WO1994020928A1 - Commande statique d'un curseur - Google Patents

Commande statique d'un curseur Download PDF

Info

Publication number
WO1994020928A1
WO1994020928A1 PCT/FR1994/000203 FR9400203W WO9420928A1 WO 1994020928 A1 WO1994020928 A1 WO 1994020928A1 FR 9400203 W FR9400203 W FR 9400203W WO 9420928 A1 WO9420928 A1 WO 9420928A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
pointing device
electrodes
electrode
cursor
Prior art date
Application number
PCT/FR1994/000203
Other languages
English (en)
Inventor
Claude Battarel
Original Assignee
Claude Battarel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Claude Battarel filed Critical Claude Battarel
Publication of WO1994020928A1 publication Critical patent/WO1994020928A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means

Definitions

  • the present invention is in the field of directional manual input members in two dimensions as found in screen pointer devices.
  • various devices are known to replace a mouse enabling a cursor to be moved on a computer screen from a stationary device. This is the control ball or inverted mouse where the rotation of the ball results in a synchronous movement of the cursor on the screen.
  • Other mechanically simpler devices control a cursor in speed and direction of movement, they comprise a movable body, plate, small lever or key of keyboard which actuates sensors of rotation, displacement or pressure under the pressure of the finger or operator's hand.
  • the direction of the cursor speed vector can be better controlled, but its module is not and the associated electronics remains quite complex.
  • the present invention overcomes these drawbacks by the particular shape of the sensor electrodes in combination with amplitude detection followed by digitalization and signal processing. Indeed, the sensor will be a flat or slightly spherical insulated surface housing four thin electrodes having symmetry with respect to their output axes X'Ox and Y'OY, each electrode consisting of a set of multiple branches overlapping between the branches of neighboring electrodes.
  • the components of the speed vector of the cursor will be proportional to the imbalance of the capacities at the inputs of the differential amplifiers, and the shape of the electrodes will be determined so as to satisfy the following relationships: SI and S2 designating the respective surfaces of the parts of adjacent electrodes covered by the operator's finger, taking into account that it will be necessary to subtract from SI or S2 part of a third electrode S'1 or S'2 belonging to the same pair if it is simultaneously covered by the finger, from on the one hand, the ratio of said surfaces S1 / S2 will remain constant when the finger moves from the center of the sensor to a point P of its periphery and will be equal to the tangent of the azimuth angle XOP of this direction, so that the cursor will keep accelerating the same direction of movement as the finger, and on the other hand when the finger is placed at a given distance from the center of the sensor, whatever the azim ut, the modulus of a vector S having as its components the values of said surfaces SI and S2 will remain constant as well as the
  • the active surface of the sensor will be a possibly slightly elliptical disc with a diameter equal to three times the diameter of the fingerprint, i.e. three centimeters, the finger being able to remain at rest in a central circle without conductor of one centimeter in diameter.
  • Each of the electrodes forms a capacitor of low capacity with the mass of the associated electronic circuit augmented by the capacity introduced by the operator's finger. Although low, this capacity is sufficient for a current-controlled differential amplifier, excited by a high frequency current and detecting variations in amplitude, to be sensitive to variations in this capacity when the operator's finger is placed on the sensor electrodes.
  • Another object of the present invention is to provide a completely reliable detection of this variation in amplitude which avoids any problem of cursor drift when the operator's finger is far from the sensor and does not require rigorous balancing of the system capabilities.
  • This will be achieved by admitting at the output of the amplifiers a non-critical quiescent voltage of one to two volts, intermediate between ground and the reference voltage of the analog / digital converter which may be the supply voltage of the circuits, and using a specific computer program in the associated microprocessor which periodically monitors this voltage level periodically and stores it in temporary memory.
  • These are the levels which, from small positive and negative increments programmed, designate the thresholds from which a signal generated when the finger touches the surface of the sensor will be recognized and translated into movement of the cursor.
  • the thresholds will be detected when the system is powered up after an initialization delay and constantly updated, possibly every second according to a criterion of variation of the amplifier output levels, when the cursor is at rest.
  • the rest position of the cursor will therefore be stable whatever the initial imbalance of the capacities and the drift of the electronic components over time due to environmental constraints such as humidity, temperature, vibrations, dirt, etc.
  • the program thus defined remains small, of the order of 500 bytes, it can easily be incorporated into the microprocessor which controls ordinarily the keyboard of the associated computer, this will result in a particularly economical device, especially when the sensor is installed directly on the keyboard desk.
  • Visual and tactile recognition of the center of the sensor will also be useful; in a preferred embodiment of the invention a small diameter electroluminescent lamp whose plastic dome emerges flush with the surface materializes the center of the sensor while indicating that the device is energized.
  • the center of the sensor can be recognized by the presence of a hollow of a few mm in diameter or a small bump of about 1 mm in height which must be made of a non-conductive material to conserve see the progressiveness of the capacities when the finger deviates from the center.
  • Figure 1 illustrates a first geometry of the electrodes according to the invention, seen from above and in section.
  • Figure 2 illustrates a second geometry of the electrodes according to the invention, seen from above.
  • Figure 3 illustrates a third geometry of the electrodes according to the invention, seen from above.
  • the Figure 4-a illustrates the functions of the electronics associated with the sensor.
  • the Figure 4-b presents a general diagram of the signal processing program.
  • Figure 5 illustrates the signal levels corresponding to the threshold refresh.
  • Figure 6 illustrates three implementations of the device:
  • the four electrodes are formed in the same flat conductive surface or weakly spherical having approximately the appearance of a disc of 3 cm in diameter. This will be for example a portion of printed circuit with single metallized and insulated face.
  • the electrodes have two orthogonal axes of symmetry X'OX and Y'OY homologous to the horizontal and vertical directions of the screen of the associated computer.
  • Each of the electrodes, such as 13, consists of a series of crescents extending over nearly 90 degrees on either side of a narrower central strip along the axis OY of the electrode, to which they are connected in their center.
  • Each horn of a crescent such as 15 is nested between two crescents 16, 17 of the adjacent electrode 12, so that each electrode 11 associated with a main direction OY 'significantly exceeds 18, 19 on the two adjacent quadrants .
  • the shape of the crescents is such that for any direction of movement of the finger from the center the surfaces defined previously SI and S2 of overlap by the finger of two adjacent crescents will be proportional to their local width AB and CD when the crescents are fairly high in number and therefore narrow in relation to the width of the fingerprint.
  • the shape of the crescents will be easily determined such that: on the one hand AB / CD is equal to the tangent of the angle XOP, in particular the crescents of two neighboring electrodes have equal widths on the bisector at 45 degrees from the axes electrodes, and on the other hand the module of the vector S of components SI and S2, is constant along a circle centered in O. This relation could result in spacings between the larger crescents in the vicinity of the axes of the electrodes only in 45 degree directions.
