WO2021005274A1 - Dispositif de commande 3d pour interface tactile capacitive - Google Patents

Dispositif de commande 3d pour interface tactile capacitive Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to control interfaces using a capacitive touchscreen interface with which a user can interact to control an electronic device or apparatus.
  • the invention finds its application in particular, but not exclusively, in the field of industrial equipment, or in the automotive field.
  • Manual controls currently consist mainly of various types of mechanical buttons, or 2D touch screens associated with mechanical actuators.
  • buttons, sliders require movable mechanical elements integrated into the object or machine to be controlled in order to allow rotation of the control device. command or a longitudinal displacement along an axis.
  • These manual control members such as knobs, sliders or the like generally comprise a part that is movable via a ball bearing system, a movable rail, or a magneto-rheological fluid (a material whose rigidity depends on the magnetic field applied).
  • a control interface for a motor vehicle dashboard comprises a gripping member or button, movable in rotation around a guide, and provided with a metal index making it possible to indicate to a capacitive panel the angular position of the movable gripping member.
  • the mobile button has a rim-shaped cover in the vicinity of the capacitive screen, so as to prevent a user's fingers from coming too close to the touch screen and disturbing the detection of the angular position of the metal index. .
  • the button being movable, it does not make it possible to detect the position of a finger relative to the capacitive panel. It only makes it possible to detect the presence of a finger, and the movement of the mobile button relative to the capacitive panel.
  • the known devices therefore use mechanical moving elements, which are expensive to produce, and whose wear due to use limits the service life, which necessitates expensive replacement or maintenance operations.
  • they do not allow direct detection of the position or movement of one or more fingers relative to a touch screen, without the intervention of a mobile element.
  • the general object of the invention is in particular to provide a control member which is free from the drawbacks presented by known control devices.
  • Another specific aim of the invention is to provide a control device capable in the long term of eliminating most of the knurling wheels and sliders comprising movable mechanical parts, such as ball bearings or the like.
  • Another object of the invention is to provide a tactile control interface with haptic feedback or not, which is tangible, that is to say which has a three-dimensional structure easy to manipulate by the fingers of a user to. detecting the position of the finger of a user interacting with a tangible three-dimensional object whose non-conductive body (plastic or wooden part, for example) is attached by gluing above a touch screen.
  • a tactile control interface with haptic feedback or not which is tangible, that is to say which has a three-dimensional structure easy to manipulate by the fingers of a user to.
  • Another object of the invention is to provide a modular control member, which can easily be adapted by simple programming to several types of touch-sensitive surfaces.
  • the object of the invention is also to propose a very economical device allowing the reuse of existing capacitive touch interfaces, simply by adding thereto a completely passive 3D element capable of deporting the tactile detection of a 2D touch screen to a 3D touch device. offering an easier grip.
  • the invention consists in proposing a three-dimensional control member (denoted 3D) associated with a 2D tactile surface with a capacitive effect.
  • the three-dimensional control member is fixed and is made integral with the 2D touch surface by means of a double-sided adhesive or an epoxy-type polymer adhesive for example.
  • the adhesive can be chosen to transmit to the 3D control member an ultrasonic vibration making it possible to modulate an ultrasonic lubrication effect (so-called “squeeze film” effect) between the haptic feedback surface and the 3D control member.
  • the rigid 3D controller senses the position of the user's finger (or stylus) above or near the 2D touch surface.
  • the 3D control unit can be completely passive, ie without power supply and without electronic component or active sensor.
  • the 3D controller is provided with electrical conductors that transmit electrical charges from the 2D touch surface to the contours of the 3D controller, so that the user can interact with the capacitive 2D touch surface through the medium. of the 3D control unit, without directly touching the 2D touch surface.
  • the subject of the invention is therefore a device for controlling a capacitive touch surface capable of detecting the position or movement of at least one finger or of a control stylus of a user near the touch surface.
  • capacitive characterized in that it comprises a three-dimensional control member fixed with respect to said capacitive touch surface and provided with an electrically insulating body having a lower surface placed opposite the capacitive touch surface and a three-dimensional surface intended to be touched or scanned by at least one finger or a stylus of a user, the three-dimensional control member being provided with a plurality of electrical conductors separated in pairs by an electrically insulating space and configured to exchange electrical charges with said tactile surface capacitive when a user touches or swipes the three-dimensional surface, so that a user can interact with the touch surface ca pacitive through the three-dimensional controller.
  • each electrical conductor comprises a body, a surface and / or an upper end intended to come into contact with a finger or a control stylus of a user, and a lower end intended to be placed opposite the touch surface so as to exchange electrical charges with it by capacitive effect.
  • the three-dimensional controller is entirely passive and is not connected to any electrical power source and to any active electronic component.
  • the three-dimensional control member does not include any movable mechanical part.
  • the capacitive touch surface is a touch display screen or a touch pad without a screen.
  • the three-dimensional control member is fixed to the touch surface by means of a glue or an adhesive.
  • the three-dimensional control member is movable relative to the touch-sensitive surface in order to be able to interact successively with different zones of the latter, while remaining fixed during its operation.
  • the three-dimensional control member is in the form of a cylindrical, frustoconical or conical ring, of a solid cylindrical, frustoconical or conical pellet, of a parallelepipedal or semi-cylindrical bar, or of a three-dimensional element having a planar lower surface and a three-dimensional upper surface of any shape.
  • the electrical conductors are made in the form of tracks extending between the upper surface and the lower surface of the three-dimensional control member.
  • the three-dimensional control member is fully coated with an insulating resin layer capable of protecting and masking the electrical conductors, the thickness of the resin layer being chosen to leave a capacitive effect between the electrical conductors and the finger or control stylus.
  • the electrical conductors are spaced in pairs by a distance less than the contact surface of a finger or a control stylus, so that the end of a finger or a control stylus or simultaneously facing at least two neighboring electrical conductors.
  • the electrical conductors are spaced in pairs at an interval of between 0.1 mm and 10 mm.
  • the neighboring electrical conductors are spaced two by two by an interval determined according to the resolution of the capacitive touch surface and have an area between 2 mm 2 and 100 mm 2 .
  • the electrical conductors are in particular made of copper, silver, gold, aluminum, carbon, tin, nickel, metal alloys, or conductive, transparent or opaque ink.
  • the three-dimensional control member is made of a non-electrically conductive material, in particular a viscoelastic material such as a plastic material or wood, or an elastic material such as glass, porcelain, ceramic or stone.
  • the capacitive touch surface is a screen with haptic feedback capable of being vibrated by electromechanical actuators controlled by control electronics to generate an ultrasonic lubrication effect on the screen.
  • the three-dimensional controller is attached to the capacitive touch surface so that the capacitive touch surface can communicate the vibrations of the ultrasonic lubricating effect to the user's fingers through the medium of the finger. three-dimensional control member.
  • the three-dimensional control member is fixed to the capacitive touch surface by means of an appropriate adhesive of the double-sided adhesive or resin type, for example an adhesive having a Young's modulus of between 50 MPa and 5 GPa at ambient temperature and a vibratory frequency between 20 kHz and 200 kHz.
  • an appropriate adhesive of the double-sided adhesive or resin type for example an adhesive having a Young's modulus of between 50 MPa and 5 GPa at ambient temperature and a vibratory frequency between 20 kHz and 200 kHz.
  • the electromechanical actuators consist of piezoelectric ceramics controlled at frequencies between 20 kHz and 200 kHz.
  • the subject of the invention is also any capacitive touch control system, comprising a control device as described above.
  • the system can be configured such that movement of a user's finger over the upper ends or along the electrical conductors of the three-dimensional controller is interpreted by a controller which causes display of information on all or part of said screen.
  • the three-dimensional control member can be formed by a transparent or translucent material capable of forming a light guide, so that the information displayed on the screen is relayed to the surface of the light guide.
