WO2019122643A1 - Dispositif de couplage capacitif destiné à équiper un objet tangible - Google Patents

Dispositif de couplage capacitif destiné à équiper un objet tangible Download PDF

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WO2019122643A1
WO2019122643A1 PCT/FR2018/053320 FR2018053320W WO2019122643A1 WO 2019122643 A1 WO2019122643 A1 WO 2019122643A1 FR 2018053320 W FR2018053320 W FR 2018053320W WO 2019122643 A1 WO2019122643 A1 WO 2019122643A1
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WO
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conductive
coupling device
capacitive coupling
capacitive
capacitive sensor
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/053320
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English (en)
Inventor
Sylvain Bouchigny
Christian Bolzmacher
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • 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
    • 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
    • G06F3/039—Accessories therefor, e.g. mouse pads
    • G06F3/0393—Accessories for touch pads or touch screens, e.g. mechanical guides added to touch screens for drawing straight lines, hard keys overlaying touch screens or touch pads

Definitions

  • the invention lies in the field of human-machine interactions and, more specifically, in the field of the interaction between a tangible object and a capacitive sensor, typically a touch screen with capacitive technology. It relates to a capacitive coupling device arranged to equip a tangible object and an interactive object resulting from a combination of the tangible object and the capacitive coupling device.
  • Capacitive screens are arranged to detect an interaction with one or more fingers of a user.
  • a user constitutes a large reserve of electrical charges and, when a finger approaches the sensitive surface of the screen, these electric charges locally modify the electromagnetic field. This modification can be detected by an appropriate electronics of the capacitive screen to determine the presence of a finger and its position on the sensitive surface.
  • a problem arises when the user wishes to interact with the capacitive screen via an electrically insulating object. The electrical charges of the user then no longer come into the vicinity of the sensitive surface and the capacitive screen does not detect the object or the user.
  • a solution for allowing the capacitive screen to detect an object placed on its sensitive surface consists of using an electrically conductive material to achieve the object or at least to provide means to ensure electrical continuity between the user and the sensitive surface capacitive sensor.
  • electrical continuity must be ensured between the body of the stylus on which come to rest the fingers of a user and the tip of the stylus.
  • This solution can to be complicated to implement for some objects with complex shapes. Above all, the object is no longer detected by the capacitive screen when it is no longer in contact with the user.
  • the object may be detected by the capacitive screen regardless of the contact between that object and a user.
  • the software solution is therefore relatively restrictive to set up.
  • the object of the invention is to provide a device making it possible to equip a tangible object to make it an interactive object, that is to say an object capable of being detected by a capacitive sensor such as a touch screen with capacitive technology, even in the absence of contact between the object and a user.
  • Another object of the invention is to provide a device whose cost and size are sufficiently moderate so that it can come equipped with any type of object.
  • the invention is based on the fact that an element made of electrically conductive material is capable of modifying the electromagnetic field in the vicinity of a capacitive sensor as soon as it has appropriate dimensions.
  • an elongated element having a minimum length for example an electric conducting wire or an electrically conductive ribbon
  • a block-forming element having a minimum surface area modifies the electromagnetic field in the vicinity of a capacitive sensor, in the manner of 'an antenna.
  • the capacitive coupling device according to the invention thus comprises such an element made of electrically conductive material and a conductive pad electrically connected to this element and arranged to be fixed on a surface of the object intended to come in the vicinity of the capacitive sensor.
  • the capacitive coupling device, with the element of electrically conductive material and the conductive pad thus enables a capacitive sensor to detect the tangible object that it equips without the need for a power supply or contact with a user.
  • the capacitive sensor with which the capacitive coupling device is intended to interact may be based on any type of capacitive effect detection technology. More specifically, the capacitive sensor may be any type of sensor arranged to detect the presence and position of an object under the effect of a transfer of electric charges due to the presence of this object in its vicinity. In particular, the capacitive sensor may be based on the so-called projected capacitive detection technology. More particularly, it may be the mutual capacitance detection technology, or the so-called "self-capacitance" detection technology.
  • the capacitive sensor may in particular be integrated in a screen, so as to form a touch screen.
  • the capacitive sensor preferably comprises a set of sensitive cells capable of interacting individually with an object such as a user's finger. Sensitive cells define a sensitive surface, also called an "interaction surface”.
  • the neighborhood can be delimited by a maximum distance of the order of a few millimeters from the interaction surface. This maximum distance is for example equal to 2 mm (mm) or 0.2 mm, depending on the sensitivity of the sensor. It should be noted that the neighborhood of the interaction surface comprises said interaction surface.
  • the invention relates to a capacitive coupling device arranged to equip an object for interacting with a capacitive sensor.
  • the capacitive sensor comprises an interaction surface and the object comprises a body provided with an interaction zone intended to come in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • the capacitive coupling device comprises:
  • a conductive member electrically conductive material electrically connected to the conductive pad, the conductive member being arranged to generate a capacitive coupling with the capacitive sensor when the conductive patch is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • the capacitive coupling device allows the object it equips to be detected by the capacitive sensor even in the absence of contact between the object and a user.
  • the object may further comprise a gripping zone arranged to allow a user to grasp the object.
  • the capacitive coupling device may be arranged so that the conductive element is electrically insulated from the gripping zone of the body of the object, or even of the entire body of the object. It can also be arranged so that the conductive pad is electrically insulated from the gripping area of the body of the object, or even the entire body of the object. It should be noted that, in the case where the body of the object is of electrical insulating material, the conductive element and the conductive pad are electrically isolated from the gripping area by the body of the object itself.
  • the capacitive coupling device further comprises an insulating sheath of electrical insulating material. The insulating sheath surrounds the conductive element.
  • the capacitive coupling device further comprises an insulating layer of electrical insulating material enveloping the conductive pad and / or a pellet of electrical insulating material disposed between the interaction zone. of the body of the object and the conductive pad.
  • the capacitive coupling device can be arranged to equip any type of object, in particular any object that can be handled by a user.
  • the object then forms an interactive object.
  • the capacitive coupling device can be arranged to equip a stylus, ruler, puck or computer mouse.
  • the capacitive coupling device comprises a plurality of conductive pads of electrically conductive material, each conductive pad being arranged to be fixed on the interaction zone of the body of the object and being electrically connected to the conductive element. .
  • the capacitive coupling device thus comprises a single conductive element for the various conductive pads.
  • the capacitive coupling device comprises several assemblies each comprising a conductive pad made of electrically conductive material and a conducting element made of electrically conductive material electrically connected to the associated conductive pad.
  • Each conductive pad is arranged to be fixed on the interaction zone of the body of the object and each conductive element is arranged to generate a capacitive coupling with the capacitive sensor when the associated conductive pad is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • the capacitive coupling device then comprises several conductive elements.
  • the conductive pads may be arranged relative to one another so as to form a set of characteristic points of the object.
  • Each conductive pad is arranged to be fixed on the interaction zone of the body of the object. It can in particular be fixed on an external surface of the body of the object. Preferably, each conductive pad is attached to a portion of the body of the object having a convex shape. A conductive pad may in particular be attached to a distal end of a protuberance of the body of the object.
  • the body of the object may comprise one or more feet intended to bear on the interaction surface of the capacitive sensor, and each conductive pad may then be fixed on a surface forming a free end of a foot.
  • a conductive pad is not necessarily attached to an outer surface of the body of the object. It can also be fixed in a housing formed in the body near its outer surface. The housing must be sufficiently close to the outer surface of the body, so that the conductive pad can come in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • Each conductive pad advantageously has a shape and dimensions adapted to the interaction zone on which it must be fixed.