  • the quadrupole conductive surface is represented by Figure 2.
  • Figure 2 This geometry also makes it possible to obtain the constant ratio of the surfaces of two neighboring electrodes covered by the operator's finger when it moves from the center of the sensor in any given direction, this with a simple realization of the conductors requiring less etching finesse than in the previous embodiment.
  • the electrodes can be etched on a monolayer printed circuit by adding conductor crossing passages at the periphery of the sensor, outside the sensitive area.
  • each electrode consists partly of a sector along a main axis Oy whose apex is on the circle defining the central zone devoid of conductors and secondly of secondary sectors interspersed with those of the adjacent electrodes, connected electrically between them at the periphery of the sensor.
  • Figure 2 shows a simplified geometry comprising only two of these secondary sectors, where the central sector 21 extends about 20 degrees on either side of the main axis Oy.
  • Two narrower sectors 22 , 23, of about 10 degrees each and whose vertices are on the same central circle are inserted against the adjacent main sectors 24, 25.
  • each small sector has a triangular notch 26 of the width of its base which allows refine the approximation of the constant ratio of surfaces defined above, in particular the approximation is good when the apex of the notch is midway between the central circle and the peripheral circle of the sensor.
  • each electrode consists of a set of conductive branches in the form of arcs of a circle possibly slightly elliptical to take account of the shape of the fingerprint 61, 62, connected at their centers 61a, 62a, by a narrower rectilinear strip extending to form the outlet connection of the electrode 66.
  • the relative narrowness of this strip is necessary to avoid an excess of area covered by the finger which would result in excessive speed of the cursor in the homologous directions of the main axes.
  • the arcs of a circle extend about 68 degrees on either side of the axis of each electrode, overlapping with those of the neighboring electrodes and ending on the center line 65 of the overlap of a fingerprint.
  • a finger moving outside of position 63 will result in a component of the signal along the orthogonal axis if the imprint covers part of the neighboring electrode, and a finger moving slightly outside of position 64 will result in a ratio of the signals along the two orthogonal axes deviating from the unit if the imprint crosses the ends of the branches of the neighboring electrode.
  • the best compromise will therefore be to terminate the branches of an electrode in the vicinity of line 65, common to imprints 63 and 64, located approximately 68 degrees from its axis.
  • the center of the sensor will be provided with a visual and tactile indication of a few mm in diameter serving as a reference for controlling the direction of movement of the cursor, this will be the outcrop of the plastic dome of a diode.
  • electroluminescent, or a hollow, or a bump of about one mm high the conductors will be covered with an insulator of good friction resistance and thin 10, of the order of 0.2 mm.
  • Figure 4a shows the electronics associated with the sensor which includes only simple circuits, achievable with standard commercial integrated circuits without any adjustment of the components.
  • the 4 electrodes of the sensor 30 are directly connected to the input terminals of the amplifiers 31 and 32.
  • a high frequency excitation current of sufficient amplitude is sent equally to the resistive inputs RI of the differential amplifiers and a direct bias current is sent to the resistor R2.
  • a fraction of the High Frequency current will be diverted to ground through the capacitors of the electrodes and any variation of one of these capacities due to the presence of the finger will result in a variation of the High Frequency current at the corresponding input of the amplifier.
  • the amplifier therefore also behaves as an ampli ⁇ tude detector.
  • the output voltage of the amplifiers at rest is not critical, it is intermediate between the ground and the reference voltage of the analog / digital converter 34 including the internal oscillator can also be used to excite the inputs 33 of the amplifiers at a frequency of the order of megahertz.
  • the outputs of the amplifiers filtered by R4-C1 and digitalized are then sent to the microprocessor 35 which performs the signal processing and which can be part of the device or be that which controls the keyboard of the associated computer 36. This signal processing allows the output voltages to be subtracted at rest, and thereby to avoid any adjustment of the circuit components.
  • Figure 4b shows the general diagram of the program stored in the memory of the microprocessor that performs signal processing.
  • the digital signals X and Y are stored in memory and constitute the basis of the thresholds from which the program generates the signals which will be sent to the associated computer to trigger an advance of the cursor on its screen.
  • this detection of thresholds is performed at the start of the program when the system is switched on after a programmed waiting time of up to a few seconds, as well as periodically after counting a programmable number N of waiting cycles according to a particular criterion, and typically every second when the cursor is stopped.
  • Figure 5 illustrates a threshold refresh criterion according to the invention.
  • the cursor will be in motion with a speed proportional to the exceeding X - XIH of the high threshold XIH of the signal X digitized at the output of the amplifier.
  • the XIH threshold will be obtained by adding a constant to a reference value to the signal XI detected when the operator's finger is far from the sensor.
  • Level XI will be updated by taking the new value of the signal when the latter has retained, for a predetermined number of cycles N, an amplitude X2 or X4 comprised between the initial level XI and a secondary threshold level Xlh lower than the threshold level XIH, the threshold deviation Xlh - XI being a programmed value.
  • this deviation will be zero, the analog value of the signal may then still vary by more or less half of the bit value of the digitized signal without exceeding the secondary threshold level.
  • the updating of the reference level of the thresholds XI will take place after a programmed delay T to allow the signal X to exceed the secondary threshold Xlh, that is to say X5 in FIG. 5.
  • T will be less than the twentieth of a second to prevent a very rapid movement of the operator's finger during the time T from resulting in a crossing of the threshold XIH in X5 which would result in a drift of the cursor.
  • an autonomous module houses the sensor and the control buttons 51 usually found on mice, as well as the amplifiers and possibly the signal processing circuits.
  • This module preferably has close to the operator's hand, but set back from the sensor, an internal or external metallization 52 connected to the ground of the amplifier circuit which will avoid a significant variation in capacity due to a significant displacement of the operator. which would result in a variation of the cursor speed.
  • an internal or external metallization 52 connected to the ground of the amplifier circuit which will avoid a significant variation in capacity due to a significant displacement of the operator. which would result in a variation of the cursor speed.
  • such a variation in capacity would also have repercussions on the four electrodes of the sensor and would not change the direction of movement of the cursor.
  • the module can be plugged in to the right or left of a keyboard to suit a right-handed or left-handed operator.
  • the figure 6-b illustrates another example of application where the sensor is directly established on the desk of the keyboard of the computer next to the ordinary keys of displacement of the cursor.
  • the signal processing program will then preferably be carried out in the keyboard microprocessor and the additional cost will be very low. This arrangement is particularly well suited to waterproof keyboards.
  • FIG. 6.c shows an installation of the device on a retractable shelf 54 in the case of a portable micro-computer, here the mouse keys are located on the same edge of the keyboard of which they are a part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