  • FIG. 1 is a block diagram of the 3D control device according to the invention, in elevation view and in section;
  • FIG. 2 is a perspective view of the control device according to the invention, used on a capacitive touch screen;
  • FIGS. 3A and 3B are perspective views of a control member in the form of a ring or of a solid cylindrical pellet;
  • - Figure 3C is a perspective view of a first embodiment of a control member according to the invention, in the form of a cylindrical ring;
  • Figures 3D and 3E are sectional and perspective views from above and below of a control member according to Figure 3C, positioned on a touch screen;
  • FIG. 3F is a perspective view of a second embodiment of a control member according to the invention, in the form of a cylindrical ring;
  • FIGS. 3G and 3H are sectional and perspective views from above and from below of a control member according to Figure 3F, positioned on a touch screen;
  • FIG. 31 is a view in section and in perspective of a third embodiment of a control member according to the invention, in the form of a cylindrical ring;
  • FIGS. 3J and 3K are sectional and perspective views from above and from below of another embodiment of a control member in the form of a cylindrical ring, positioned on a touch screen;
  • FIG. 3L is a detail sectional view of a control member according to Figures 3J and 3K;
  • FIGS. 4A, 4B represent perspective views of various embodiments of the invention using a frustoconical ring
  • FIGS. 5A, 5B are perspective views of an embodiment of the invention using a solid pellet of frustoconical shape
  • FIGS. 6A, 6B, 6C are perspective views of embodiments of the invention using parallelepipedal longitudinal bars
  • FIGS. 7A, 7B are perspective views of an embodiment of the invention using a triangular-shaped control member.
  • FIG. 1 is a block diagram of the control device 1 according to the invention, in elevational view and in section.
  • capacitive touch surfaces such as touch surface 3 shown in FIG. 1, include a layer or a grid which accumulates electric charges.
  • the basic principle of the invention consists in no longer directly touching the tactile surface 3, but in transferring the electric charges onto a three-dimensional transfer member 4 placed above the capacitive panel 3, which makes it possible to make the tactile surface more tangible for the user, due to the three-dimensional member 4 and its three-dimensional gripping surface 9.
  • a three-dimensional transfer member 4 placed above the capacitive panel 3, which makes it possible to make the tactile surface more tangible for the user, due to the three-dimensional member 4 and its three-dimensional gripping surface 9.
  • the member three-dimensional 4 is itself non-conductive, but it comprises a set of electric conductors 5 insulated from one another and extending between the lower surface 8 and the three-dimensional surface 9 of the three-dimensional member 4, accessible for users. fingers or a stylus of a user.
  • the electrical conductors 5 allow the transfer of electrical charges between the three-dimensional surface 9 of the three-dimensional member 4 and the capacitive touch surface 3 insofar as the three-dimensional surface 9 is equipped with electrical conductors 5 which can come into direct contact with the one or more. user's fingers. Likewise, a capacitive transfer can occur between the finger and any zone of the three-dimensional surface 9 equipped with conductive tracks 5 which can be in contact with the finger (ridges, edges, interior or exterior surface in the case of a ring. ..). Thus the position of one or more fingers of the user on the control member 4 can be detected by capacitive exchanges between the capacitive plate 3 and different zones of the three-dimensional surface 9 of the control member 4.
  • the electrical conductors 5 have dimensions and spacings adapted as a function of the shape of the 3D member and of the desired detection precision.
  • the upper end 6 of the conductors 5 may, for example, have the form of a disc of copper, or of another electrically conductive material, preferably covered by a layer of varnish for protection against tearing or tearing. Mechanical wear due to finger contact.
  • the spacing between two electrical conductors 5 or between their upper ends 6 must be small enough to allow two electrical conductors 5 or at their upper ends 6 to be touched at the same time by a finger. A gap between 0.1mm and 10mm will work in most cases.
  • the dimension and the spacing of the lower ends 7 of the conductors 5 are adapted according to the resolution of the capacitive screen 3, so that the detection of the position of the finger 2 by the touch surface 3 works correctly, the ends lower 7 of the conductors 5 have for example an area between 2 mm 2 and 100 mm 2 suitable in most cases,
  • the body of the conductors 5 makes it possible to connect the upper ends 6 of the conductors 5 to the lower ends 7 intended to interact by capacitive coupling with the capacitive surface 3. It may for example be a metallic wire made of copper or the like, or an electrically conductive track, transparent or not.
  • the three-dimensional control member 4 is entirely passive and is not connected to any electric power source and to any active electronic component, which guarantees the extreme simplicity and reliability of the device.
  • the three-dimensional control member 4 does not include any movable mechanical part, which ensures the robustness and the low cost of the device.
  • the three-dimensional control member 4 is entirely fixed with respect to the capacitive touch surface 3. It is for example fixed by gluing in an appropriate zone of the tactile surface 3, as shown diagrammatically in FIG. 2, for example. According to a variant, it can be fixed temporarily, and movable according to needs between several successive positions on the tactile surface if it is a question of successively interacting with different areas of the touch surface. But in operation, it is always fixed and positioned at a specific location on the touch surface 3.
  • the three-dimensional control member 4 is compatible with a so-called “multitouch” use, that is to say using several fingers simultaneously, in the same way as the capacitive touch surface 3.
  • This can be a screen of. capacitive touch display, or a touchpad without a screen, also called a “touchpad” in English terminology.
  • the three-dimensional control member 4 can take an almost unlimited number of shapes and dimensions compatible with contact by one or more fingers, or with a stylus. Certain practical forms are shown, in no way limiting, in Figures 3 to 7.
  • FIGS. 3A and 3B are respectively represented a cylindrical ring 10 and a solid cylindrical pellet 11, which can be used to produce the three-dimensional member 4, on condition that they are provided with electrical conductors 5.
  • FIGS. 3C to 3L represent several exemplary embodiments using the cylindrical ring 10 coated with a set of electrical conductors 5.
  • the electrical conductors 5 are made on the internal face of the cylindrical ring 10, and an upper end 6 of each conductor 5 is connected to a lower end 7 thereof (not shown).
  • the user can then pass one or more fingers over the upper face of the ring and browse the upper ends 6 of the conductors 5, or else pass his finger over the internal face of the ring.
  • the corresponding lower ends 7 will interact by capacitive effect with the capacitive touch surface 3, and everything happens as if the user were directly touching the affected areas of the capacitive touch surface 3.
  • FIGS. 3D and 3E represent in sectional view and in perspective the ring of FIG. 3C, fixed on a capacitive touch screen 3.
  • FIG. 3D shows the electrical conductors 5 arranged on the internal face of the ring, and their upper ends 6.
  • FIG. 3E shows the electrical conductors 5 arranged on the internal face of the ring, and their lower ends 7.
  • FIG. 3F represents a variant of the cylindrical ring 10 of FIG. 3A, this time with electrical conductors 5 positioned on the external face of the cylindrical ring 10.
  • FIG. 3G shows the electrical conductors 5 arranged on the face. of the ring, and their lower ends 7.
  • FIG. 3H shows the electrical conductors 5 arranged on the external face of the ring 10, and their upper ends 6.
  • FIG. 3I In another variant shown in FIG. 3I, one continues to use a three-dimensional control member 4 in the form of a cylindrical ring 10, in association with a capacitive plate, but electrical conductors 5 are this time arranged inside the body. of the cylindrical ring.
  • electrical conductors 5 are arranged inside the body of the cylindrical ring (as in Figure 31), but also on the internal walls of the ring 10 ( as on Figures 3C to 3E) and on the outer walls of the ring 10 (as in Figures 3F to 3H).