  • its surface preferably fits in the surface forming the free end of the foot.
  • the shape and dimensions of each conductive pad are also advantageously adapted to the capacitive sensor.
  • each conductive pad can form a disk with a diameter of between 0.5 cm (cm) and 1 cm. The pellet is then comparable to a finger of a user for the capacitive sensor.
  • Each conductive pad may be made of any electrically conductive material. It is for example made of copper.
  • the coupling device may further comprise an adhesive film disposed on the surface of each conductive pad intended to be fixed on the body of the object, so as to facilitate its installation on the object.
  • the capacitive coupling device may further comprise a protective film covering each conductive pad.
  • the protective film may in particular cover the surface of the conductive pad capable of coming into contact with the interaction surface of the capacitive sensor. It avoids direct contact of the conductive pad with the interaction surface. The risk of scratching of the interaction surface is therefore reduced.
  • the protective film also protects the conductive pad against corrosion.
  • the protective film may for example be made of PVC (polyvinyl chloride) and be in the form of an electrical insulating tape.
  • the capacitive coupling device may further comprise a layer of elastic material interposed between the body of the object and each conductive pad.
  • the layer of elastic material makes it possible to absorb any irregularities in the surface of the body of the object. It also makes it possible to absorb the shocks generated when the object is brought into contact with the capacitive sensor.
  • the layer of elastic material is for example made of polyurethane foam. It has for example a thickness of the order of one or two millimeters.
  • the capacitive coupling device may further comprise a weight intended to improve the contact between each conductive pad and the capacitive sensor.
  • the conductive element is arranged to generate, via a conductive pad, a capacitive coupling with the capacitive sensor when the conductive pad is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor. It is designed based on capacitive sensor detection technology.
  • the conductive element may notably cause a disturbance of the electromagnetic field in the vicinity of the interaction surface and / or a modification of the capacitance of a sensing element of the capacitive sensor.
  • the conductive element comprises a conductive wire.
  • the conducting wire is capable of disturbing the electromagnetic field in the vicinity of the interaction surface, in the manner of an antenna.
  • the properties of the conductive wire are adapted to the detection technology. These properties can include the material, the section, the braiding and the length of the conductive wire.
  • the length of the conducting wire is one of the main criteria influencing the capacitive coupling. The length may in particular be greater than or equal to 30 cm.
  • the conductive wire may have a length greater than or equal to 30 cm and a diameter greater than or equal to 0.1 mm.
  • the conductive wire is a solid copper electrical wire, with a diameter equal to 0.4 mm and a length equal to 50 cm.
  • the electrical wire can extend linearly over its entire length.
  • the conductive wire is a copper twisted electrical wire, with a diameter equal to 1 mm and a length equal to 30 cm.
  • the properties of the conductive element can be further determined according to the frequency of this signal.
  • the conductive element is possibly only formed of the conductive wire.
  • the conductive element comprises a ribbon of electrically conductive material. The properties of the conductive ribbon are adapted to the detection technology. These properties can include the material, the section and the length of the conductor ribbon.
  • the conductive strip may have a length greater than or equal to 30 cm.
  • the conductive ribbon may in particular have a length greater than or equal to 30 cm, a width greater than or equal to 2 mm and a thickness greater than or equal to 0.1 mm.
  • the ribbon is made of copper and has a thickness of 0.2 mm, a width of 19 mm and a length of 45 cm.
  • the ribbon is made of copper and has a thickness of 0.2 mm, a width of
  • the conductive element is possibly only formed of the ribbon of electrically conductive material.
  • the conductive element comprises a block of electrically conductive material.
  • the total area of the block can be determined so that it can absorb a predetermined amount of electric charges.
  • the block has for example a total area greater than or equal to 500 cm 2 (square centimeters).
  • the total area is defined as the sum of the surfaces of all the faces of the block.
  • the conductive element is possibly only formed of the block of electrically conductive material.
  • the conductive element can be made of any conductive material.
  • the conductive element may be arranged to be inserted partially or totally in a housing of the body of the object.
  • the conductive element comprises a conducting wire or a ribbon of conductive material
  • the conductive wire or the conductive ribbon may be wound to form a coil capable of being inserted into a housing of the body of the object.
  • the conductive element comprises a block of conductive material
  • said block may be dimensioned so as to be inserted into a housing of the body of the object.
  • the capacitive coupling device further comprises a switch connected between a conductive pad and the conductive element to which it is electrically connected.
  • the switch makes it possible to make or not the capacitive coupling between the conductive element of the capacitive coupling device and the interaction surface of the capacitive sensor. In this case, when the switch is in the open position, the conductive element has no effect on the capacitive sensor. On the other hand, when it is in the closed position, the conductive element acts on the capacitive sensor via the conductive pad as soon as the conductive pad is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • the switch may be connected between a conductive member and a plurality of conductive pads to which it is connected. In the presence of several sets of conductive pads and conductive elements, a switch can be provided for each set.
  • the switch can be a manual switch or a controlled switch.
  • the manual switch can in particular be mounted on the body of the object, so as to be operated by the user.
  • the controlled switch can be controlled remotely, for example by means of wireless connection means.
  • the conductive element is formed by a conductive layer of a printed circuit.
  • the invention also relates to an interactive object comprising a body and a capacitive coupling device as described above. Due to the presence of the capacitive coupling device, the object is called interactive object. More of the interaction zone, the object advantageously comprises a gripping zone arranged to allow a user to enter it.
  • the gripping zone can take different forms adapted to allow a user to grasp the object, for example with two fingers or with one hand.
  • the interactive coupling device comprises a switch
  • this switch is advantageously arranged on the gripping area of the body of the object, so as to be actuated by the user of the interactive object.
  • the gripping zone of the body of the object is electrically isolated from the capacitive coupling device.
  • the capacitive coupling that can occur between the capacitive coupling device and the capacitive sensor is completely independent of the contact existing or not between the body of the object and the user.
  • the conductive element is coupled to the capacitive sensor when the conductive pad is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor and is in electrical contact with the conductive element, regardless of whether the user is in contact or not with the body of the object.
  • the invention also relates to a method for determining a dimension of the conductive element of the capacitive coupling device described above.
  • the dimension must be determined in such a way that the conductive element generates a capacitive coupling with the capacitive sensor when the conductive pad to which it is connected is in the vicinity of the interaction surface of the capacitive sensor.
  • the method comprises:
  • the predetermined initial dimension corresponds for example to the length of a conductive wire or ribbon, or to the total surface of a block of electrically conductive material.
  • the initial length of a conductive wire or a conductive ribbon is for example equal to 25 cm.
  • the initial total surface of a block of electrically conductive material is for example equal to 200 cm 2 .
  • the step of checking the presence of a capacitive coupling consists, for example, in determining whether the capacitive sensor reacts to the presence of the object.
  • said step may consist in checking whether the touch pad reacts to the presence of the object as if it were a finger or a hand of an user.
  • the process can be iterative. Following the step of increasing the size of the conductive element, the object can again be placed on the interaction surface of the capacitive sensor and the capacitive coupling can be checked again. If the capacitive coupling is still absent, these steps can be repeated.
  • the invention finally relates to an interactive assembly comprising a capacitive sensor and at least one interactive object as described above.
  • the capacitive coupling device may comprise a switch connected between the conductive pad and the conductive element.
  • the switch can then be placed on the gripping area of the body of the object, so that it can be operated by the user of the interactive object.
  • the gripping zone of the body of the object is made of electrical insulating material.
  • the entire body of the object is made of electrical insulating material.
  • the interaction surface of the capacitive sensor is typically a flat surface. It can in particular be used in a horizontal orientation or inclined relative to the horizontal plane.