Dispositif de pointage pour la commande en direction et en vitesse du mouvement d'un curseur dans lequel un capteur capacitif comporte deux paires d'électrodes disposées symétriquement selon des axes orthogonaux (X'OX, Y'OY), chacune étant constituée d'un ensemble de branches imbriquées dans celles des électrodes adjacentes. La forme de ces branches est déterminée par deux relations simples afin d'obtenir une bonne concordance entre la position du doigt posé sur le capteur et la vitesse du curseur dans toutes les directions. La simplicité, la solidité et la bonne ergonomie du dispositif le destine à des applications courantes en informatique.

Description

COMMANDE STATIQUE D'UN CURSEUR
La présente invention est du domaine des organes d'entrée manuelle directifs dans deux dimensions tels qu'on les trouve dans les dispositifs de pointeurs d'écran. Outre les tablettes graphiques, on connait des dispositifs variés se substituant à une souris permettant de déplacer un curseur sur un écran d'ordinateur à partir d'un dispositif à poste fixe. Telle est la boule de contrôle ou souris renversée où la rotation de la boule se traduit par un déplacement synchrone du curseur sur l'écran. D'autres dispositifs mécaniquement plus simples commandent un curseur en vitesse et direction de déplacement, ils comportent un corps mobile, plaque, petit levier ou touche de clavier qui actionne des capteurs de rotation, de déplacement ou de pression sous la pression du doigt ou de la main de l'opérateur. Ces diverses solutions font appel à un montage mécanique difficilement fiable, en particulier en ce qui concerne la position d'arrêt du curseur, ils sont sensibles aux environnements sévères: poussières, variations de température, vibrations, etc.
Ces inconvénients mécaniques sont évités dans les dispositifs purement statiques où le doigt de l'opérateur se déplace en contact avec la surface d'un capteur capacitif fixé au boitier . Cependant dans les descriptions connues telles que dans le Brevet U.S N° 4,103,252 ou U.S. N° 4,305,007, ou dans la demande de Brevet PCT N° 90/16045, les géométries des électrodes utilisées ne permettent pas d'obtenir une bonne concordance entre la direction de déplacement du curseur et celle du déplacement du doigt du centre à la périphérie du capteur, ni d'obtenir une vitesse du curseur constante dans toutes les directions lorsque le doigt est posé à une dis¬ tance donnée du centre du capteur, ceci en raison d'une surface d'électrode beaucoup plus importante dans la direc- tion de son axe que dans les directions intermédiaires à 45 degrés entre les axes des électrodes.
Dans d'autres descriptions telle que celle du brevet U.S. N° 4,264,903, qui font ordinairement appel à une excitation à phases multiples et à une détection de phase, la direction du vecteur vitesse du curseur peut être mieux contrôlée, mais son module ne l'est pas et l'électronique associée reste assez complexe. La présente invention remédie à ces inconvénients par la forme particulière des électrodes du capteur en combinaison avec une détection d'amplitude suivie d'une digitalisation et d'un traitement du signal. En effet, le capteur sera une surface isolée plane ou légèrement sphérique abritant quatre électrodes minces présentant une symétrie par rapport à leurs axes de sortie X'Ox et Y'OY, chaque électrode étant constituée d'un ensemble de branches multiples s'imbriquant entre les branches des électrodes voisines. Les composantes du vecteur vitesse du curseur seront proportionnelles au déséquilibre des capacités aux entrées des amplificateurs différentiels, et la forme des électrodes sera déterminée de manière à satisfaire aux relations suivantes : SI et S2 désignant les surfaces respectives des parties d'électrodes adjacentes recouvertes par le doigt de l'opérateur, en tenant compte de ce qu'il faudra soustraire de SI ou S2 une partie d'une troisième électrode S'1 ou S'2 appartenant à la même paire si elle est simultanément recouverte par le doigt, d'une part le rapport des dites surfaces S1/S2 restera constant lorsque le doigt se déplace du centre du capteur vers un point P de sa périphérie et sera égal à la tangente de l'angle azimutal XOP de cette direction, de telle sorte que le curseur conservera en accélérant la même direction de déplacement que le doigt, et d'autre part lorsque le doigt est posé à une distance donnée du centre du capteur, quelque soit l'azimut, le module d'un vecteur S ayant pour composan¬ tes les valeurs des dites surfaces SI et S2 restera constant ainsi que le module du vecteur vitesse du curseur qui lui correspond. Afin de se conformer à l'empreinte moyenne d'un doigt, la surface active du capteur sera un disque éventuellement légèrement elliptique de diamètre égal à trois fois le diamètre de l'empreinte, soit trois centimètres, le doigt pouvant rester au repos dans un cercle central dépourvu de conducteur de un centimètre de diamètre.
Chacune des électrodes forme un condensateur de faible capacité avec la masse du circuit électronique associé aug¬ menté de la capacité introduite par le doigt de l'opérateur. Bien que faible, cette capacité est suffisante pour qu'un amplificateur différentiel commandé en courant, excité par un courant Haute Fréquence et détectant les variations d'am¬ plitude, soit sensible aux variations de cette capacité lorsque le doigt de l'opérateur se pose sur les électrodes du capteur.