  • FIG. 3L we then obtain three sets A, B, C of electrical conductors 5, namely a set A of conductors 5 located on the outer face of the ring 10, a set B of conductors 5 located at the 'inside the body of the ring, and a set C of conductors 5 located on the inner face of the ring 10.
  • all the conductors 5 of each set A, B, C are electrically insulated from each other and insulated from the conductors 5 other sets of conductors.
  • the device control unit receives signals which it interprets as the coarse adjustment of. a parameter (for example a screen display brightness parameter).
  • a parameter for example a screen display brightness parameter.
  • the control unit of the device receives signals, which it interprets as the fine adjustment of this same brightness parameter.
  • control unit will be configured to control different parameters depending on whether the information on the position or movement of the fingers on the control device comes from a capacitive exchange with the sets of conductors A, B or C.
  • control member in accordance with the invention, associated with a control unit provided with a microprocessor and appropriate control software.
  • the control unit can also specifically interpret a contact of the user's finger with several sets of different conductors (A, B and C): in a such a scenario, when a capacitive exchange takes place simultaneously between the user's finger and several sets of conductors 5, the control unit can for example interpret this interaction as an action to validate a choice of item. in a menu or the selection of a parameter value.
  • This scenario can in particular be carried out with a button of the type shown in FIG.
  • the control unit when pressing the finger on the upper face of the ring, the control unit receives the information of simultaneous contact with the conductors 5 forming vertical tracks on the external face, vertical tracks on the internal face of the ring and tracks placed vertically in the body of the organ control.
  • Control or command units making it possible to interact with a touch screen are well known in the state of the art, for example in the field of touch phones or tablets, and will therefore not be described in more detail.
  • FIGS. 3A to 3L use a three-dimensional control member 4 in the form of a cylindrical ring 10, but other implementations of the invention can be obtained on a control member 4 in the form of a rectangular parallelepiped (such as that shown in FIG. 6A).
  • a set A of conductors 5 positioned on a first longitudinal face of the parallelepiped
  • a set B of conductors 5 positioned on a second longitudinal face of the parallelepiped
  • a set C of con- ductors 5 positioned on a third longitudinal face of the parallelepiped.
  • the three-dimensional member 4 is made from a frustoconical ring 12 of variable height, the upper face of which has a diameter smaller than that of the lower face.
  • This shape has the advantage of reducing direct contact between the end of the finger and the capacitive screen when gripping the button 4, this direct contact being able to interfere with the recognition of the position of the finger or of its movement on the body. of the three-dimensional member 4.
  • a variant with an inverse geometry (not shown) is also possible, with a diameter of the upper face of the ring greater than that of the lower ring. This is particularly suitable when the surface area available for the organ 4 on the capacitive touch surface 3 is small, smaller than the size of a finger.
  • the three-dimensional member 4 is made from a solid frustoconical pellet 13 of variable height, the upper face of which has a diameter smaller than that of the lower face.
  • the three-dimensional control member 4 is made from a parallelepipedal bar 14.
  • the electrical conductors 5 are on the surface of the bar (FIG. 6B), or integrated into the body of the bar (FIG. 6C), and the upper 6 and lower 7 ends of the conductors 5 are arranged on two opposite faces of the bar 14.
  • control member 4 is made from a cylinder sector 16 and the conductors 5 and their ends 6, 7 are arranged along the periphery of the cylinder sector.
  • the user positions or moves one or more fingers on the ends 6 of the conductors 5 of the three-dimensional member 4, or on the length of the conductors 5 itself, and the tactile surface capacitive 3 captures these contacts or these movements as if they were made directly on its surface.
  • the capacitive touch surface 3 can be a touch surface with haptic feedback, actuated by electromechanical actuators at an ultrasonic vibratory frequency in order to create standing Lamb waves therein, such as this is known and described for example in document WO 2008/116980 A1.
  • the tactile surface 3 is then actuated by a piezoelectric layer fixed against one of its faces.
  • Such a structure has at least one bending mode characterized by a resonance frequency which is between 20 kHz and 200 kHz, and comprises electrical supply means which are connected to the piezoelectric layer.
  • the piezoelectric layer and the electric power supply means are adapted to excite a bending mode of the vibrating tactile surface and to generate there standing Lamb waves having an amplitude of the order of a micrometer.
  • the tactile surface then makes it possible to reproduce very fine textures or roughness perceptibly by a finger by modulating the so-called “squeeze film” or ultrasonic lubrication effect, which makes it possible to modify the tactile sensation of touching the contact surface.
  • the control signal of the piezoelectric actuators must then take into account the rigidity provided by the control member 4 as well as the viscoelastic behavior of the adhesive.
  • the adhesive is chosen for its mechanical properties so as to preserve the vertical displacement of the rigid 3D touch surface, without significant damping.
  • Compatible bondings are those made using double-sided adhesives or resins which allow different materials to be bonded. It is found, for example, in touch screens to link the different layers of the display and the touch sensor together. They typically have a Young's modulus of between 50 MPa and 5 GPa, at room temperature.
  • the three-dimensional controller must be fabricated from a rigid material compatible with establishing a resonance mode of the Lamb wave A0 type: metal, glass, wood, rigid plastic, or the like. .
  • the perception of the vibration of the tactile surface 3 at the surface of the control member 4 is possible even for an entirely passive member or button, devoid of any electronic component.
  • the capacitive touch surface 3 consists of a display screen, and the system is configured so that the movement of a user's finger on the electrical conductors 5 of the three-dimensional surface 9 of the three-dimensional control member 4 causes the display of information on all or part of said screen, for example the part of the screen located in the center of the control member 4 when the latter this is in the form of a cylindrical 10 or truncated 12 ring. This would allow the user to see directly on the screen the effect of his interaction with the control member 4, for example the variation of a parameter system setting.
  • the three-dimensional control member 4 is made up of a transparent or translucent material capable of forming a light guide, so that the information displayed on the screen is relayed to the surface of the light guide. , by example in the form of a color variation linked to the variation of a parameter under the effect of the action on the three-dimensional control member 4.
  • the invention meets the stated goals.
  • buttons more reliable by making them fixed and eliminating their moving mechanical parts. It makes it possible to equip capacitive touch surfaces with haptic feedback or not, with a 3D control device, very tangible, interactive, and completely passive, which makes it possible to perform with the touch surface the same functions as those of the The user usually does this by bringing one or more fingers to the capacitive touch surface: pointing, selecting and executing an application displayed on the screen, adjusting one or more parameters of a display, etc.
  • the control device according to the invention is particularly economical to implement, since it only involves the use of a solid, rigid and fixed button, provided with conductive tracks between its three-dimensional surface and its lower surface, and d 'an adhesive.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande (1) d'une surface tactile capacitive (3) apte à détecter la position ou le mouvement d'au moins un doigt (2) ou d'un stylet de commande d'un utilisateur à proximité de la surface tactile capacitive, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de commande tridimensionnel (4) fixe par rapport à ladite surface tactile capacitive (3) et pourvu d'un corps électriquement isolant présentant une surface inférieure (8) placée en regard de la surface tactile capacitive (3) et une surface tridimensionnelle (9) destinée à être touchée ou balayée par au moins un doigt (2) ou un stylet d'un utilisateur, l'organe de commande tridimensionnel étant pourvu d'une pluralité de conducteurs électriques (5) séparés deux à deux par un espace électriquement isolant et configurés pour échanger des charges électriques avec ladite surface tactile capacitive (3) lorsqu'un utilisateur touche ou balaie la surface tridimensionnelle, de manière qu'un utilisateur puisse interagir avec la surface tactile capacitive (3) par l'intermédiaire de l'organe de commande tridimensionnel (4).

