtier comprenant une cavité formée par des parois s'étendant d'une ouverture inférieure à une ouverture supérieure ;
  • un affichage à écran tactile monté dans ledit boîtier, de sorte que la totalité de la cavité est disposée le long d'un côté de l'affichage, distinct de l'affichage ;
  • un détecteur monté dans lesdites parois, comprenant une pluralité d'émetteurs de lumière qui projettent des faisceaux de lumière dans la cavité, et une pluralité de récepteurs de lumière qui mesurent les intensités de faisceaux bloqués et non bloquées parmi les faisceaux de lumière projetés ; et
  • un processeur, connecté audit détecteur et audit affichage, pour générer des données de position tactile en réponse à l'effleurement, par un premier objet, dudit affichage, sur la base d'une sortie reçue à partir dudit affichage, pour générer des données d'insertion de cavité en réponse à un second objet, distinct du premier objet, qui est simultanément à l'intérieur de la cavité, sur la base d'une sortie reçue à partir dudit détecteur, et pour combiner les données de position tactile et les données d'insertion de cavité dans une entrée pour le dispositif électronique, dans lequel les données d'insertion de cavité incluent un emplacement et une inclinaison du second objet à l'intérieur de la cavité.
Inconvénients de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur ne sont pas satisfaisantes car certaines impliquent un contact physique dans le doigt de l’utilisateur ou un stylet, et l’écran de visualisation. D’autres solutions nécessitent des montages optiques complexes et fragiles. De plus, ces solutions ne permettent pas une utilisation très intuitive pour des équipements utilisés dans un environnement public.
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un périphérique informatique destiné à apporter à un écran d’affichage des capacités de pointage et de sélection de fonctionnalités mettant en œuvre des barrettes de détection infrarouge de la position d’un objet produisant un décalage d’intensité dans l’infrarouge, caractérisé en ce qu’il est constitué par un cadre destiné à être placé en avant d’un écran d’affichage et présentant une fenêtre dont un des bords au moins comporte une première barrette de détection infrarouge définissant un premier plan de détection parallèle au plan transversal frontal de ladite fenêtre et une deuxième barrette de détection infrarouge définissant un deuxième plan de détection parallèle au plan transversal distal de ladite fenêtre, la distance entre ledit plan frontal et ledit plan distal étant compris entre 5 et 50 mm, ledit cadre comportant en outre une série de transducteur ultrason émettant un plan d’énergie vibratoire correspondant audit plan distal, ledit cadre comportant en outre sur chaque bord un réseau de sources lumineuses émettant dans le spectre visible selon un premier mode en fonction d’un signal de pointage , et selon un second mode en cas de sélection.
Selon une variante de réalisation, ledit premier mode consiste à activer les deux paires de sources lumineuses correspondant à l’abscisse et à l’ordonnée de pointage.
Selon une autre variante de réalisation, ledit premier mode consiste à activer les deux paires de sources lumineuses correspondant à l’abscisse et à l’ordonnée de pointage ainsi que N sources lumineuses de part et d’autre de chacune desdites sources, N étant compris entre 1 et 50% du nombre total de sources lumineuses sur le côté considéré.
Selon une variante de réalisation, ledit second mode consiste à activer la totalité des sources lumineuses.
Selon une variante de réalisation, ledit second mode consiste à activer la totalité des sources lumineuses en mode de clignotement.
De préférence, ledit second mode comporte en outre l’activation d’un signal sonore.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, se référant aux dessins annexés sur lesquels :
la représente une vue de face d’un dispositif selon l’invention
la représente une vue en perspective d’un exemple de barrette infrarouge
la représente une vue en coupe partielle du dispositif.
Présentation générale de l’invention
L’invention est décrite en référence à un contexte applicatif d’une borne publique d’accès à des services, mais bien sûr n’est pas limitée à une telle application.
La borne est constituée par un mobilier (1) présentant une zone interactive formée par un écran (2) de visualisation non tactile, notamment une dalle OLED, IPS, LCD, TN « Twisted Nematic », ou LCD. Cette dalle n’est pas interactive ni tactile et est simplement destinée à l’affichage d’informations, notamment d’icônes.
Le dispositif comprend un cadre (10) formant une ouverture supérieure ou égale à la taille de la dalle (1), présentant quatre bandes lumineuses (14 à 17) par exemple de diodes électroluminescentes entourant la dalle (1) et faisant le tour du cadre (10). Ces quatre bandes lumineuses (14 à 17) peuvent être fixées sur la face avant visible du cadre (10), ou derrière les faces du cadre pour être visibles par transparence du matériau transparent ou translucide du cadre (10).
Selon une alternative, les bandes lumineuses sont localisées sur la partie intérieure du cadre, et projettent un faisceau parallèle au plan de l’écran, dirigé vers le centre du cadre.
Selon une autre variante, les bandes lumineuses sont à cheval sur la face avant et la face intérieure du cadre.