Un autre objet de la présente invention est d'apporter une détection tout à fait fiable de cette variation d'amplitude qui évite tout problème de dérive du curseur lorsque le doigt de l'opérateur est éloigné du capteur et ne nécessite pas un équilibrage rigoureux des capacités du système. Ceci sera réalisé en admettant en sortie des amplificateurs une tension de repos non critique de un à deux volts, intermé¬ diaire entre la masse et la tension de référence du conver¬ tisseur analogique/digital qui pourra être la tension d'ali- mentation des circuits, et en utilisant un programme infor¬ matique spécifique dans le microprocesseur associé qui ob¬ serve ce niveau de tension périodiquement en permanence et le met en mémoire temporaire. Ce sont ces niveaux qui, à partir de petits accroissements positifs et négatifs prog- rammés, désignent les seuils à partir desquels un signal généré lorsque le doigt touche la surface du capteur sera reconnu et traduit en mouvement du curseur. Ainsi les seuils seront détectés à la mise sous tension du système après un délai d'initialisation et mis à jour en permanence, éven- tuellement toutes les secondes selon un critère de variation des niveaux de sortie des amplificateurs, lorsque le curseur est au repos. La position de repos du curseur sera donc stable quelque soit le déséquilibre initial des capacités et la dérive des composants électroniques dans le temps due aux contraintes d'environnement telles que humidité, tempéra¬ ture, vibrations, salissures, etc. Le programme ainsi défini reste de faible taille, de l'ordre de 500 octets, il pourra aisément être incorporé dans le microprocesseur qui contrôle ordinairement le clavier de l'ordinateur associé, ceci ré¬ sultera en un dispositif particulièrement économique, surtout lorsque le capteur sera implanté directement sur le pupitre du clavier. Une reconnaissance visuelle et tactile du centre du capteur sera également utile; dans une réalisation préférée de 1 ' invention une lampe électroluminescente de faible diamètre dont le dôme plastique émerge au ras de la surface matérialise le centre du capteur tout en indiquant que le dispositif est sous tension.
De manière plus simple, le centre du capteur pourra être reconnu par la présence d'un creux de quelques mm de diamèt¬ re ou d'une petite bosse de environ 1mm de haut qui devra être constituée d'une matière non conductrice pour conser- ver la progressivité des capacités lorsque le doigt s'écarte du centre.
La Figure 1 illustre une première géométrie des électrodes selon l'invention, vue de dessus et en coupe. La Figure 2 illustre une deuxième géométrie des électrodes selon l'invention, vue de dessus.
La Figure 3 illustre une troisième géométrie des électrodes selon l'invention, vue de dessus.
La Figure 4-a illustre les fonctions de l'électronique associée au capteur.
La Figure 4-b présente un diagramme général du programme de traitement du signal.
La Figure 5 illustre les niveaux de signal correspondant au rafraîchissement des seuils. La Figure 6 illustre trois implantations du dispositif:
- a / dans un boitier autonome mais associable avec un clavier,
- b / sur le pupitre d'un clavier,
- c / associé à un micro-ordinateur portable.
Dans une première implantation du capteur selon l'invention, celui-ci est illustré en Figure 1, les quatre électrodes sont formées dans la même surface conductrice plane ou faiblement sphérique ayant approximativement l'aspect d'un disque de 3 cm de diamètre. Ce sera par exemple une portion de circuit imprimé à simple face métallisée et isolée. Les électrodes ont deux axes de symétrie orthogonaux X'OX et Y'OY homologues des directions horizontales et verticales de l'écran de l'ordinateur associé. Chacune des électrodes, telle que 13 est constituée d'une série de croissants s'étendant sur près de 90 degrés de part et d'autre d'une bande centrale plus étroite selon l'axe OY de l'électrode, à laquelle ils sont reliés en leur centre. Chaque corne d'un croissant tel que 15 est imbriquée entre deux croissants 16, 17 de l'électrode adjacente 12, de telle sorte que chaque électrode 11 associée à une direction principale OY' dépasse de manière significative 18, 19 sur les deux quadrants adjacents. La forme des croissants est telle que pour une direction de déplacement du doigt quelconque à partir du centre les surfaces définies précédemment SI et S2 de recou¬ vrement par le doigt de deux croissants adjacents seront proportionnelles à leur largeur locale AB et CD lorsque les croissants sont en nombre assez élevé et donc étroits par rapport à la largeur de l'empreinte du doigt. Dès lors la forme des croissants sera aisément déterminée telle que: d'une part AB/CD soit égal à la tangente de l'angle XOP , en particulier les croissants de deux électrodes voisines ont des largeurs égales sur la bissectrice à 45 degrés des axes des électrodes, et d'autre part le module du vecteur S de composantes SI et S2, soit constant le long d'un cercle centré en O. Cette relation pourra résulter en des espace¬ ments entre les croissants plus importants au voisinage des axes des électrodes que dans les directions à 45 degrés. L'approximation étant d'autant meilleure que le nombre de croissants est élevé, cette géométrie demande une assez bonne finesse de gravure des conducteurs, néanmoins la ré¬ ponse angulaire sera précise et , ne nécessitant aucun croisement de conducteurs, l'implantation en sera facilitée.