Description

DESCRIPTION
Titre : Dispositif de commande 3D pour interface tactile capacitive
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les interfaces de commande utilisant une interface tactile capa- citive avec laquelle un utilisateur peut interagir pour commander un dispositif ou un appareil électronique. L'invention trouve son application notamment, mais pas exclusivement, dans le domaine des équipements industriels, ou dans le domaine automobile.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les commandes manuelles consistent actuellement principalement en divers types de boutons mécaniques, ou en écrans tactiles 2D associés à des actionneurs mécaniques.
La plupart des organes de commande manuels dans le domaine industriel, tels que les molettes de commande, boutons, curseurs, nécessitent des éléments mécaniques mo- biles intégrés dans l'objet ou la machine à commander afin de permettre une rotation de l'organe de commande ou bien un déplacement longitudinal suivant un axe. Ces organes de commande manuels tels que les molettes, curseurs ou autres comprennent généralement une partie mobile via un système de roulement à bille, un rail mobile, ou un fluide magnéto rhéologique (matériau dont la rigidité dépend du champ magnétique appliqué).
On connaît également de par le document WO 2017/168010 A1 une interface de commande pour tableau de bord d'un véhicule automobile. Elle comporte un organe de préhension ou bouton, mobile en rotation autour d'un guide, et pourvu d'un index métallique permettant d'indiquer à une dalle capacitive la position angulaire de l'organe de préhension mobile. Le bouton mobile comporte un cache en forme de rebord au voisinage de la dalle capacitive, de façon à éviter que les doigts d'un utilisateur ne s'approchent trop de la dalle tactile et perturbent la détection de la position angulaire de l'index métallique.
Il ressort de cette structure que le bouton étant mobile, il ne permet pas de détecter la position d'un doigt par rapport à la dalle capacitive. Il permet seulement de détecter la présence d'un doigt, et le mouvement du bouton mobile par rapport à la dalle capacitive. En résumé, les dispositifs connus mettent donc en œuvre des éléments mobiles mécaniques, qui sont coûteux à réaliser, et dont l'usure due à l'usage limite la durée de vie, ce qui nécessite des opérations de remplacement ou de maintenance coûteuses. En outre, ils ne permettent pas de détecter directement la position ou le mouvement d'un ou de plusieurs doigts par rapport à une dalle tactile, sans intervention d'un élément mobile.
BUT DE L'INVENTION
L'invention a notamment pour but général de proposer un organe de commande qui soit dépourvu des inconvénients présentés par les dispositifs de commande connus.
Un autre but spécifique de l'invention est de proposer un dispositif de commande capable à terme de supprimer la plupart des molettes et curseurs comportant des parties mécaniques mobiles, tels que des roulements à bille ou équivalent.
Un autre but de l'invention est de proposer une interface de commande tactile à retour haptique ou non, qui soit tangible, c'est-à-dire qui présente une structure tridimen- sionnelle facile à manipuler par les doigts d'un utilisateur pour détecter la position du doigt d'un utilisateur interagissant avec un objet tangible tridimensionnel dont le corps non con- ducteur (pièce en plastique ou en bois par exemple) est rapporté par collage au-dessus d'une dalle tactile.
Un autre but de l'invention est de proposer un organe de commande modulable, qui puisse aisément être adapté par simple programmation à plusieurs types de surfaces tac- tiles.
L'invention a également pour but de proposer un dispositif très économique permet- tant la réutilisation des interfaces tactiles capacitives existantes, simplement en y ajoutant un élément 3D complètement passif apte à déporter la détection tactile d'une dalle tactile 2D vers un organe tactile 3D offrant une préhension plus facile.
RESUME DE L'INVENTION
Dans son principe, l'invention consiste à proposer un organe de commande tridimen- sionnel (noté 3D) associé à une surface tactile 2D à effet capacitif.
L'organe de commande tridimensionnel est fixe et est rendu solidaire avec la surface tactile 2D au moyen d'un adhésif double face ou d'une colle polymère de type époxy par exemple. L'adhésif peut être choisi pour transmettre à l'organe de commande 3D une vi- bration ultrasonique permettant de moduler un effet de lubrification ultrasonique (effet dit « squeeze film ») entre la surface à retour haptique et l'organe de commande 3D.
L'organe de commande 3D rigide détecte la position du doigt de l'utilisateur (ou d'un stylet) au-dessus ou à proximité de la surface tactile 2D. L'organe de commande 3D peut être complètement passif, à savoir sans alimentation électrique et sans composant électro- nique ou de capteur actif.
L'organe de commande 3D est pourvu de conducteurs électriques qui transmettent les charges électriques de la surface tactile 2D aux contours de l'organe de commande 3D, de façon que l'utilisateur puisse interagir avec la surface tactile 2D capacitive par l'intermé- diaire de l'organe de commande 3D, sans toucher directement la surface tactile 2D.
L'invention a donc pour objet un dispositif de commande d'une surface tactile capa- citive apte à détecter la position ou le mouvement d'au moins un doigt ou d'un stylet de commande d'un utilisateur à proximité de la surface tactile capacitive, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de commande tridimensionnel fixe par rapport à ladite surface tactile capacitive et pourvu d'un corps électriquement isolant présentant une surface inférieure placée en regard de la surface tactile capacitive et une surface tridimensionnelle destinée à être touchée ou balayée par au moins un doigt ou un stylet d'un utilisateur, l'organe de commande tridimensionnel étant pourvu d'une pluralité de conducteurs électriques séparés deux à deux par un espace électriquement isolant et configurés pour échanger des charges électriques avec ladite surface tactile capacitive lorsqu'un utilisateur touche ou balaie la surface tridimensionnelle, de manière qu'un utilisateur puisse interagir avec la surface tactile capacitive par l'intermédiaire de l'organe de commande tridimensionnel.
Selon un mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte un corps, une surface et/ou une extrémité supérieure destinés à entrer en contact avec un doigt ou un stylet de commande d'un utilisateur, et une extrémité inférieure destinée à être placée en regard de la surface tactile de manière à échanger avec elle des charges électriques par effet capacitif.
De façon avantageuse, l'organe de commande tridimensionnel est entièrement pas- sif et n'est connecté à aucune source d'alimentation électrique et à aucun composant élec- tronique actif.
Selon un mode de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel ne comporte aucune partie mécanique mobile.
Selon un mode de réalisation, la surface tactile capacitive est un écran d'affichage tactile ou un pavé tactile sans écran.
Selon un mode de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel est fixé sur la surface tactile au moyen d'une colle ou d'un adhésif. Selon une variante de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel est dépla- çable par rapport à la surface tactile pour pouvoir interagir successivement avec différentes zones de celle-ci, tout en restant fixe pendant son fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel est en forme d'anneau cylindrique, tronconique ou conique, de pastille pleine cylindrique, tronconique ou conique, de barreau parallélépipédique ou hémicylindrique, ou encore d'un élément tridi- mensionnel présentant une surface inférieure plane et une surface supérieure tridimension- nelle de forme quelconque.
Selon un mode de réalisation, les conducteurs électriques sont réalisés sous la forme de pistes s'étendant entre la surface supérieure et la surface inférieure de l'organe de com- mande tridimensionnel.
De préférence, l'organe de commande tridimensionnel est intégralement revêtu d'une couche de résine isolante apte à protéger et masquer les conducteurs électriques, l'épaisseur de la couche de résine étant choisie pour laisser subsister un effet capacitif entre les conducteurs électriques et le doigt ou le stylet de commande.
De préférence, les conducteurs électriques sont espacés deux à deux d'une distance inférieure à la surface de contact d'un doigt ou d'un stylet de commande, de manière que l'extrémité d'un doigt ou d'un stylet de commande soit en regard simultanément d'au moins deux conducteurs électriques voisins.
De préférence, sur la surface supérieure de l'organe de commande tridimensionnel, les conducteurs électriques sont espacés deux à deux d'un intervalle compris entre 0,1 mm et 10 mm.