  • the object intended to interact with the capacitive sensor can be applied to the interaction surface and moved on this surface by sliding.
  • the conductive pad of the coupling device then comes into direct contact (in the absence of protective film) or indirect contact (in the presence of a protective film) with the interaction surface.
  • the interaction surface is horizontal or slightly inclined relative to the horizontal plane, the object can be held on the interaction surface under the effect of static friction between the interaction surface and the coupling device.
  • the object and / or the capacitive sensor could also be provided with permanent magnets or electromagnets arranged to allow the object to be held on the interaction surface, especially when the interaction surface is inclined with respect to the plane. horizontal.
  • FIG. 1A represents, in a front view, an example of an object that can be equipped with a capacitive coupling device according to the invention
  • FIG. 1B shows, in a view from below, the object of FIG.
  • FIG. 2 represents the object of FIGS. 1A and 1B equipped with a first example of a capacitive coupling device according to the invention
  • FIG. 3 represents a circuit diagram of a second example of a capacitive coupling device according to the invention.
  • Figures 4A to 4F schematically show several embodiments of capacitive coupling devices differentiated by the arrangement of their conductive element;
  • FIG. 5 shows schematically in a sectional view, another example of an interactive object equipped with a coupling device comprising two linearly extending electrical son.
  • FIGS. 1A and 1B show, in a front view and in a bottom view, respectively, an example of an object that can be equipped with a capacitive coupling device according to the invention.
  • the object 10 comprises a body 11 and three legs 12 extending from a lower surface 11A of the body of the object.
  • the feet 12 are distributed so that the object 10 is stable when it is placed on a flat surface, for example the interaction surface of a capacitive screen.
  • the feet form an interaction zone of the object 10.
  • Each foot 12 has for example a diameter and a height of about 1 cm (centimeter).
  • the body 11 has a housing 111 formed on a side surface 11B.
  • the lateral surface 11B can form a gripping zone of the object 10.
  • the body 11 also has an upper surface 11C.
  • FIG. 2 shows the object of FIGS. 1A and 1B equipped with a first example of a capacitive coupling device according to the invention.
  • the capacitive coupling device 20 essentially comprises a conductive element 21 and three conductive pads 22 of which only two are visible in FIG. 2.
  • the conductive element 22 forms a block of electrically conductive material, for example a block copper or aluminum.
  • the conductive member 22 is inserted into the housing 111 of the body 11.
  • a locking mechanism, not shown, can be provided to prevent its inadvertent withdrawal.
  • Each conductive pad 22 forms a disc whose diameter is less than or equal to the diameter of the foot on which it is fixed.
  • the conductive pads 22 have for example a diameter of between 0.5 cm and 1 cm.
  • the conductive pads 22 are formed of an electrically conductive material, for example copper or aluminum. Each conductive pad 22 is electrically connected to the conductive element 21 by an electric conductor wire 23.
  • the capacitive coupling device 20 further comprises, between each conductive pad 22 and the foot 12 on which it is fixed, a layer of elastic material 24 able to compensate for any irregularities in the surface of the foot 12.
  • the layer of elastic material 24 is for example made of polyurethane foam. It typically has a thickness of between 1 mm (millimeter) and 5 mm.
  • the capacitive coupling device 20 also comprises a protective film 25 covering each conductive pad 22.
  • the protective film 25 makes it possible to limit the risk of scratching of the interaction surface of the capacitive sensor, in particular when it comes to a touch screen.
  • the protective film 25 is for example made of polyurethane. It typically has a thickness in the range of 100 ⁇ m (microns) to 500 ⁇ m.
  • the conductive element 21 is in the form of a block of electrically conductive material. Nevertheless, the conductive element 21 could also be in the form of a conductive wire or a conductive ribbon. Such an element may have a length greater than or equal to 10 cm, for example 30 cm, 40 cm, or 50 cm.
  • the conductive wire or the conductive ribbon may be wound around a core of electrically insulating material, in particular to form a compact element.
  • the object 10 has a dedicated housing for receiving the conductive element 21.
  • the conductive element could be fixed on the body 11 without the latter having a location for this purpose. It could in particular be fixed on the lower surface 11A of the body 11, between the feet 12.
  • FIG. 3 represents a circuit diagram of a second example of a capacitive coupling device according to the invention.
  • the capacitive coupling device 30 comprises a conductive element 31 in the form of a wound electrical conductor, three conductive pads 32 electrically connected to each other, and a switch 36 electrically connecting the conductive pads 32 to the conductive element 31.
  • the switch 36 may be a manual switch disposed on the lateral surface 11B or on the upper surface 11C of the body 11. It allows a user to make the object detectable or not by a capacitive sensor.
  • the switch 36 could also be a controlled switch. It would be in this case associated with a control electronics.
  • the control electronics may comprise wireless communication means for receiving a command to open or close the switch 36 from a remote device, for example a computer.
  • FIGS. 4A to 4F show schematically, in a sectional view, different embodiments of capacitive coupling devices according to the invention arranged to equip an object.
  • the object 50 is only represented by a wall 51 forming for example a foot or a bottom wall of the object 50.
  • the wall 51 has a lower surface 52 forming an interaction surface intended to come into contact with an interaction surface of a capacitive sensor.
  • the wall 51 further includes a through opening 53.
  • Each capacitive coupling device 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F includes a conductive member 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, respectively, and a conductive patch 42.
  • Each conductive pad 42 is arranged on the lower surface 52 of the object 50, at the through aperture 53.
  • Each conductive member 41A-41F is electrically connected at one of its ends to the conductive pad 42 and s extends from this end through the through opening 53.
  • the conductive element 41A-41F can thus be housed inside the object 50.
  • the conductive element 41A is formed by a conductor wire extending rectilinearly.
  • the conductive element 41B is formed by a conductive wire having a section arranged in a coil.
  • the conductive element 41C is formed by a conductive wire having a section arranged in the form of a spiral.
  • the conducting wire 41A-41C of these exemplary embodiments has for example a length greater than or equal to 30 cm.
  • the conductive element 41D is formed by a conductor ribbon extending rectilinearly.
  • the conductive strip 41D for example has a length greater than or equal to 30 cm, a width greater than or equal to 2 mm and a thickness greater than or equal to 0.1 mm.
  • the conductive element 41E comprises a conductive wire 411E and a conductive layer 412E square.
  • the conductive layer 412E may be associated with a conductive reflector plane and a dielectric plate to form a planar antenna.
  • the conductive layer 412E has a surface area of between 1 cm 2 and 10 cm 2 and a thickness of between 10 ⁇ m and 1 cm.
  • the conductive element 41F comprises a conducting wire 411F and a set of electrical conductors forming a Yagi antenna 412F.
  • FIGS. 4A to 4F illustrate the diversity of possible configurations of the conductive element. In general, any conductive element capable of disturbing the electromagnetic field in the vicinity of the conductive pad and / or of modifying the capacitance of a sensing element placed in the vicinity of the conductive pad may be used.
  • the wall 51 of the object 50 is preferably made of an electrical insulating material, so as to limit the capacitive coupling surface between the capacitive coupling device 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F and the capacitive sensor. Furthermore, the object 50 may have a body made of an electrical insulating material, so as to prevent any interaction between a user and the capacitive coupling device.
  • FIG. 5 schematically represents, in a sectional view, another example of an interactive object according to the invention.
  • Interactive object 60 includes a body 61 and a capacitive coupling device 70.
  • the body 61 comprises a housing 611 and two through openings 612 extending between the housing 611 and a lower surface 61A of the body 61. It further has a lateral surface 61B forming a gripping surface of the interactive object 60.