Dans une deuxième réalisation du capteur selon l'invention, la surface conductrice quadripolaire est représentée en Figure 2. Cette géométrie permet également d'obtenir le rapport constant des surfaces de deux électrodes voisines couvertes par le doigt de l'opérateur lorsqu'il se déplace à partir du centre du capteur dans une direction donnée quelconque, ceci avec une réalisation simple des conducteurs demandant moins de finesse de gravure que dans la réalisa¬ tion précédente. Les électrodes peuvent être gravées sur un circuit imprimé monocouche en ajoutant des passages de croisement de conducteurs à la périphérie du capteur, à l'extérieur de la zone sensible. La géométrie de chaque électrode est constituée pour une part d'un secteur suivant un axe principal Oy dont le sommet se trouve sur le cercle définissant la zone centrale dépourvue de conducteurs et d'autre part de secteurs secondaires intercalés avec ceux des électrodes adjacente, reliés électriquement entre eux à la périphérie du capteur. La Figure 2 montre une géométrie simplifiée ne comportant que deux de ces secteurs secon¬ daires, où le secteur central 21 s'étend de environ 20 degrés de part et d'autre de l'axe principal Oy. Deux sec- teurs plus étroits 22, 23, de environ 10 degrés chacun et dont les sommets sont sur le même cercle central s'insèrent contre les secteur principaux adjacents 24, 25. En outre chaque petit secteur présente une encoche triangulaire 26 de la largeur de sa base qui permet d'affiner l'approximation du rapport constant des surfaces défini ci-dessus, en particulier l'approximation est bonne lorsque le sommet de l'encoche se trouve à mi-distance entre le cercle central et le cercle périphérique du capteur.
Dans une troisième réalisation préférée du capteur selon l'invention, la surface conductrice quadripolaire est illustrée par la Figure 3. Chaque électrode est constituée d'un ensemble de branches conductrices en forme d'arcs de cercle éventuellement légèrement elliptiques pour tenir compte de la forme de l'empreinte du doigt 61, 62, reliées en leurs centres 61a, 62a, par une bande rectiligne plus étroite se prolongeant pour former la connexion de sortie de l'électrode 66. L'étroitesse relative de cette bande est nécessaire pour éviter un excès de surface couverte par le doigt qui résulterait en une vitesse excessive du curseur dans les directions homologues des axes principaux. Les arcs de cercle s'étendent de environ 68 degrés de part et d'autre de 1'axe de chaque électrode en s'imbriquant avec ceux des électrodes voisines et en se terminant sur la ligne médiane 65 du recouvrement d'une empreinte de doigt 63 dans la position la plus éloignée du centre du capteur selon son axe sur une empreinte de doigt 64 dans une position décalée de 45 degrés. En effet, un doigt se déplaçant en dehors de la position 63 résultera en une composante du signal selon l'axe orthogonal si l'empreinte recouvre une partie de l'¬ électrode voisine, et un doigt se déplaçant légèrement en dehors de la position 64 résultera en un rapport des signaux selon les deux axes orthogonaux s'écartant de l'unité si 1'empreinte franchit les extrémités des branches de 1' élec¬ trode voisine. Le meilleur compromis sera donc de terminer les branches d'une électrode au voisinage de la ligne 65, commune aux empreintes 63 et 64, située approximativement à 68 degrés de son axe.
Il pourra s'avérer utile d'incurver légèrement cette ligne frontière pour mieux respecter les relations du rapport constant des surfaces S1/S2 et du module du vecteur S. De tels ajustements pourront être effectués par des méthodes graphiques d'approximations successives, elles restent dans le cadre de la présente invention.
Dans toutes ces implantations, le centre du capteur sera muni d'une indication visuelle et tactile de quelques mm de diamètre servant de repère pour la commande de direction de déplacement du curseur, ce sera l'affleurement du dôme plas¬ tique d'une diode électroluminescente, ou un creux, ou une bosse de environ un mm de haut, les conducteurs seront recouverts d'un isolant de bonne résistance au frottement et de faible épaisseur 10, de l'ordre de 0,2 mm.