De préférence, sur la surface inférieure de l'organe de commande tridimensionnel, les conducteurs électriques voisins sont espacés deux à deux d'un intervalle déterminé en fonction de la résolution de la surface tactile capacitive et ont une surface comprise entre 2 mm2 et 100 mm2.
Selon des modes de réalisation, les conducteurs électriques sont notamment en cuivre, en argent, en or, en aluminium, en carbone, en étain, en nickel, en alliages métal- liques, ou en encre conductrice, transparente ou opaque.
Selon un mode de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel est réalisé en un matériau non électriquement conducteur, notamment un matériau viscoélastique comme une matière plastique ou le bois, ou un matériau élastique comme le verre, la porcelaine, la céramique, la pierre. Selon un mode de réalisation avantageux, la surface tactile capacitive est une dalle à retour haptique apte à être mise en vibration par des actionneurs électromécaniques com- mandés par une électronique de pilotage pour générer sur la dalle un effet de lubrification ultrasonique. Dans ce cas, l'organe de commande tridimensionnel est fixé sur la surface tactile capacitive de manière que la surface tactile capacitive puisse communiquer les vibra- tions de l'effet de lubrification ultrasonique aux doigts de l'utilisateur par l'intermédiaire de l'organe de commande tridimensionnel. A cet effet, l'organe de commande tridimensionnel est fixé sur la surface tactile capacitive au moyen d'un adhésif approprié de type adhésif double face ou résine, par exemple un adhésif présentant un module d'Young compris entre 50 MPa et 5 GPa à température ambiante et une fréquence vibratoire comprise entre 20 kHz et 200 kHz.
Dans ce mode de réalisation, les actionneurs électromécaniques sont constitués par des céramiques piézoélectriques commandées à des fréquences comprises entre 20 kHz et 200 kHz.
L'invention a également pour objet tout système à commande tactile capacitive, comportant un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus.
Selon une variante, le système peut être configuré de manière que le déplacement d'un doigt d'un utilisateur sur les extrémités supérieures ou le long des conducteurs élec- triques de l'organe de commande tridimensionnel soit interprété par une unité de commande qui provoque l'affichage d'une information sur tout ou partie dudit écran. En outre, l'organe de commande tridimensionnel peut être constitué par une matière transparente ou translu- cide apte à former un guide de lumière, de façon que l'information affichée sur l'écran soit relayée à la surface du guide de lumière.
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des figures, dans lesquelles :
- La figure 1 est un schéma de principe du dispositif de commande 3D selon l'in- vention, en vue en élévation et en coupe ;
- La figure 2 est une vue en perspective du dispositif de commande selon l'inven- tion, utilisé sur une dalle tactile capacitive ;
- Les figures 3A et 3B sont des vues en perspective d'un organe de commande en forme d'anneau ou de pastille pleine cylindrique ; - La figure 3C est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un organe de commande selon l'invention, en forme d'anneau cylindrique ;
- Les figures 3D et 3E sont des vues en coupe et en perspective de dessus et de dessous d'un organe de commande selon la figure 3C, positionné sur une dalle tactile ;
- La figure 3F est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'un organe de commande selon l'invention, en forme d'anneau cylindrique ;
- Les figures 3G et 3H sont des vues en coupe et en perspective de dessus et de dessous d'un organe de commande selon la figure 3F, positionné sur une dalle tactile ;
- La figure 31 est une vue en coupe et en perspective d'un troisième mode de réa- lisation d'un organe de commande selon l'invention, en forme d'anneau cylin drique ;
- Les figures 3J et 3 K sont des vues en coupe et en perspective de dessus et de dessous d'un autre mode de réalisation d'un organe de commande en forme d'an- neau cylindrique, positionné sur une dalle tactile ;
- La figure 3L est une vue de détail en coupe d'un organe de commande selon les figures 3J et 3 K ;
- Les figures 4A, 4B représentent des vues en perspective de divers modes de réa- lisation de l'invention à l'aide d'un anneau tronconique ;
- Les figures 5A, 5B sont des vues en perspective d'un mode de réalisation de l'in- vention à l'aide d'une pastille pleine de forme tronconique ;
- Les figures 6A, 6B, 6C sont des vues en perspective de modes de réalisation de l'invention à l'aide de barreaux longitudinaux parallélépipédiques ;
- Les figures 7A, 7B sont des vues en perspective d'un mode de réalisation de l'in- vention à l'aide d'un organe de commande de forme triangulaire.
La figure 1 est un schéma de principe du dispositif de commande 1 selon l'invention, en vue en élévation et en coupe.
On sait que les surfaces tactiles capacitives, comme la surface tactile 3 représentée en figure 1, comportent une couche ou une grille qui accumule les charges électriques.
Lorsque l'utilisateur touche la surface tactile 3 ou en approche un doigt 2 ou un stylet, certaines de ces charges électriques lui sont transférées. Le système de capteurs de la surface tactile détecte la valeur de cete perte de charges, ce qui permet, de façon connue, de situer le point de contact de rutilisateur avec la surface tactile.
Le principe de base de l'invention consiste à ne plus toucher directement la surface tactile 3, mais à reporter les charges électriques sur un organe de transfert tridimensionnel 4 placé au-dessus de la dalle capacitive 3, ce qui permet de rendre la surface tactile plus tangible pour l'utilisateur, du fait de l'organe tridimensionnel 4 et de sa surface de préhen- sion tridimensionnelle 9. Ainsi, lorsque l'utilisateur touche la surface tridimensionnelle 9 de l'organe tridimensionnel 4, incluant notamment sa surface supérieure et ses surfaces laté- rales, certaines des charges de la surface tactile 3 sont transférées au doigt 2 via l'organe de transfert tridimensionnel 4.
Pour que la localisation par la surface tactile 3 de la zone de contact du doigt 2 de l'utilisateur sur l'organe tridimensionnel 4 corresponde à celle d'un toucher direct de la sur- face tactile 3 sans organe de transfert, l'organe tridimensionnel 4 est lui-même non conduc- teur mais il comporte un ensemble de conducteurs électriques 5 isolés entre eux et s'éten- dant entre la surface inférieure 8 et la surface tridimensionnelle 9 de l'organe tridimension- nel 4, accessible pour les doigts ou un stylet d'un utilisateur.
Les conducteurs électriques 5 permettent le transfert de charges électriques entre la surface tridimensionnelle 9 de l'organe tridimensionnel 4 et la surface tactile capacitive 3 dans la mesure où la surface tridimensionnelle 9 est équipée de conducteurs électriques 5 pouvant entrer en contact direct avec le ou les doigts de l'utilisateur. De même un transfert capacitif peut se produire entre le doigt et toute zone de la surface tridimensionnelle 9 équipée de pistes conductrices 5 pouvant être en contact avec le doigt (arêtes, bords, sur- face intérieure ou extérieure dans le cas d'un anneau...). Ainsi la position d'un ou plusieurs doigts de l'utilisateur sur l'organe de commande 4 peut être détectée par échanges capacitifs entre la dalle capacitive 3 et différentes zones de la surface tridimensionnelle 9 de l'organe de commande 4.
Afin que la détection du doigt 2 sur l'organe de commande tridimensionnel 4 se fasse correctement, les conducteurs électriques 5 ont des dimensions et des espacements adaptés en fonction de la forme de l'organe 3D et de la précision de détection désirée. Ainsi, l'extré- mité supérieure 6 des conducteurs 5 peut par exemple avoir la forme d'une pastille de cuivre, ou d'un autre matériau électriquement conducteur, de préférence recouverte par une couche de vernis de protection contre l'arrachement ou l'usure mécanique due au con- tact des doigts. L'écartement entre deux conducteurs électriques 5 ou entre leurs extrémités supé- rieures 6 doit être suffisamment petit pour permettre à deux conducteurs électriques 5 ou à leurs extrémités supérieures 6 d'être touchés en même temps par un doigt. Un écartement compris entre 0,1 mm et 10 mm fonctionnera dans la plupart des cas.