Ce cadre (10) comporte sur un côté deux barrettes (25, 27) illustrées par la , formées chacune par une alternance de sources infrarouge (21, 23) munies de lentilles pour former un faisceau d’émission (26) sensiblement plan et de capteurs infrarouge (20, 22, 24) munies également de lentilles pour former un faisceau de détection (28) sensiblement plan. Une barrette (25, 27) est associée à un microcontrôleur pour former un plan de détection d’un objet (30) modifiant la réflexion infrarouge et délivrer un signal représentatif de l’abscisse et l’ordonnée de l’objet (30). Ce contrôleur surveille en permanence la lumière collectée par les détecteurs et vérifie la lumière ambiante afin de calibrer le système pour qu'il fonctionne dans toutes les conditions d'éclairage. Les objets (30) entrant dans le trajet lumineux du capteur (20, 22, 24) provoquent des décalages d'intensité dans la lumière reçue. Ces informations sont utilisées pour déterminer La taille et la position de chaque objet (30) sont signalées à l'hôte. En combinant la valeur mesurée à partir d'un certain nombre de capteur (20, 22, 24), la position et la taille de l'objet (30) sont calculées par le contrôleur qui délivre un signal sur un port permettant à l’ordinateur de connaître l’information de pointage.
Le cadre comporte deux barrettes de ce type.
La première barrette (25), la plus éloignée de l’écran, est disposée en position frontale, et sert au pointage, c’est-à-dire à fournir l’information sur la position du doigt (30) (abscisse et ordonnée dans le plan parallèle à l’écran).
La deuxième barrette (27), la plus proche de l’écran, est disposée en position distale, et sert à la détection de la profondeur d’engagement du doigt (30) et plus précisément de l’atteinte de l’extrémité du doigt (30) d’une position avancée où elle intersecte le plan de détection de la deuxième barrette (27).
Le plan de détection de cette deuxième barrette (27) est éloigné de quelques millimètres de la surface de l’écran, pour détecter le doigt (30) avant qu’il ne vienne en contact avec l’écran et commander le signal d’activation d’une fonctionnalité, définie par l’abscisse et ordonnée du doigt (30).
Optionnellement, une série de transducteurs piézoélectrique (40) est positionnée entre les deux plans de pointage et d’activation pour émettre une onde vibratoire plane lorsque la pénétration du doigt (30) dans le plan de détection de la deuxième barrette (27) est détectée. L’utilisateur est ainsi averti haptiquement de la prise en compte de son action.
Cette information haptique est optionnellement complétée par un signal sonore et/ou visuel.
Les bandes lumineuses (14 à 17) sont commandées par la détection du pointage pour activer les sources (4 à 7) dont respectivement l’abscisse et l’ordonnées correspond aux coordonnées X, Y du doigt (30), ainsi que les N sources les plus proches, ce qui permet à l’utilisateur de percevoir la position de son organe de pointage. Lorsque l’utilisateur «enfonce » son doigt (30) et atteint le deuxième plan de détection, la totalité des sources lumineuses des bandes lumineuses (14 à 17) est activées, par exemple en mode de clignotement, pour signaler la prise en compte de l’intention de l’utilisateur. Un signal sonore peut compléter ce signalement optique.
Les transducteurs peuvent aussi être activés, éventuellement selon un mode différent (fréquence de modulation) en fonction de la position de pointage, de façon à fournir à l’utilisateur un retour haptique concernant la prise en compte de son intention de pointage et d’éviter qu’il n’engage l’organe de pointage jusqu’à la surface de l’écran.

Claims (6)

  1. – Périphérique informatique destiné à apporter à un écran d’affichage (2) des capacités de pointage et de sélection de fonctionnalités mettant en œuvre des barrettes de détection infrarouge de la position d’un objet produisant un décalage d’intensité dans l’infrarouge, caractérisé en ce qu’il est constitué par un cadre destiné à être placé en avant d’un écran d’affichage (2) et présentant une fenêtre dont un des bords au moins comporte une première barrette de détection infrarouge définissant un premier plan de détection parallèle au plan transversal frontal de ladite fenêtre et une deuxième barrette de détection infrarouge définissant plan de détection parallèle au plan transversal distal de ladite fenêtre, la distance entre ledit plan frontal et ledit plan distal étant compris entre 5 et 50 mm, ledit cadre (10) comportant en outre une série de transducteur ultrason émettant un plan d’énergie vibratoire correspondant audit plan distal, ledit cadre (10) comportant en outre sur chaque bord un réseau de sources lumineuses (14 à 17) émettant dans le spectre visible selon un premier mode en fonction d’un signal de pointage , et selon un second mode en cas de sélection.
  2. – Périphérique informatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier mode consiste à activer les deux paires de sources lumineuses (4, 6), (5, 7) correspondant à l’abscisse et à l’ordonnée de pointage.
  3. – Périphérique informatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier mode consiste à activer les deux paires de sources lumineuses (4, 6), (5, 7) correspondant à l’abscisse et à l’ordonnée de pointage ainsi que N sources lumineuses de part et d’autre de chacune desdites sources (4, 6), (5, 7), N étant compris entre 1 et 50% du nombre total de sources lumineuses sur le côté considéré.
  4. – Périphérique informatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit second mode consiste à activer la totalité des sources lumineuses (4, 6), (5, 7).
  5. – Périphérique informatique selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit second mode consiste à activer la totalité des sources lumineuses (4, 6), (5, 7) en mode de clignotement.
  6. – Périphérique informatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit second mode comporte en outre l’activation d’un signal sonore.
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