La Figure 4a schématise l'électronique associée au capteur qui ne comporte que des circuits simples, réalisables avec les circuits intégrés standard du commerce sans aucun ajustement des composants. Les 4 électrodes du capteur 30 sont directement reliées aux bornes d'entrée des amplificateurs 31 et 32 . un courant d'excitation Haute Fréquence d'amplitude suffisante est envoyé de manière égale dans les entrées résistives RI des amplificateurs différen¬ tiels et un courant continu de polarisation est envoyé dans la résistance R2. Une fraction du courant Haute Fréquence sera dérivée vers la masse à travers les capacités des électrodes et toute variation d'une de ces capacités due à la présence du doigt résultera en une variation du courant Haute Fréquence à l'entrée correspondante de l'amplificateur. Il en résultera un déséquilibre des courants sur les entrées différentielles et une variation du niveau moyen de sortie, l'amplificateur se comporte donc aussi en détecteur d'ampli¬ tude. Lorsque le doigt de l'opérateur est éloigné du cap¬ teur, la tension de sortie des amplificateurs au repos n'est pas critique, elle est intermédiaire entre la masse et la tension de référence du convertisseur analogique/digital 34 dont l'oscillateur interne peut aussi servir à exciter les entrées 33 des amplificateurs à une fréquence de l'ordre du mégahertz. Les sorties des amplificateurs filtrées par R4-C1 et digitalisées sont alors adressées au micro-processeur 35 qui effectue le traitement du signal et qui peut faire partie du dispositif ou être celui qui contrôle le clavier de l'ordinateur associé 36. Ce traitement du signal permet de soustraire en fonctionnement les tensions de sortie au repos, et par là d'éviter tout ajustement des composants du circuit.
La Figure 4b montre le diagramme général du programme enregistré dans la mémoire du microprocesseur qui effectue le traitement du signal. Les signaux digitalisés X et Y sont mis en mémoire et constituent la base des seuils à partir desquels le programme génère les signaux qui seront envoyés à l'ordinateur associé pour declancher une avance du curseur sur son écran. Selon l'invention cette détection des seuils est effectuée au départ du programme lors de la mise sous tension du système après un temps d'attente programmé pouvant atteindre quelques secondes, ainsi que périodiquement après comptage d'un nombre N programmable de cycles d'attente selon un critère particulier, et typiquement toutes les secondes lorsque le curseur est à l'arrêt. La Figure 5 illustre un critère de rafraîchissement des seuils selon l'invention. Pour un déplacement de signe positif, le curseur sera en mouvement avec une vitesse proportionnelle au dépassement X - XIH du seuil haut XIH du signal X digitalisé en sortie de l'amplificateur. Le seuil XIH sera obtenu en ajoutant une constante à une valeur de référence au signal XI détecté lorsque le doigt de l'opérateur est éloigné du capteur. Le niveau XI sera réactualisé en prenant la nouvelle valeur du signal lorsque celui-ci a conservé pendant un nombre de cycles prédéterminé N une amplitude X2 ou X4 comprise entre le niveau initial XI et un niveau de seuil secondaire Xlh inférieur au niveau de seuil XIH, l'écart de seuil Xlh - XI étant une valeur programmée . Au minimum cet écart sera nul, la valeur analogique du signal pourra alors encore varier de plus ou moins la moitié de la valeur du bit du signal digitalisé sans dépasser le niveau de seuil secondaire. En particulier dans ce cas, la réactualisation du niveau de référence des seuils XI aura lieu après un délai programmé T pour permet¬ tre au signal X de dépasser le seuil secondaire Xlh, soit en X5 sur la Figure 5. Cependant T sera inférieur au vingtième de seconde pour éviter qu'un mouvement très rapide du doigt de 1'opérateur pendant le temps T ne résulte en un dépasse- ment du seuil XIH en X5 qui se traduirait par une dérive du curseur.
Un raisonnement similaire aurait lieu pour un déplacement de signe négatif.
Des réalisations possibles du dispositif selon l'invention sont illustrées par la figure 6. En 6.a un module autonome abrite le capteur et les boutons de contrôle 51 ordinaire¬ ment trouvés sur les souris, ainsi que les amplificateurs et éventuellement les circuits de traitement du signal. Ce module possède préférablement à proximité de la main de l'opérateur, mais en retrait du capteur, une métallisation interne ou externe 52 reliée à la masse du circuit des amplificateurs qui évitera une variation significative de capacité due à un déplacement important de l'opérateur qui se traduirait par une variation de la vitesse du curseur. Cependant une telle variation de capacité se répercuterait également sur les quatre électrodes du capteur et ne changerait pas la direction de déplacement du curseur.
Le module est enfichable à droite ou à gauche d'un clavier pour convenir à un opérateur droitier ou gaucher. La figure 6-b illustre un autre exemple d'application où le capteur est directement implanté sur le pupitre du clavier de l'ordinateur à côté des touches ordinaires de déplacement du curseur. Le programme de traitement du signal sera alors effectué de préférence dans le microprocesseur du clavier et le coût additionnel sera très faible. Cette disposition est particulièrement bien adaptée aux claviers étanches. La figure 6.c montre une implantation du dispositif sur une tablette escamotable 54 dans le boitier d'un micro-ordina¬ teur portable, ici les touches de souris se trouvent sur le même bord du clavier dont elles font partie.
De nombreuses autres implantations du capteur dans divers systèmes sont possibles et restent du domaine de l'invention.
D'autres applications du dispositif sont envisageables toutes les fois qu'il est question de commande à distance d'un mouvement en vitesse et en direction d'un curseur ou de tout autre mobile sur une surface.