  • the capacitive coupling device 70 comprises two identical sets each comprising an electrical wire 71, a conductive pad 72, an insulating pad 73 and an insulating sheath 74.
  • the insulating pads 73 are each arranged on the lower surface. 61A of the body 61, at one of the through openings 612.
  • the conductive pads 72 are each disposed on one of the insulating pads 73. They form feet for the interactive object 60.
  • the conductive pads 72 are electrically insulated of the body 61 by the insulating pads 73.
  • Each electrical wire 71 extends linearly from one of the conductive pads 72. It presents e for example a length of 10 cm.
  • Each electrical wire 71 is encapsulated by an insulating sheath 74 of electrical insulating material.
  • the capacitive coupling device 70 is thus electrically isolated from the body 61 of the interactive object 60.

Landscapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

L'invention se situe dans le domaine de l'interaction entre un objet tangible et un capteur capacitif tel qu'un écran tactile à technologie capacitive. Elle concerne un dispositif de couplage capacitif agencé pour équiper un objet tangible destiné à interagir avec un capteur capacitif. Selon l'invention, le dispositif de couplage capacitif (20) comprend : ▪ une pastille conductrice (22) en matériau conducteur électrique agencée pour être fixée sur une zone d'interaction (12) du corps de l'objet, et ▪ un élément conducteur (21) en matériau conducteur électrique relié électriquement à la pastille conductrice (22) et agencé pour générer un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice est dans le voisinage d'une surface d'interaction du capteur capacitif, le dispositif de couplage capacitif (20) étant agencé pour que l'élément conducteur (21) soit isolé électriquement de la zone de préhension de l'objet (10).

Description

DISPOSITIF DE COUPLAGE CAPACITIF DESTINÉ À ÉQUIPER UN OBJET TANGIBLE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se situe dans le domaine des interactions homme-machine et, plus précisément, dans le domaine de l'interaction entre un objet tangible et un capteur capacitif, typiquement un écran tactile à technologie capacitive. Elle concerne un dispositif de couplage capacitif agencé pour équiper un objet tangible et un objet interactif résultant d'une combinaison de l'objet tangible et du dispositif de couplage capacitif.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les écrans capacitifs sont agencés pour détecter une interaction avec un ou plusieurs doigts d'un utilisateur. Un utilisateur constitue une réserve importante de charges électriques et, lorsqu'un doigt s'approche de la surface sensitive de l'écran, ces charges électriques modifient localement le champ électromagnétique. Cette modification peut être détectée par une électronique appropriée de l'écran capacitif pour déterminer la présence d'un doigt et sa position sur la surface sensitive. Un problème se pose lorsque l'utilisateur souhaite interagir avec l'écran capacitif par l'intermédiaire d'un objet isolant électriquement. Les charges électriques de l'utilisateur ne viennent alors plus dans le voisinage de la surface sensitive et l'écran capacitif ne détecte ni l'objet ni l'utilisateur.
Une solution pour permettre à l'écran capacitif de détecter un objet posé sur sa surface sensitive consiste à utiliser un matériau conducteur électrique pour réaliser l'objet ou au moins à prévoir des moyens pour assurer une continuité électrique entre l'utilisateur et la surface sensitive du capteur capacitif. En particulier, dans le cas d'un stylet, une continuité électrique doit être assurée entre le corps du stylet sur lequel viennent s'appuyer les doigts d'un utilisateur et la pointe du stylet. Cette solution peut s'avérer compliquée à mettre en œuvre pour certains objets aux formes complexes. Surtout, l'objet n'est plus détecté par l'écran capacitif dès lors qu'il n'est plus en contact avec l'utilisateur.
Dans certaines situations, il peut être souhaitable que l'objet soit détecté par l'écran capacitif indépendamment du contact entre cet objet et un utilisateur. À cet effet, il est possible de faire appel à un logiciel pour garder en mémoire la dernière position de l'objet sur la surface sensitive de l'écran capacitif. Des capteurs supplémentaires et une logique de détection sont nécessaires afin de distinguer le cas où l'utilisateur lâche l'objet en le laissant posé sur la surface sensitive de l'écran capacitif de celui où l'utilisateur retire l'objet de la surface sensitive. La solution logicielle est donc relativement contraignante à mettre en place.
Compte tenu de ce qui précède, l'invention a pour objectif de fournir un dispositif permettant d'équiper un objet tangible pour en faire un objet interactif, c'est-à- dire un objet susceptible d'être détecté par un capteur capacitif tel qu'un écran tactile à technologie capacitive, même en l'absence de contact entre l'objet et un utilisateur. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif dont le coût et l'encombrement sont suffisamment modérés pour qu'il puisse venir équiper tout type d'objet.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
À cet effet, l'invention repose sur le fait qu'un élément en matériau conducteur électrique est susceptible de modifier le champ électromagnétique dans le voisinage d'un capteur capacitif dès lors qu'il présente des dimensions appropriées. En particulier, un élément allongé présentant une longueur minimale (par exemple un fil conducteur électrique ou un ruban conducteur électrique) ou un élément formant un bloc présentant une surface minimale modifient le champ électromagnétique dans le voisinage d'un capteur capacitif, à la manière d'une antenne. Le dispositif de couplage capacitif selon l'invention comprend ainsi un tel élément en matériau conducteur électrique et une pastille conductrice reliée électriquement à cet élément et agencée pour être fixée sur une surface de l'objet destinée à venir au voisinage du capteur capacitif. Le dispositif de couplage capacitif, avec l'élément en matériau conducteur électrique et la pastille conductrice, permet ainsi à un capteur capacitif de détecter l'objet tangible qu'il équipe sans nécessiter d'alimentation électrique ni de contact avec un utilisateur.
Le capteur capacitif avec lequel le dispositif de couplage capacitif est destiné à interagir peut reposer sur tout type de technologie de détection par effet capacitif. Plus précisément, le capteur capacitif peut être tout type de capteur agencé pour détecter la présence et la position d'un objet sous l'effet d'un transfert de charges électriques dû à la présence de cet objet dans son voisinage. En particulier, le capteur capacitif peut reposer sur la technologie de détection capacitive dite projetée. Plus particulièrement, il peut s'agir de la technologie de détection à capacitance mutuelle, appelée en anglais « mutual capacitance », ou de la technologie de détection à autocapacitance, appelée en anglais « self-capacitance ».
Le capteur capacitif peut notamment être intégré à un écran, de façon à former un écran tactile.
Le capteur capacitif comprend de préférence un ensemble de cellules sensibles aptes à interagir individuellement avec un objet tel qu'un doigt d'utilisateur. Les cellules sensibles définissent une surface sensible, également appelée « surface d'interaction ».
Dans l'ensemble du présent document, on entend par « voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif », le volume situé à proximité de cette surface et dans lequel l'introduction d'un objet susceptible d'être détecté par le capteur capacitif entraîne une détection effective de cet objet, et éventuellement la détection de la position de cet objet sur la surface d'interaction. Typiquement, le voisinage peut être délimité par une distance maximale de l'ordre de quelques millimètres par rapport à la surface d'interaction. Cette distance maximale est par exemple égale à 2 mm (millimètre) ou à 0,2 mm, en fonction de la sensibilité du capteur. Il est à noter que le voisinage de la surface d'interaction comprend ladite surface d'interaction.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de couplage capacitif agencé pour équiper un objet destiné à interagir avec un capteur capacitif. Le capteur capacitif comprend une surface d'interaction et l'objet comprend un corps muni d'une zone d'interaction destinée à venir au voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif. Selon l'invention, le dispositif de couplage capacitif comprend :
■ une pastille conductrice en matériau conducteur électrique agencée pour être fixée sur la zone d'interaction du corps de l'objet, et
■ un élément conducteur en matériau conducteur électrique relié électriquement à la pastille conductrice, l'élément conducteur étant agencé pour générer un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice est dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif.