De façon similaire, la dimension et l'espacement des extrémités inférieures 7 des conducteurs 5 sont adaptés en fonction de la résolution de la dalle capacitive 3, Pour que la détection de la position du doigt 2 par la surface tactile 3 fonctionne correctement, les extrémités inférieures 7 des conducteurs 5 ont par exemple une aire comprise entre 2 mm2 et 100 mm2 adaptée dans la plupart des cas,
Le corps des conducteurs 5 permet de relier les extrémités supérieures 6 des con- ducteurs 5 aux extrémités inférieures 7 destinées à interagir par couplage capacitif avec la surface capacitive 3. Il peut s'agir par exemple d'un fil métallique en cuivre ou autre, ou d'une piste électriquement conductrice, transparente ou non.
Il est à noter que l'organe de commande tridimensionnel 4 est entièrement passif et n'est connecté à aucune source d'alimentation électrique et à aucun composant électro- nique actif, ce qui garantit l'extrême simplicité et la fiabilité du dispositif.
Il est aussi à noter que l'organe de commande tridimensionnel 4 ne comporte au- cune partie mécanique mobile, ce qui assure la robustesse et la faible coût du dispositif.
En outre, il est important de noter que lors de son actionnement par l'utilisateur, l'organe de commande tridimensionnel 4 est entièrement fixe par rapport à la surface tactile capacitive 3. Il est par exemple fixé par collage dans une zone appropriée de la surface tactile 3, comme schématisé par exemple en figure 2. Selon une variante, il peut être fixé de façon temporaire, et déplaçable en fonction des besoins entre plusieurs positions suc- cessives sur la surface tactile s'il s'agit d'interagir successivement avec des zones différentes de la surface tactile. Mais en fonctionnement, il est toujours fixe et positionné à un endroit spécifique de la surface tactile 3.
L'organe de commande tridimensionnel 4 est compatible avec un usage dit « mul- titouch », c'est-à-dire utilisant simultanément plusieurs doigts, au même titre que la surface tactile capacitive 3. Celle-ci peut être un écran d'affichage tactile capacitif, ou un pavé tactile sans écran, encore appelé « touchpad » en terminologie anglo-saxonne.
L'organe de commande tridimensionnel 4 peut revêtir un nombre quasi illimité de formes et de dimensions compatibles avec un contact par un ou plusieurs doigts, ou avec un stylet. Certaines formes pratiques sont représentées, à titre nullement limitatif, dans les figures 3 à 7.
En figures 3A et 3B sont respectivement représentés un anneau cylindrique 10 et une pastille cylindrique pleine 11, qui peuvent être utilisés pour réaliser l'organe tridimen- sionnel 4, à condition de les doter de conducteurs électriques 5.
Ainsi, les figures 3C à 3L représentent plusieurs exemples de réalisation utilisant l'anneau cylindrique 10 revêtu d'un ensemble de conducteurs électriques 5.
En figure 3C, les conducteurs électriques 5 sont réalisés sur la face interne de l'an- neau cylindrique 10, et une extrémité supérieure 6 de chaque conducteur 5 est reliée à une extrémité inférieure 7 de celui-ci (non représentée). L'utilisateur peut alors passer un ou plusieurs doigts sur la face supérieure de l'anneau et parcourir les extrémités supérieures 6 des conducteurs 5, ou bien passer son doigt sur la face interne de l'anneau. Les extrémités inférieures 7 correspondantes interagiront par effet capacitif avec la surface tactile capaci- tive 3, et tout se passe comme si l'utilisateur touchait directement les zones concernées de la surface tactile capacitive 3.
Les figures 3D et 3E représentent en vue en coupe et en perspective l'anneau de la figure 3C, fixé sur une dalle tactile capacitive 3. La figure 3D laisse apparaître les conduc- teurs électriques 5 disposés sur la face interne de l'anneau, et leurs extrémités supérieures 6. La figure 3E laisse apparaître les conducteurs électriques 5 disposés sur la face interne de l'anneau, et leurs extrémités inférieures 7.
La figure 3F représente une variante de l'anneau cylindrique 10 de la figure 3A avec cette fois des conducteurs électriques 5 positionnés sur la face externe de l'anneau cylin- drique 10. La figure 3G laisse apparaître les conducteurs électriques 5 disposés sur la face externe de l'anneau, et leurs extrémités inférieures 7. La figure 3H laisse apparaître les conducteurs électriques 5 disposés sur la face externe de l'anneau 10, et leurs extrémités supérieures 6.
Dans une autre variante représentée dans la figure 3I, on continue à utiliser un organe de commande tridimensionnel 4 en forme d'anneau cylindrique 10, en association avec une dalle capacitive, mais des conducteurs électriques 5 sont cette fois disposés à l'intérieur du corps de l'anneau cylindrique.
Dans une variante encore plus sophistiquée représentée en figures 3J et 3K, des conducteurs électriques 5 sont disposés à l'intérieur du corps de l'anneau cylindrique (comme dans la figure 31), mais aussi sur les parois internes de l'anneau 10 (comme sur les figures 3C à 3E) et sur les parois externes de l'anneau 10 (comme sur les figures 3F à 3H). Comme visible sur la figure 3L, on obtient alors trois ensembles A, B, C de conducteurs électriques 5, à savoir un ensemble A de conducteurs 5 situés sur la face externe de l'anneau 10, un ensemble B de conducteurs 5 situés à l'intérieur du corps de l'anneau, et un ensemble C de conducteurs 5 situés sur la face interne de l'anneau 10. Et tous les conducteurs 5 de chaque ensemble A, B, C sont électriquement isolés entre eux et isolés des conducteurs 5 des autres ensembles de conducteurs.
Grâce à cette structure il devient possible d'utiliser les différents ensembles A, B, C de conducteurs électriques 5 séparément ou en combinaison, de façon à détecter la position ou le mouvement de plusieurs doigts d'un utilisateur, ce qui permet d'enrichir considérable- ment le nombre de fonctions et d'utilisations possibles du dispositif.
Par exemple, suite à un contact ou à un balayage d'un doigt sur les conducteurs 5 d'un premier ensemble A de conducteurs, l'unité de commande du dispositif reçoit des si- gnaux qu'elle interprète comme le réglage grossier d'un paramètre (par exemple un para- mètre de luminosité d'affichage d'un écran). De façon similaire, suite à un contact ou à un balayage d'un doigt sur les conducteurs d'un autre ensemble (B ou C) de conducteurs 5, l'unité de commande du dispositif reçoit des signaux, qu'elle interprète comme le réglage fin de ce même paramètre de luminosité.
Selon un autre exemple d'utilisation, l'unité de commande sera configurée pour pi- loter des paramètres différents selon que l'information de position ou de mouvement des doigts sur le dispositif de commande lui vient d'un échange capacitif avec les ensembles de conducteurs A, B ou C. De cette façon de multiples scénarii de pilotage et de commande d'une application peuvent être implémentés grâce à un même organe de commande con- forme à l'invention, associé à une unité de commande pourvue d'un microprocesseur et d'un logiciel de commande approprié.
Selon encore un autre exemple de mode d'utilisation, l'unité de commande selon l'invention peut également interpréter de façon spécifique un contact du doigt de l'utilisateur avec plusieurs ensembles de conducteurs différents (A, B et C) : dans un tel scénario, lorsqu'un échange capacitif a lieu simultanément entre le doigt de l'utilisateur et plusieurs ensembles de conducteurs 5, l'unité de contrôle peut par exemple interpréter cette interac- tion comme une action de validation d'un choix d'item dans un menu ou la sélection d'une valeur d'un paramètre. Ce scénario peut notamment être réalisé avec un bouton du type de celui présenté en figure 3J : lors d'un appui du doigt sur la face supérieure de l'anneau, l'unité de contrôle reçoit l'information d'un contact simultané avec les conducteurs 5 formant des pistes verticales de la face externe, des pistes verticales de la face interne de l'anneau et des pistes placées verticalement dans le corps de l'organe de commande.
Des unités de contrôle ou de commande permettant d'interagir avec une dalle tactile sont bien connues dans l'état de la technique, par exemple dans le domaine des téléphones ou tablettes tactiles, et ne seront donc pas décrites plus en détail.
Il est à noter que les différents modes de réalisation des figures 3A à 3L utilisent un organe de commande tridimensionnel 4 en forme d'anneau cylindrique 10, mais d'autres mises en œuvre de l'invention peuvent être obtenues sur un organe de commande 4 en forme de parallélépipède rectangle (tel que celui représenté en figure 6A). Dans un cas de figure non représenté, on pourrait prévoir un ensemble A de conducteurs 5 positionnés sur une première face longitudinale du parallélépipède, un ensemble B de conducteurs 5 posi- tionnés sur une seconde face longitudinale du parallélépipède, et un ensemble C de con- ducteurs 5 positionnés sur une troisième face longitudinale du parallélépipède. On pourra alors réaliser un « slider » ou « bouton curseur » qui pilotera des paramètres différents suivant les zones touchées ou parcourues par l'utilisateur, ou bien qui permettra d'ajuster un même paramètre mais suivant des échelles différentes suivant les zones de contact et d'échanges capacitifs avec les ensembles de conducteurs électriques A, B et/ou C.
Dans les figures 4A et 4B, l'organe tridimensionnel 4 est réalisé à partir d'un anneau tronconique 12 de hauteur variable, dont la face supérieure à un diamètre inférieur à celui de la face inférieure. Cette forme a l'avantage de réduire les contacts directs entre l'extré- mité du doigt et la dalle capacitive lors de la préhension du bouton 4, ce contact direct pouvant parasiter la reconnaissance de la position du doigt ou de son déplacement sur le corps de l'organe tridimensionnel 4. Mais une variante avec une géométrie inverse (non représentée) est également possible, avec un diamètre de la face supérieure de l'anneau supérieure à celui de l'anneau inférieur. Cela est particulièrement adapté lorsque la surface disponible pour l'organe 4 sur la surface tactile capacitive 3 est faible, inférieure à la taille d'un doigt.
Dans les figures 5A et 5B, l'organe tridimensionnel 4 est réalisé à partir d'une pastille tronconique pleine 13 de hauteur variable, dont la face supérieure à un diamètre inférieur à celui de la face inférieure.
Dans les figures 6A à 6C, l'organe de commande tridimensionnel 4 est réalisé à partir d'un barreau parallélépipédique 14. Les conducteurs électriques 5 sont en surface du barreau (figure 6B), ou intégrés au corps du barreau (figure 6C), et les extrémités supé- rieures 6 et inférieures 7 des conducteurs 5 sont disposées sur deux faces opposées du barreau 14.
En figures 7A, 7B, l'organe de commande 4 est réalisé à partir d'un secteur de cylindre 16 et les conducteurs 5 ainsi que leurs extrémités 6, 7 sont disposés le long de la périphérie du secteur de cylindre.
Dans tous les cas de figure, représentés ou non, l'utilisateur positionne ou déplace un ou plusieurs doigts sur les extrémités 6 des conducteurs 5 de l'organe tridimensionnel 4, ou sur la longueur des conducteurs 5 elle-même, et la surface tactile capacitive 3 capte ces contacts ou ces déplacements comme s'ils étaient faits directement à sa surface.
Selon un mode de réalisation plus sophistiqué de l'invention, la surface tactile capa- citive 3 peut être une surface tactile à retour haptique, actionnée pas des actionneurs élec- tromécaniques à une fréquence vibratoire ultrasonique pour y créer des ondes de Lamb stationnaires, comme cela est connu et décrit par exemple dans le document WO 2008/116980 A1.
La surface tactile 3 est alors actionnée par une couche piézoélectrique fixée contre l'une de ses faces.
Une telle structure présente au moins un mode de flexion caractérisé par une fré- quence de résonance qui est comprise entre 20 kHz et 200 kHz, et comporte des moyens d'alimentation électrique qui sont connectés à la couche piézoélectrique.
La couche piézoélectrique et les moyens d'alimentation électrique sont adaptés pour exciter un mode de flexion de la surface tactile vibrante et pour y générer des ondes de Lamb stationnaires ayant une amplitude de l'ordre du micromètre.
De façon connue, la surface tactile permet alors de reproduire de façon perceptible par un doigt des textures ou rugosités très fines en modulant l'effet dit de « squeeze film » ou de lubrification ultrasonique, ce qui permet de modifier la sensation tactile de toucher de la surface de contact.
Dans certains environnements applicatifs, comme par exemple ceux des équipements industriels ou dans le domaine automobile, il serait plus pratique d'obtenir un effet de retour haptique par modulation de friction par lubrification ultrasonique, non pas sur une surface tactile plane, mais sur un élément 3D plus classique.
Cependant, le fait de simplement doter une surface tactile plane d'une excroissance 3D modifie complètement la vibration de la plaque, et en particulier supprime l'effet de retour haptique par lubrification ultrasonique dans la plaque en détruisant l'onde de Lamb stationnaire. Pour remédier à cela, il a été constaté qu'un collage sur l'élément 3D d'un organe de commande tridimensionnel 4 tel que décrit précédemment, à l'aide d'une couche adhésive appropriée, permettait de limiter l'impact de la présence du bouton 3D sur le mode vibratoire tout en permettant la transmission de la vibration ultrasonique de la plaque vers l'élément 3D.
Le signal de commande des actionneurs piézoélectriques doit alors prendre en compte la rigidité amenée par l'organe de commande 4 ainsi que le comportement viscoé- lastique de l'adhésif. L'adhésif est choisi pour ses propriétés mécaniques de façon à préser- ver le déplacement vertical de la surface tactile 3D rigide, sans amortissement significatif.
Les collages compatibles sont ceux réalisés à l'aide d'adhésifs double-face ou de ré- sines qui permettent de coller des matériaux différents. On en trouve par exemple dans les écrans tactiles pour lier les différentes couches de l'afficheur et du capteur tactile entre elles. Ils ont typiquement un module d'Young compris entre 50 MPa et 5 GPa, à température ambiante.
Dans ce mode de réalisation, l'organe de commande tridimensionnel doit être fabri- qué dans un matériau rigide compatible avec l'établissement d'un mode de résonance de type onde de Lamb A0 : métal, verre, bois, plastique rigide, ou équivalent.
La perception de la vibration de la surface tactile 3 à la surface de l'organe de com- mande 4 est possible même pour un organe ou bouton entièrement passif, dépourvu de tout composant électronique.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la surface tactile ca- pacitive 3 est constituée par un écran d'affichage, et le système est configuré de manière que le déplacement d'un doigt d'un utilisateur sur les conducteurs électriques 5 de la surface tridimensionnelle 9 de l'organe de commande tridimensionnel 4 provoque l'affichage d'une information sur tout ou partie dudit écran, par exemple la partie de l'écran située au centre de l'organe de commande 4 lorsque celui-ci est en forme d'anneau cylindrique 10 ou tron- conique 12. Ceci permettrait à l'utilisateur de voir directement sur l'écran l'effet de son interaction avec l'organe de commande 4, par exemple la variation d'un paramètre de ré- glage du système.
Il est également envisagé que l'organe de commande tridimensionnel 4 soit consti- tué par une matière transparente ou translucide apte à former un guide de lumière, de façon que l'information affichée sur l'écran soit relayée à la surface du guide de lumière, par exemple sous la forme d'une variation de couleur liée à la variation d'un paramètre sous l'effet de l'action sur l'organe de commande tridimensionnel 4.
AVANTAGES DE L'INVENTION
L'invention répond aux buts fixés.
En particulier, elle permet de fiabiliser les boutons de commande en les rendant fixes et en supprimant leurs pièces mécaniques mobiles. Elle permet de doter des surfaces tactiles capacitives à retour haptique ou non, d'un organe de commande 3D, bien tangible, interac- tif, et totalement passif, qui permet d'effectuer avec la surface tactile les mêmes fonctions que celles que l'utilisateur fait d'habitude en approchant un doigt ou plusieurs doigts de la surface tactile capacitive : pointage, sélection et exécution d'une application affichée à l'écran, réglage d'un ou de plusieurs paramètres d'un affichage, etc...
Le dispositif de commande selon l'invention est particulièrement économique à mettre en œuvre, puisqu'il n'implique que l'utilisation d'un bouton solide rigide et fixe, pourvu de pistes conductrices entre sa surface tridimensionnelle et sa surface inférieure, et d'un adhésif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande (1) d'une surface tactile capacitive (3) apte à détec- ter la position ou le mouvement d'au moins un doigt (2) ou d'un stylet de commande d'un utilisateur à proximité de la surface tactile capacitive, carac- térisé en ce qu'il comporte un organe de commande tridimensionnel (4) fixe par rapport à ladite surface tactile capacitive (3) et pourvu d'un corps élec- triquement isolant présentant une surface inférieure (8) placée en regard de la surface tactile capacitive (3) et une surface tridimensionnelle (9) destinée à être touchée ou balayée par au moins un doigt (2) ou un stylet d'un utili- sateur, l'organe de commande tridimensionnel (4) étant pourvu d'une plura- lité de conducteurs électriques (5) séparés deux à deux par un espace élec- triquement isolant et configurés pour échanger des charges électriques avec ladite surface tactile capacitive (3) lorsqu'un utilisateur touche ou balaie la surface tridimensionnelle (9), de manière qu'un utilisateur puisse interagir avec la surface tactile capacitive (3) par l'intermédiaire de l'organe de com- mande tridimensionnel (4).
2. Dispositif de commande (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conducteur électrique (5) ou une extrémité supérieure (6) de celui- ci est configuré pour entrer en contact avec un doigt ou un stylet de com- mande d'un utilisateur, et en ce que l'extrémité inférieure (7) de chaque con- ducteur électrique (5) est placée en regard de la surface tactile capacitive (3) de manière à échanger avec elle des charges électriques par effet capacitif.
3. Dispositif de commande (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est entière- ment passif et n'est connecté à aucune source d'alimentation électrique et à aucun composant électronique actif.
4. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) ne comporte aucune partie mécanique mobile.
5. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la surface tactile capacitive (3) est un écran d'affichage tactile ou un pavé tactile sans écran.
6. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est fixé sur la surface tactile (3) au moyen d'une colle ou d'un adhésif.
7. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) peut être déplacé sur la surface tactile (3) pour pouvoir interagir successivement avec différentes zones de celle-ci.
8. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est en forme d'anneau cylindrique, tronconique ou conique, de pastille pleine cylindrique, tronconique ou conique, de barreau parallélépipédique ou hémi- cylindrique, ou d'un élément tridimensionnel présentant une surface infé- rieure (8) plane et une surface tridimensionnelle (9) de forme quelconque.
9. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (5) sont réalisés sous la forme de pistes s'étendant entre la surface tridimensionnelle (9) et la surface inférieure (8) de l'organe de commande tridimensionnel (4).
10. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est intégralement revêtu d'une couche de résine isolante apte à protéger et masquer les conducteurs électriques (5), l'épaisseur de la couche de résine étant choisie pour laisser subsister un effet capacitif entre les conducteurs électriques (5) et le doigt (2) ou le stylet de commande.
11. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (5) sont espacés deux à deux d'une distance inférieure à la surface de contact d'un doigt ou d'un stylet de commande, de manière que l'extrémité d'un doigt ou d'un stylet de commande soit en regard simultanément d'au moins deux conducteurs élec- triques (5) voisins.
12. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que sur la surface tridimensionnelle (9) de l'or- gane de commande tridimensionnel (4), les conducteurs électriques (5) sont espacés deux à deux d'un intervalle compris entre 0,1 mm et 10 mm.
13. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que sur la surface inférieure (8) de l'organe de commande tridimensionnel (4), les conducteurs électriques (5) voisins sont espacés deux à deux d'un intervalle déterminé en fonction de la résolution de la surface tactile capacitive (3) et ont une surface comprise entre 2 mm2 et 100 mm2.
14. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (5) sont en cuivre, en argent, en or, en aluminium, en carbone, en étain, en nickel, en alliages métalliques, ou en encre conductrice, transparente ou opaque.
15. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce l'organe de commande tridimensionnel (4) est réalisé en un matériau non électriquement conducteur viscoélastique comme une matière plastique ou le bois, ou en un matériau élastique non électrique- ment conducteur comme le verre, la porcelaine, la céramique, la pierre.
16. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la surface tactile capacitive (3) est une dalle à retour haptique apte à être mise en vibration par des actionneurs électro- mécaniques commandés par une électronique de pilotage pour générer sur la dalle un effet de lubrification ultrasonique.
17. Dispositif de commande (1) selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est fixé sur la surface tactile ca- pacitive (3) de manière que la surface tactile capacitive (3) puisse communi- quer les vibrations de l'effet de lubrification ultrasonique aux doigts de l'uti- lisateur par l'intermédiaire de l'organe de commande tridimensionnel (4).
18. Dispositif de commande (1) selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'organe de commande tridimensionnel (4) est fixé sur la surface tactile ca- pacitive (3) au moyen d'un adhésif de type adhésif double face ou résine, présentant un module d'Young compris entre 50 MPa et 5 GPa à température ambiante et une fréquence vibratoire comprise entre 20 kHz et 200 kHz.
19. Dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 16 à 18, caracté- risé en ce que les actionneurs électromécaniques sont constitués par des céramiques piézoélectriques commandées à des fréquences comprises entre 20 kHz et 200 kHz.
20. Dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande pourvue d'un microprocesseur et d'un microprogramme configuré pour détecter et interpréter la position ou le mouvement de balayage des doigts ou d'un stylet d'un utilisateur sur les conducteurs électriques (5) de l'organe de commande tridimensionnel (4) et pour en déduire une action ou une modification de l'interface tactile capacitive (3).
21. Dispositif de commande (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que les conducteurs électriques (5) sont répartis en plusieurs groupes (A,B,C) et en ce que l'interaction entre des doigts ou un stylet d'un utilisateur et un ou plusieurs groupes (A,B,C) de conducteurs électriques (5) est interprétée par l'unité de commande pour piloter un réglage grossier et un réglage fin d'un même paramètre, ou pour piloter plusieurs paramètres différents, ou pour valider le choix d'un paramètre dans un menu et sélectionner la valeur de ce paramètre.
22. Système à commande tactile capacitive, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes.
23. Système selon la revendication 22, dans lequel la surface tactile capacitive (3) est un écran d'affichage, caractérisé en ce qu'il est configuré de manière que le déplacement d'un doigt d'un utilisateur sur les conducteurs électriques (5) de l'organe de commande tridimensionnel (4) provoque l'affichage d'une information sur tout ou partie dudit écran.
24. Système selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'organe de com- mande tridimensionnel (4) est constitué par une matière transparente ou translucide apte à former un guide de lumière, et en ce que l'information affichée sur l'écran est relayée à la surface du guide de lumière.
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