Claims

REVENDICATIONS
1 / Dispositif de pointage par lequel le toucher du bout du doigt d'un opérateur sur la surface d'un capteur capacitif commande le mouvement d'un curseur, lequel capteur consiste en une surface conductrice isolée où quatre électrodes sont disposées par paires autour d'une zone centrale circulaire dépourvue de conducteurs selon les axes orthogonaux X'OX et Y'OY associés aux directions Gauche- Droite et Bas-Haut du mouvement du curseur, ces électrodes étant reliés à deux amplificateurs différentiels pour effec¬ tuer une détection d'amplitudes, lequel dispositif de poin¬ tage est caractérisé en ce que chaque électrode du capteur est constituée d'un ensemble de branches reliées en leur centre et s'étendant symétriquement par rapport à 1'axe de la connexion de la dite électrode, ces multiples branches s' imbriquant entre les branches des deux électrodes adjacen¬ tes de telle manière que le rapport des surfaces des deux électrodes voisines couvertes par le bout du doigt se dépla¬ çant sur la surface du capteur du centre vers un point de sa périphérie reste constant et égal à la tangente de 1'angle azimutal de ce déplacement compris entre l'axe OX et la direction du déplacement du doigt, alors que chacune de ces dites surfaces vont en croissant, et que le module d'un vecteur ayant pour composantes les valeurs des dites surfaces reste constant quelque soit l'azimut du doigt posé à une distance donnée du centre du capteur.
2 / Dispositif de pointage selon 1 caractérisé en ce que chaque électrode du capteur est constituée par une série de croissants reliés en leur centre à une bande centrale plus étroite selon l'axe de symétrie de l'électrode, les cornes des croissants 18, 19 étant imbriquées entre celles des électrodes adjacentes 12, 14, les espaces entre croissants adjacents étant plus importants au voisinage de l' axe de l'électrode que dans des directions inclinées à 45 degrés sur cet axe. 3 / Dispositif de pointage selon 1 caractérisé en ce que chaque électrode du capteur est constituée d'un secteur principal 23 situé selon un axe de symétrie OY et de au moins deux secteurs secondaires 26, 28 reliés entre eux à la périphérie du capteur et intercalés entre les secteurs des électrodes adjacentes, les sommets de ces secteurs se trou¬ vant sur la périphérie de la zone centrale circulaire dépourvue de conducteur.
4 / Dispositif de pointage selon 1 caractérisé en ce que chaque électrode du capteur est constituée d'un ensemble de branches conductrices en forme d'arcs de cercle pouvant être légèrement elliptiques 61, 62, reliées en leurs centres 61a, 62a, par une bande rectiligne plus étroite se prolongeant pour former la connexion de sortie de l'électrode 66, ces dites branches s'imbriquant avec les branches des électrodes voisines, leurs extrémités se trouvant au voisinage des lignes radiale 65 situées à 68 degrés de part et d'autre de l'axe de l'électrode.
5 / Dispositif de pointage selon 1 à 4, caractérisé en ce que deux amplificateurs différentiels 31, 32 directement connectés aux électrodes du capteur détectent les variations des capacités des électrodes avec la masse du circuit par une variation corrélative de l'amplitude moyenne de la tension de sortie obtenue par la combinaison d'un courant de polarisation et d'une excitation Haute Fréquence d'amplitude suffisante également distribuée à leurs entrées. Les tensions de sortie des amplificateurs étant filtrées par un simple circuit R4-C1, digitalisées et adressées à un microprocesseur qui effectue un traitement du signal, évitant ainsi tout ajustement des composants du circuit.
6 / Dispositif de pointage selon 1 à 5, caractérisé en ce que le programme du microprocesseur 35 qui met en mémoire les niveaux de sortie digitalisés des amplificateurs 31, 32 pris comme références pour les seuils de déplacement du curseur, ne le fait qu' après un délai programmé de une à quelques secondes suivant le démarrage du programme, alors que le curseur est à l'arrêt, et ensuite après un délai T inférieur à un vingtième de seconde suivant un nombre programmé N de cycles de programme durant lesquels les niveaux de sortie des amplificateurs n'ont pas dépassé une valeur pré-etablie inférieure aux dits seuils.
7 / Dispositif de pointage selon 1 à 6, caractérisé en ce que le dôme plastique d'une lampe de quelques millimètres de diamètre du genre diode électroluminescente 27 affleure au centre de la surface du capteur.
8 / Dispositif de pointage selon 1 à 6, caractérisé en ce qu' un creux de quelques millimètre de diamètre indique le centre du capteur
9 / Dispositif de pointage selon 1 à 6, caractérisé en ce qu' une bosse non conductrice s'étendant sur quelques milli¬ mètres de diamètre et de environ 1 mm de haut indique le centre du capteur.
10 / Dispositif de pointage selon 1 à 9, caractérisé en ce que le boitier comporte une surface métallisée 52 à proximité de la main de l'opérateur, mais en retrait du capteur et reliée à la masse du circuit des amplificateurs.
11 / Dispositif de pointage selon 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est implanté dans une plaque escamotable 54 dans le boitier d'un micro-ordinateur portable sur un côté où il forme une extension rigide en position tirée.
PCT/FR1994/000203 1993-03-03 1994-02-25 Commande statique d'un curseur WO1994020928A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9302444A FR2702292B1 (fr) 1993-03-03 1993-03-03 Commande statique d'un curseur en vitesse et en direction.
FR93/02444 1993-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1994020928A1 true WO1994020928A1 (fr) 1994-09-15