Le dispositif de couplage capacitif permet à l'objet qu'il équipe d'être détecté par le capteur capacitif même en l'absence de contact entre l'objet et un utilisateur.
L'objet peut comprendre, en outre, une zone de préhension agencée pour permettre à un utilisateur de saisir l'objet.
Le dispositif de couplage capacitif peut être agencé pour que l'élément conducteur soit isolé électriquement de la zone de préhension du corps de l'objet, voire de l'ensemble du corps de l'objet. Il peut également être agencé pour que la pastille conductrice soit isolée électriquement de la zone de préhension du corps de l'objet, voire de l'ensemble du corps de l'objet. Il est à noter que, dans le cas où le corps de l'objet est en matériau isolant électrique, l'élément conducteur et la pastille conductrice se trouvent isolés électriquement de la zone de préhension par le corps de l'objet lui-même. Dans une forme particulière de réalisation, le dispositif de couplage capacitif comprend, en outre, une gaine isolante en matériau isolant électrique. La gaine isolante enveloppe l'élément conducteur.
Dans une autre forme particulière de réalisation, compatible avec la précédente, le dispositif de couplage capacitif comprend, en outre, une couche isolante en matériau isolant électrique enveloppant la pastille conductrice et/ou une pastille en matériau isolant électrique disposée entre la zone d'interaction du corps de l'objet et la pastille conductrice.
Le dispositif de couplage capacitif peut être agencé pour équiper tout type d'objet, en particulier tout objet pouvant être pris en main par un utilisateur. L'objet forme alors un objet interactif. À titre d'exemples non limitatifs, le dispositif de couplage capacitif peut être agencé pour équiper un stylet, une règle, un palet ou une souris informatique.
Selon une première forme de réalisation, le dispositif de couplage capacitif comprend plusieurs pastilles conductrices en matériau conducteur électrique, chaque pastille conductrice étant agencée pour être fixée sur la zone d'interaction du corps de l'objet et étant reliée électriquement à l'élément conducteur. Le dispositif de couplage capacitif comprend ainsi un unique élément conducteur pour les différentes pastilles conductrices.
Selon une deuxième forme de réalisation, le dispositif de couplage capacitif comprend plusieurs ensembles comportant chacun une pastille conductrice en matériau conducteur électrique et un élément conducteur en matériau conducteur électrique relié électriquement à la pastille conductrice associée. Chaque pastille conductrice est agencée pour être fixée sur la zone d'interaction du corps de l'objet et chaque élément conducteur est agencé pour générer un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice associée est dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif. Le dispositif de couplage capacitif comprend alors plusieurs éléments conducteurs.
Dans chaque forme de réalisation, les pastilles conductrices peuvent être disposées les unes par rapport aux autres de manière à former un ensemble de points caractéristiques de l'objet.
Chaque pastille conductrice est agencée pour être fixée sur la zone d'interaction du corps de l'objet. Elle peut notamment être fixée sur une surface externe du corps de l'objet. De préférence, chaque pastille conductrice est fixée sur une partie du corps de l'objet présentant une forme convexe. Une pastille conductrice peut notamment être fixée sur une extrémité distale d'une protubérance du corps de l'objet. À titre d'exemple, le corps de l'objet peut comporter un ou plusieurs pieds destinés à venir en appui sur la surface d'interaction du capteur capacitif, et chaque pastille conductrice peut alors être fixée sur une surface formant une extrémité libre d'un pied.
Une pastille conductrice n'est pas nécessairement fixée sur une surface externe du corps de l'objet. Elle peut aussi être fixée dans un logement formé dans le corps à proximité de sa surface externe. Le logement doit être suffisamment proche de la surface externe du corps, de manière à ce que la pastille conductrice puisse venir au voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif.
Chaque pastille conductrice présente avantageusement une forme et des dimensions adaptées à la zone d'interaction sur laquelle elle doit être fixée. En particulier, lorsque la pastille conductrice est destinée à être fixée sur une surface formant une extrémité libre d'un pied, sa surface s'inscrit de préférence dans la surface formant l'extrémité libre du pied. La forme et les dimensions de chaque pastille conductrice sont aussi avantageusement adaptées au capteur capacitif. En l'occurrence, pour un capteur capacitif intégré à un écran, chaque pastille conductrice peut former un disque de diamètre compris entre 0,5 centimètre (cm) et 1 cm. La pastille est alors assimilable à un doigt d'un utilisateur pour le capteur capacitif.
Chaque pastille conductrice peut être réalisée avec tout matériau conducteur électrique. Elle est par exemple réalisée en cuivre.
Le dispositif de couplage peut comporter, en outre, un film adhésif disposé sur la surface de chaque pastille conductrice destinée à être fixée sur le corps de l'objet, de manière à faciliter son installation sur l'objet.
Le dispositif de couplage capacitif peut comporter, en outre, un film de protection recouvrant chaque pastille conductrice. Le film de protection peut notamment recouvrir la surface de la pastille conductrice susceptible de venir au contact de la surface d'interaction du capteur capacitif. Il permet d'éviter le contact direct de la pastille conductrice avec la surface d'interaction. Le risque de rayure de la surface d'interaction est donc diminué. Le film de protection permet également de protéger la pastille conductrice contre la corrosion. Le film de protection peut par exemple être réalisé en PVC (polychlorure de vinyle) et se présenter sous forme d'un ruban isolant électrique.
Le dispositif de couplage capacitif peut comporter, en outre, une couche de matériau élastique interposée entre le corps de l'objet et chaque pastille conductrice. La couche de matériau élastique permet d'absorber d'éventuelles irrégularités de surface du corps de l'objet. Elle permet également d'absorber les chocs générés lors d'une mise en contact de l'objet avec le capteur capacitif. La couche de matériau élastique est par exemple réalisée en mousse de polyuréthane. Elle présente par exemple une épaisseur de l'ordre d'un ou deux millimètres. Le dispositif de couplage capacitif peut comporter, en outre, un poids destiné à améliorer le contact entre chaque pastille conductrice et le capteur capacitif.
L'élément conducteur est agencé pour générer, par l'intermédiaire d'une pastille conductrice, un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice se trouve dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif. Il est conçu en fonction de la technologie de détection du capteur capacitif. L'élément conducteur peut notamment entraîner une perturbation du champ électromagnétique dans le voisinage de la surface d'interaction et/ou une modification de la capacité d'un élément sensitif du capteur capacitif.
Selon une première forme de réalisation, l'élément conducteur comprend un fil conducteur. Le fil conducteur est apte à perturber le champ électromagnétique au voisinage de la surface d'interaction, à la manière d'une antenne. Les propriétés du fil conducteur sont adaptées à la technologie de détection. Ces propriétés peuvent notamment porter sur le matériau, la section, le tressage et la longueur du fil conducteur. La longueur du fil conducteur est l'un des principaux critères influençant le couplage capacitif. La longueur peut en particulier être supérieure ou égale à 30 cm. Le fil conducteur peut présenter une longueur supérieure ou égale à 30 cm et un diamètre supérieur ou égal à 0,1 mm. Dans un premier exemple, le fil conducteur est un fil électrique plein en cuivre, de diamètre égal à 0,4 mm et de longueur égale à 50 cm. Le fil électrique peut s'étendre de manière linéaire sur toute sa longueur. Dans un deuxième exemple, le fil conducteur est un fil électrique torsadé en cuivre, de diamètre égal à 1 mm et de longueur égale à 30 cm. Dans le cas d'une technologie de détection impliquant l'application d'un signal périodique sur les éléments sensitif du capteur capacitif, les propriétés de l'élément conducteur peuvent en outre être déterminées en fonction de la fréquence de ce signal. L'élément conducteur est éventuellement uniquement formé du fil conducteur. Selon une deuxième forme de réalisation, l'élément conducteur comprend un ruban de matériau conducteur électrique. Les propriétés du ruban conducteur sont adaptées à la technologie de détection. Ces propriétés peuvent notamment porter sur le matériau, la section et la longueur du ruban conducteur. En particulier, le ruban conducteur peut présenter une longueur supérieure ou égale à 30 cm. Le ruban conducteur peut notamment présenter une longueur supérieure ou égale à 30 cm, une largeur supérieure ou égale à 2 mm et une épaisseur supérieure ou égale à 0,1 mm. Dans un premier exemple, le ruban est en cuivre et présente une épaisseur de 0,2 mm, une largeur de 19 mm et une longueur de 45 cm. Dans un deuxième exemple, le ruban est en cuivre et présente une épaisseur de 0,2 mm, une largeur de
10 mm et une longueur de 50 cm. L'élément conducteur est éventuellement uniquement formé du ruban de matériau conducteur électrique.
Selon une troisième forme de réalisation, l'élément conducteur comprend un bloc de matériau conducteur électrique. La surface totale du bloc peut être déterminée de manière à pouvoir absorber une quantité prédéterminée de charges électriques. Le bloc présente par exemple une surface totale supérieure ou égale à 500 cm2 (centimètres carrés). La surface totale est définie comme étant la somme des surfaces de toutes les faces du bloc. L'élément conducteur est éventuellement uniquement formé du bloc de matériau conducteur électrique.
L'élément conducteur peut être réalisé avec tout matériau conducteur.
11 est par exemple réalisé en cuivre.
L'élément conducteur peut être agencé pour être inséré partiellement ou totalement dans un logement du corps de l'objet. Lorsque l'élément conducteur comprend un fil conducteur ou un ruban de matériau conducteur, le fil conducteur ou le ruban conducteur peut être enroulé pour former une bobine apte à être insérée dans un logement du corps de l'objet. Lorsque l'élément conducteur comprend un bloc de matériau conducteur, ledit bloc peut être dimensionné de manière à pouvoir être inséré dans un logement du corps de l'objet.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de couplage capacitif comporte, en outre, un interrupteur connecté entre une pastille conductrice et l'élément conducteur auquel elle est reliée électriquement. L'interrupteur permet de rendre effectif ou non le couplage capacitif entre l'élément conducteur du dispositif de couplage capacitif et la surface d'interaction du capteur capacitif. En l'occurrence, lorsque l'interrupteur est en position ouverte, l'élément conducteur ne joue aucun effet sur le capteur capacitif. En revanche, lorsqu'il est en position fermée, l'élément conducteur agit sur le capteur capacitif par l'intermédiaire de la pastille conductrice dès lors que la pastille conductrice se trouve dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif.
L'interrupteur peut être connecté entre un élément conducteur et une pluralité de pastilles conductrices auxquelles il est relié. En présence de plusieurs ensembles de pastilles conductrices et d'éléments conducteurs, un interrupteur peut être prévu pour chaque ensemble.
L'interrupteur peut être un interrupteur manuel ou un interrupteur commandé. L'interrupteur manuel peut notamment être monté sur le corps de l'objet, de manière à pouvoir être actionné par l'utilisateur. L'interrupteur commandé peut notamment être commandé à distance, par exemple par l'intermédiaire de moyens de connexion sans fil.
Selon une forme particulière de réalisation, l'élément conducteur est formé par une couche conductrice d'un circuit imprimé.
L'invention a également pour objet un objet interactif comprenant un corps et un dispositif de couplage capacitif tel que décrit précédemment. Du fait de la présence du dispositif de couplage capacitif, l'objet est qualifié d'objet interactif. En plus de la zone d'interaction, l'objet comporte avantageusement une zone de préhension agencée pour permettre à un utilisateur de le saisir. La zone de préhension peut prendre différentes formes adaptées pour permettre à un utilisateur de saisir l'objet, par exemple avec deux doigts ou avec une main.
Lorsque le dispositif de couplage interactif comporte un interrupteur, cet interrupteur est avantageusement disposé sur la zone de préhension du corps de l'objet, de manière à pouvoir être actionné par l'utilisateur de l'objet interactif.
Selon une forme particulière de réalisation de l'objet interactif, la zone de préhension du corps de l'objet est isolée électriquement du dispositif de couplage capacitif. Ainsi, le couplage capacitif susceptible de se produire entre le dispositif de couplage capacitif et le capteur capacitif est complètement indépendant du contact existant ou non entre le corps de l'objet et l'utilisateur. Plus précisément, l'élément conducteur est couplé au capteur capacitif dès lors que la pastille conductrice se trouve dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif et qu'elle est en contact électrique avec l'élément conducteur, indépendamment du fait que l'utilisateur soit en contact ou non avec le corps de l'objet.
L'invention a également pour objet un procédé de détermination d'une dimension de l'élément conducteur du dispositif de couplage capacitif décrit précédemment. La dimension doit être déterminée de manière à ce que l'élément conducteur génère un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice à laquelle il est relié est dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif. Le procédé comprend :
■ une étape d'installation du dispositif de couplage capacitif sur l'objet destiné à interagir avec le capteur capacitif, l'élément conducteur du dispositif de couplage capacitif présentant une dimension initiale prédéterminée,
■ une étape de placement de l'objet sur la surface d'interaction du capteur capacitif, ■ une étape de vérification de la présence d'un couplage capacitif entre le dispositif de couplage capacitif et le capteur capacitif,
■ dans le cas d'une absence de couplage capacitif, une étape d'augmentation de la dimension initiale prédéterminée de l'élément conducteur.
La dimension initiale prédéterminée correspond par exemple à la longueur d'un fil conducteur ou d'un ruban conducteur, ou à la surface totale d'un bloc de matériau conducteur électrique. La longueur initiale d'un fil conducteur ou d'un ruban conducteur est par exemple égale à 25 cm. La surface totale initiale d'un bloc de matériau conducteur électrique est par exemple égale à 200 cm2.
L'étape de vérification de la présence d'un couplage capacitif consiste par exemple à déterminer si le capteur capacitif réagit à la présence de l'objet. En particulier, lorsque le capteur capacitif est intégré à une tablette tactile, ladite étape peut consister à vérifier si la tablette tactile réagit à la présence de l'objet comme s'il s'agissait d'un doigt ou d'une main d'un utilisateur.
Le procédé peut être itératif. Suite à l'étape d'augmentation de la dimension de l'élément conducteur, l'objet peut à nouveau être placé sur la surface d'interaction du capteur capacitif et le couplage capacitif peut être à nouveau vérifié. Si le couplage capacitif est toujours absent, ces étapes peuvent être réitérées.
L'invention a enfin pour objet un ensemble interactif comprenant un capteur capacitif et au moins un objet interactif tel que décrit précédemment.
Comme indiqué précédemment, le dispositif de couplage capacitif peut comporter un interrupteur connecté entre la pastille conductrice et l'élément conducteur. L'interrupteur peut alors être disposé sur la zone de préhension du corps de l'objet, de manière à pouvoir être actionné par l'utilisateur de l'objet interactif. Selon une forme particulière de réalisation, la zone de préhension du corps de l'objet est réalisée en matériau isolant électrique. Éventuellement, l'ensemble du corps de l'objet est réalisé en matériau isolant électrique.
La surface d'interaction du capteur capacitif est typiquement une surface plane. Elle peut notamment être utilisée dans une orientation horizontale ou inclinée par rapport au plan horizontal. L'objet destiné à interagir avec le capteur capacitif peut être appliqué sur la surface d'interaction et déplacé sur cette surface par glissement. La pastille conductrice du dispositif de couplage vient alors au contact direct (en l'absence de film de protection) ou indirect (en présence d'un film de protection) avec la surface d'interaction. Lorsque la surface d'interaction est horizontale ou faiblement inclinée par rapport au plan horizontal, l'objet peut être maintenu sur la surface d'interaction sous l'effet du frottement statique entre la surface d'interaction et le dispositif de couplage. L'objet et/ou le capteur capacitif pourrait également être muni d'aimants permanents ou d'électroaimants agencés pour permettre le maintien de l'objet sur la surface d'interaction, notamment lorsque la surface d'interaction est inclinée par rapport au plan horizontal.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure IA représente, dans une vue de face, un exemple d'objet pouvant être équipé d'un dispositif de couplage capacitif selon l'invention ;
- la figure IB représente, dans une vue de dessous, l'objet de la figure
IA
- la figure 2 représente l'objet des figures IA et IB équipé d'un premier exemple de dispositif de couplage capacitif selon l'invention ;
- la figure 3 représente un schéma électrique d'un deuxième exemple de dispositif de couplage capacitif selon l'invention ; - les figures 4A à 4F représentent schématiquement plusieurs exemples de réalisation de dispositifs de couplage capacitifs différenciés par l'agencement de leur élément conducteur ;
- la figure 5 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un autre exemple d'objet interactif équipé d'un dispositif de couplage comprenant deux fils électriques s'étendant linéairement.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Les figures IA et IB représentent, dans une vue de face et dans une vue de dessous, respectivement, un exemple d'objet pouvant être équipé d'un dispositif de couplage capacitif selon l'invention. L'objet 10 comprend un corps 11 et trois pieds 12 s'étendant depuis une surface inférieure 11A du corps de l'objet. Les pieds 12 sont répartis de manière à ce que l'objet 10 soit stable lorsqu'il est posé sur une surface plane, par exemple la surface d'interaction d'un écran capacitif. Les pieds forment une zone d'interaction de l'objet 10. Chaque pied 12 présente par exemple un diamètre et une hauteur d'environ 1 cm (centimètre). Le corps 11 comporte un logement 111 formé sur une surface latérale 11B. La surface latérale 11B peut former une zone de préhension de l'objet 10. Le corps 11 présente également une surface supérieure 11C.
La figure 2 représente l'objet 10 des figures IA et IB équipé d'un premier exemple de dispositif de couplage capacitif selon l'invention. Le dispositif de couplage capacitif 20 comprend essentiellement un élément conducteur 21 et trois pastilles conductrices 22 dont seules deux sont visibles sur la figure 2. Dans cet exemple de réalisation, l'élément conducteur 22 forme un bloc de matériau conducteur électrique, par exemple un bloc de cuivre ou d'aluminium. L'élément conducteur 22 est inséré dans le logement 111 du corps 11. Un mécanisme de blocage, non représenté, peut être prévu pour empêcher son retrait intempestif. Chaque pastille conductrice 22 forme un disque dont le diamètre est inférieur ou égal au diamètre du pied sur lequel elle vient se fixer. Les pastilles conductrices 22 présentent par exemple un diamètre compris entre 0,5 cm et l cm. Ce diamètre correspond sensiblement à celui d'un doigt d'un utilisateur et peut ainsi être facilement détecté par le capteur capacitif. Les pastilles conductrices 22 sont formées dans un matériau conducteur électrique, par exemple du cuivre ou de l'aluminium. Chaque pastille conductrice 22 est reliée électriquement à l'élément conducteur 21 par un fil conducteur électrique 23.
Le dispositif de couplage capacitif 20 comprend en outre, entre chaque pastille conductrice 22 et le pied 12 sur lequel elle vient se fixer, une couche de matériau élastique 24 apte à compenser d'éventuelles irrégularités de surface du pied 12. La couche de matériau élastique 24 est par exemple réalisée en mousse de polyuréthane. Elle présente typiquement une épaisseur comprise entre 1 mm (millimètre) et 5 mm.
Le dispositif de couplage capacitif 20 comprend également un film de protection 25 recouvrant chaque pastille conductrice 22. Le film de protection 25 permet de limiter le risque de rayures de la surface d'interaction du capteur capacitif, notamment lorsqu'il s'agit d'un écran tactile. Le film de protection 25 est par exemple réalisé en polyuréthane. Il présente typiquement une épaisseur de l'ordre de 100 pm (micromètres) à 500 pm.
Dans l'exemple de la figure 2, l'élément conducteur 21 se présente sous forme d'un bloc de matériau conducteur électrique. Néanmoins, l'élément conducteur 21 pourrait également se présenter sous forme d'un fil conducteur ou d'un ruban conducteur. Un tel élément peut présenter une longueur supérieure ou égale à 10 cm, par exemple de 30 cm, 40 cm, ou 50 cm. Le fil conducteur ou le ruban conducteur peut être enroulé autour d'un noyau en matériau isolant électriquement, notamment pour former un élément compact.
Par ailleurs, il a été considéré dans cet exemple de réalisation que l'objet 10 comporte un logement dédié pour recevoir l'élément conducteur 21. Toutefois, du fait d'un encombrement limité, l'élément conducteur pourrait être fixé sur le corps 11 sans que ce dernier ne comporte d'emplacement à cet effet. Il pourrait notamment être fixé sur la surface inférieure 11A du corps 11, entre les pieds 12.
La figure 3 représente un schéma électrique d'un deuxième exemple de dispositif de couplage capacitif selon l'invention. Le dispositif de couplage capacitif 30 comporte un élément conducteur 31 se présentant sous forme d'un conducteur électrique bobiné, trois pastilles conductrices 32 reliées électriquement les unes aux autres, et un interrupteur 36 reliant électriquement les pastilles conductrices 32 à l'élément conducteur 31. L'interrupteur 36 peut être un interrupteur manuel disposé sur la surface latérale 11B ou sur la surface supérieure 11C du corps 11. Il permet à un utilisateur de rendre l'objet détectable ou non par un capteur capacitif. L'interrupteur 36 pourrait également être un interrupteur commandé. Il serait dans ce cas associé à une électronique de commande. L'électronique de commande peut comporter des moyens de communication sans fil permettant de recevoir une commande d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur 36 de la part d'un dispositif distant, par exemple d'un ordinateur.
Les figures 4A à 4F représentent schématiquement, dans une vue en coupe, différents exemples de réalisation de dispositifs de couplage capacitif selon l'invention agencés pour équiper un objet. Sur ces figures, l'objet 50 est uniquement représenté par une paroi 51 formant par exemple un pied ou une paroi inférieure de l'objet 50. La paroi 51 comporte une surface inférieure 52 formant une surface d'interaction destinée à venir en contact avec une surface d'interaction d'un capteur capacitif. La paroi 51 comporte en outre une ouverture traversante 53. Chaque dispositif de couplage capacitif 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F comporte un élément conducteur 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, respectivement, et une pastille conductrice 42. Chaque pastille conductrice 42 est agencée sur la surface inférieure 52 de l'objet 50, au niveau de l'ouverture traversante 53. Chaque élément conducteur 41A-41F est relié électriquement par l'une de ses extrémités à la pastille conductrice 42 et s'étend depuis cette extrémité en traversant l'ouverture traversante 53. L'élément conducteur 41A-41F peut ainsi être logé à l'intérieur de l'objet 50. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4A, l'élément conducteur 41A est formé par un fil conducteur s'étendant de manière rectiligne. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4B, l'élément conducteur 41B est formé par un fil conducteur présentant un tronçon agencé en serpentin. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4C, l'élément conducteur 41C est formé par un fil conducteur présentant un tronçon agencé sous forme de spirale. Le fil conducteur 41A-41C de ces exemples de réalisation présente par exemple une longueur supérieure ou égale à 30 cm. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4D, l'élément conducteur 41D est formé par un ruban conducteur s'étendant de manière rectiligne. Le ruban conducteur 41D présente par exemple une longueur supérieure ou égale à 30 cm, une largeur supérieure ou égale à 2 mm et une épaisseur supérieure ou égale à 0,1 mm. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4E, l'élément conducteur 41E comprend un fil conducteur 411E et une couche conductrice 412E de forme carrée. La couche conductrice 412E peut être associée à un plan réflecteur conducteur et à une lame diélectrique afin de former une antenne planaire. La couche conductrice 412E présente par exemple une surface comprise entre l cm2 et 10 cm2 et une épaisseur comprise entre 10 pm et 1 cm. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4F, l'élément conducteur 41F comprend un fil conducteur 411F et un ensemble de conducteurs électriques formant une antenne Yagi 412F. Les exemples de réalisation des figures 4A à 4F illustrent la diversité des configurations possibles de l'élément conducteur. De manière générale, tout élément conducteur susceptible de perturber le champ électromagnétique au voisinage de la pastille conductrice et/ou de modifier la capacité d'un élément sensitif placé au voisinage de la pastille conductrice peut être utilisé. La paroi 51 de l'objet 50 est de préférence réalisée dans un matériau isolant électrique, de manière à limiter la surface de couplage capacitif entre le dispositif de couplage capacitif 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F et le capteur capacitif. Par ailleurs, l'objet 50 peut présenter un corps réalisé dans un matériau isolant électrique, de manière à empêcher toute interaction entre un utilisateur et le dispositif de couplage capacitif.
La figure 5 représente schématiquement, dans une vue en coupe, un autre exemple d'objet interactif selon l'invention. L'objet interactif 60 comprend un corps 61 et un dispositif de couplage capacitif 70. Le corps 61 comporte un logement 611 et deux ouvertures traversantes 612 s'étendant entre le logement 611 et une surface inférieure 61A du corps 61. Il présente en outre une surface latérale 61B formant une surface de préhension de l'objet interactif 60. Le dispositif de couplage capacitif 70 comprend deux ensembles identiques comportant chacun un fil électrique 71, une pastille conductrice 72, une pastille isolante 73 et une gaine isolante 74. Les pastilles isolantes 73 sont chacune disposées sur la surface inférieure 61A du corps 61, au niveau de l'une des ouvertures traversantes 612. Les pastilles conductrices 72 sont chacune disposées sur l'une des pastilles isolantes 73. Elles forment des pieds pour l'objet interactif 60. Les pastilles conductrices 72 sont isolées électriquement du corps 61 par les pastilles isolantes 73. Chaque fil électrique 71 s'étend linéairement depuis l'une des pastilles conductrices 72. Il présente par exemple une longueur de 10 cm. Chaque fil électrique 71 est enrobé par une gaine isolante 74 en matériau isolant électrique. Le dispositif de couplage capacitif 70 est ainsi isolé électriquement du corps 61 de l'objet interactif 60.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de couplage capacitif agencé pour équiper un objet destiné à interagir avec un capteur capacitif, le capteur capacitif comprenant une surface d'interaction et l'objet (10, 50, 60) comprenant un corps (11, 51, 61) muni d'une zone d'interaction (12) destinée à venir au voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif et une zone de préhension (11B, 61B) agencée pour permettre à un utilisateur de saisir l'objet, le dispositif de couplage capacitif (20, 30, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 70) comprenant :
■ une pastille conductrice (22, 32, 42, 72) en matériau conducteur électrique agencée pour être fixée sur la zone d'interaction (12) du corps de l'objet, et
■ un élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) en matériau conducteur électrique relié électriquement à la pastille conductrice (22, 32, 42, 72), l'élément conducteur comprenant un fil conducteur (31, 41A, 41B, 41C, 411E, 411F, 71), un ruban conducteur (41D) ou un bloc de matériau conducteur électrique (21) et étant agencé pour générer un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice est dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif,
le dispositif de couplage capacitif (20, 30, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 70) étant agencé pour que l'élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) soit isolé électriquement de la zone de préhension (11B, 61B) de l'objet (10, 50, 60).
2. Dispositif de couplage capacitif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de couplage capacitif (20, 30, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 70) comprend, en outre, une gaine isolante (74) en matériau isolant électrique, la gaine isolante enveloppant l'élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71).
3. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant plusieurs pastilles conductrices (22, 32, 42, 72) en matériau conducteur électrique, chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72) étant agencée pour être fixée sur la zone d'interaction (12) du corps de l'objet et étant reliée électriquement à l'élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71).
4. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant plusieurs ensembles comportant chacun une pastille conductrice (22, 32, 42, 72) en matériau conducteur électrique et un élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) en matériau conducteur électrique relié électriquement à la pastille conductrice associée, chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72) étant agencée pour être fixée sur la zone d'interaction (12) du corps de l'objet et chaque élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) étant agencé pour générer un couplage capacitif avec le capteur capacitif lorsque la pastille conductrice associée est dans le voisinage de la surface d'interaction du capteur capacitif.
5. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72) forme un disque de diamètre compris entre 0,5 centimètre et 1 centimètre.
6. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, un film de protection (25) recouvrant chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72).
7. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, une couche de matériau élastique (24) interposée entre le corps (11, 51, 71) de l'objet et chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72).
8. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, un poids destiné à améliorer le contact entre chaque pastille conductrice (22, 32, 42, 72) et le capteur capacitif.
9. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes comprenant, en outre, un interrupteur (36) connecté entre une pastille conductrice (22, 32, 42, 72) et l'élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) auquel elle est reliée électriquement.
10. Dispositif de couplage capacitif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément conducteur (21, 31, 41A, 41B, 41C, 41D, 41E, 41F, 71) est formé par une couche conductrice d'un circuit imprimé.
11. Procédé de détermination d'une dimension de l'élément conducteur du dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, comprenant :
■ une étape d'installation du dispositif de couplage capacitif sur l'objet destiné à interagir avec le capteur capacitif, l'élément conducteur du dispositif de couplage capacitif présentant une dimension initiale prédéterminée,
■ une étape de placement de l'objet sur la surface d'interaction du capteur capacitif,
■ une étape de vérification de la présence d'un couplage capacitif entre le dispositif de couplage capacitif et le capteur capacitif,
■ dans le cas d'une absence de couplage capacitif, une étape d'augmentation de la dimension initiale prédéterminée de l'élément conducteur.
12. Objet interactif comprenant un corps (11, 51, 61) et un dispositif de couplage capacitif (20, 30, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 70) selon l'une des revendications 1 à 10, le capteur capacitif comprenant une surface d'interaction.
13. Objet interactif selon la revendication 12, comprenant un dispositif de couplage capacitif (20, 30, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 70) selon la revendication 9, l'interrupteur (36) étant disposé sur la zone de préhension (11B, 61B) du corps (11, 51, 61) de l'objet, de manière à pouvoir être actionné par l'utilisateur de l'objet interactif.
14. Objet interactif selon l'une des revendications 12 et 13, dans lequel la zone de préhension (11B, 61B) du corps (11, 51, 61) de l'objet est réalisée en matériau isolant électrique.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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