Family

ID=9444605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1994/000203 WO1994020928A1 (fr) 1993-03-03 1994-02-25 Commande statique d'un curseur

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2702292B1 (fr)
WO (1) WO1994020928A1 (fr)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2309325A (en) * 1996-01-05 1997-07-23 Dell Usa Lp Trackpad for a computer
DE102006046202A1 (de) * 2006-09-29 2008-04-03 Siemens Ag Eingabeeinheit für elektrotechnische Geräte
GB2451267A (en) * 2007-07-26 2009-01-28 Harald Philipp Capacitive position sensor
US8259076B2 (en) 2002-04-11 2012-09-04 Synaptics Incorporated Closed-loop sensor on a solid-state object position detector
US8330731B2 (en) 2004-01-29 2012-12-11 Synaptics Incorporated Method and apparatus for initiating one-dimensional signals with a two-dimensional pointing device
WO2014054967A1 (fr) * 2012-10-01 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сподогревом.ру" Semelle intérieure chauffante

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7825797B2 (en) 2006-06-02 2010-11-02 Synaptics Incorporated Proximity sensor device and method with adjustment selection tabs
CN105204696B (zh) * 2014-06-27 2018-11-09 晨星半导体股份有限公司 触控电极结构及控制装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103252A (en) * 1976-11-26 1978-07-25 Xerox Corporation Capacitive touch-activated transducer system including a plurality of oscillators
US4145748A (en) * 1977-12-23 1979-03-20 General Electric Company Self-optimizing touch pad sensor circuit
US4264903A (en) * 1978-06-12 1981-04-28 General Electric Company Capacitive touch control and display
US4305007A (en) * 1979-08-22 1981-12-08 Gerald N. Stan Electronic two directional control apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103252A (en) * 1976-11-26 1978-07-25 Xerox Corporation Capacitive touch-activated transducer system including a plurality of oscillators
US4145748A (en) * 1977-12-23 1979-03-20 General Electric Company Self-optimizing touch pad sensor circuit
US4264903A (en) * 1978-06-12 1981-04-28 General Electric Company Capacitive touch control and display
US4305007A (en) * 1979-08-22 1981-12-08 Gerald N. Stan Electronic two directional control apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2309325A (en) * 1996-01-05 1997-07-23 Dell Usa Lp Trackpad for a computer
US8259076B2 (en) 2002-04-11 2012-09-04 Synaptics Incorporated Closed-loop sensor on a solid-state object position detector
US8330731B2 (en) 2004-01-29 2012-12-11 Synaptics Incorporated Method and apparatus for initiating one-dimensional signals with a two-dimensional pointing device
DE102006046202A1 (de) * 2006-09-29 2008-04-03 Siemens Ag Eingabeeinheit für elektrotechnische Geräte
US8124897B2 (en) 2006-09-29 2012-02-28 Siemens Enterprise Communications Gmbh & Co. Kg Input unit for electrotechnical devices
GB2451267A (en) * 2007-07-26 2009-01-28 Harald Philipp Capacitive position sensor
WO2014054967A1 (fr) * 2012-10-01 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сподогревом.ру" Semelle intérieure chauffante

Also Published As

Publication number Publication date
FR2702292A1 (fr) 1994-09-09
FR2702292B1 (fr) 1995-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6632786B2 (ja) ノブおよび入力装置
US6606085B1 (en) Coordinate input device
EP0551778B1 (fr) Dispositif de gestion multimode d'un curseur sur l'écran d'un dispositif d'affichage
EP2748698B1 (fr) Dispositif de mesure capacitive a electrodes commutees pour interfaces tactiles et sans contact
US20170316901A1 (en) Input device
US20070247421A1 (en) Capacitive-based rotational positioning input device
FR3053137A1 (fr) Procede d'interaction homme-machine par combinaison de commandes tactiles et sans contact.
FR2715741A1 (fr) Détecteur de la position d'un objet et de la distribution d'une masse.
US9086855B2 (en) Electronic device with orientation detection and methods therefor
JPWO2019098055A1 (ja) 入力装置
US11221692B2 (en) Knob and input device
JP2007123101A (ja) 入力デバイス及び電子機器
FR2670635A1 (fr) Dispositif de commutation a double mode de fonctionnement.
US11650675B2 (en) Input device with movable handle on a capacitive detection surface and capacitive coupling devices
FR2732135A1 (fr) Dispositif de designation tactile a surface capacitive transparente a haute resolution
WO1994020928A1 (fr) Commande statique d'un curseur
WO2016067097A1 (fr) Dispositif capteur capacitif comprenant des électrodes ajourées
US20040253931A1 (en) Rotator with rim select functionality
FR3033203A1 (fr) Procede pour interagir avec un appareil electronique et/ou informatique mettant en œuvre une surface de commande capacitive et une surface peripherique, interface et appareil mettant en œuvre ce procede
EP2678763A1 (fr) Interface capacitive gestuelle a commutation de mode de mesure
EP2638457A1 (fr) Procede de detection d'objet d'interet dans un environnement perturbe, et dispositif d'interface gestuel mettant en oeuvre ce procede
WO2014183932A1 (fr) Dispositif et procede d'interface de commande capacitive adapte a la mise en oeuvre d'electrodes de mesures fortement resistives
EP0203923B1 (fr) Procede pour scruter un clavier a touches capacitives et un clavier assorti de moyens pour scruter un clavier selon ce procede
EP1808751A1 (fr) Dispositif électronique de commande à touches tactiles destiné à remplir une fonction de curseur
EP1313059B1 (fr) Element de détection tactile, procédé mettant en oeuvre un tel element de détection tactile, et appareil incorporant cet element

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA