EP2997455A1 - Dispositif et procede d'interface de commande capacitive adapte a la mise en oeuvre d'electrodes de mesures fortement resistives - Google Patents

Dispositif et procede d'interface de commande capacitive adapte a la mise en oeuvre d'electrodes de mesures fortement resistives

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Publication number
EP2997455A1
EP2997455A1 EP14721224.5A EP14721224A EP2997455A1 EP 2997455 A1 EP2997455 A1 EP 2997455A1 EP 14721224 A EP14721224 A EP 14721224A EP 2997455 A1 EP2997455 A1 EP 2997455A1
Authority
EP
European Patent Office
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excitation
electrodes
measuring
measurement
measuring electrodes
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14721224.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Didier Roziere
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Quickstep Technologies LLC
Original Assignee
Fogale Nanotech SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Fogale Nanotech SAS filed Critical Fogale Nanotech SAS
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes
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    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04182—Filtering of noise external to the device and not generated by digitiser components
    • G—PHYSICS
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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04101—2.5D-digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface and also measures the distance of the input means within a short range in the Z direction, possibly with a separate measurement setup
    • G—PHYSICS
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    • G06F2203/04107—Shielding in digitiser, i.e. guard or shielding arrangements, mostly for capacitive touchscreens, e.g. driven shields, driven grounds
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04164—Connections between sensors and controllers, e.g. routing lines between electrodes and connection pads

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive control interface device adapted to the implementation of measurement electrodes with highly resistive connection tracks. It also relates to an apparatus with a control interface comprising such a device, and a method implemented in this device or this apparatus.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of touch and / or gesture control interfaces, in particular for smartphones, tablets or touch screens.
  • Touch and / or gesture control interfaces that is to say, able to determine the presence of control objects in their contactless neighborhood
  • smartphones, tablets and touch screens are frequently used in particular in smartphones, tablets and touch screens. They are then transparent and superimposed on the display screen.
  • the touch surface is equipped with conductive electrodes connected to electronic means which make it possible to measure the variation of the capacitances appearing between electrodes and objects to be detected (such as fingers) in order to carry out a command.
  • Capacitive techniques commonly implemented in touch interfaces most often use two layers of conductive electrodes in the form of rows and columns. Electronics measure the coupling capabilities that exist between these lines and columns. When a finger is very close to the active surface, the coupling capabilities near the finger are modified and the electronics can thus locate the position in 2D (XY), in the plane of the active surface.
  • the electrodes can also be in the form of lines and columns as the techniques of the "mutual capacitance" type.
  • matrix electrode structures with individual electrodes, often of rectangular shape, distributed over the entire tactile surface.
  • FR2949007 from Rozière discloses a capacitive proximity sensor comprising a plurality of independent electrodes, which makes it possible to measure the capacitance and the distance between the electrodes and one or more objects in the vicinity.
  • the implemented technology uses a guard to eliminate any stray capacitance. All the electrodes are at the same potential and there is thus no coupling capacity between the electrodes likely to degrade the measurement of the capacitance.
  • This technology is well suited to the realization of capacitive control interfaces in the form of pads or small transparent tactile and gestural (3D) panels, such as laptop touchpad or screens for smartphones.
  • the measurement of the ability to detect is generally performed with a voltage capacitance converter using charge transfer circuits with capacitive switching or charge amplifiers.
  • the analog measurement signal thus obtained which is at the frequency of the excitation signal, is then demodulated and digitally processed.
  • the demodulation and digital processing solutions used in these systems generally require processing a large number of periods the analog measurement signal to obtain a measure of usable capacity. In practice, at least ten periods of the excitation signal are used to obtain a capacity measurement.
  • an excitation frequency of at least 100 KHz is required.
  • Another advantage of using a frequency of the order of 100 KHz is that it makes it possible to work in a frequency window relatively remote from the most common electromagnetic disturbances, including in particular the 50-60 Hz of the sector and the frequencies of the order of magnitude. 1 M Hz and beyond digital and radio circuits.
  • the excitation frequencies commonly used are between 50 KHz and 500 KHz.
  • a constraint of transparent matrix electrode structures is that they require the presence on the touch surface of connecting tracks that connect each individual electrode to the electronics. Indeed, the technologies used to make transparent capacitive slabs do not allow the use of multilayer solutions with metallized holes as for printed circuits, where the connecting tracks can be buried under the electrodes.
  • the connecting tracks and the transparent electrodes are generally made with ⁇ (indium-tin oxide).
  • This material is relatively resistive (100 to 200 ohm / square), and it is necessary to make wide tracks to limit the total electrical resistance of these tracks. This constraint is well known to manufacturers of transparent touch panels. It is easily compatible with electrode solutions in the form of lines and columns. Indeed, these lines and these columns are generally a width of several millimeters, which allows to obtain a total resistance less than about 10 kohm for slabs up to 10 inches (250 mm) diagonally.
  • An object of the present invention is to provide a capacitive control interface device and method which is less sensitive than the devices and methods of the prior art to the resistivity of elements such as electrodes, link tracks and the guard elements, and which is able to perform precise measurements even with highly resistive elements.
  • Another object of the present invention is to provide a device and a method of capacitive control interface that allow the implementation of matrix structures of transparent electrodes on large panels.
  • Another object of the present invention is to provide a device and a capacitive control interface method that allow the implementation of matrix structures of transparent electrodes with connection tracks on the same layer as the transparent electrodes, and arranged so that the detection of control objects is not disturbed by the presence of these link tracks.
  • an interface device for controlling actions of at least one object of interest that is capacitively detectable in a measurement zone comprising:
  • a detection surface provided with a plurality of capacitive measuring electrodes
  • excitation means capable of biasing said measuring electrodes to an alternating electric excitation potential
  • measuring means able to measure a capacitive coupling between said measurement electrodes and at least one object of interest
  • guard elements made of electrically conductive material disposed in proximity to said measuring electrodes at least in their opposite face to the measurement zone and biased to an alternating electrical reserve potential substantially identical to said electric excitation potential
  • the excitation means are arranged so as to generate an electric excitation potential with a sufficiently low excitation frequency for measuring electrodes capacitively coupled to at least one object of interest and their tracking track. link have an electrical impedance at said excitation frequency whose resistive portion is much lower than the module of the reactive part.
  • This equivalent capacitance C T represents the capacitive couplings between the electrode and its connecting track, and, on the one hand, the object of interest (capacitance of interest C x ), and on the other hand, the environment and the guard (parasitic capacitance C P) .
  • j is the imaginary unit. It should be noted that the parasitic capacitance C P due to the coupling of the measuring electrode with the guard elements located in the vicinity is necessarily of a relatively large value, and therefore not negligible.
  • the excitation frequency f is chosen such that the resistive portion R of the complex impedance Z is much smaller than the 1 / coC T module of the reactive part.
  • the resistive part R does not introduce significant measurement error, in the context of the measurement, when it is not taken into account in the calculation of the equivalent capacitance C T from the impedance Z complex;
  • the resistive portion R is negligible, in the context of the measurement, with respect to the l / coC T module of the reactive part;
  • the resistive portion R is less than 1/2, respectively 1/5 or 1/10 of the value of the l / coC T module of the reactive part.
  • a predetermined control object such as a finger or a stylet
  • a predetermined measurement zone for example between 0 and 10 cm from the electrode, or 0 and 5 cm from the electrode, or 0 and 2 cm from the electrode
  • the excitation frequency can be chosen so as to be:
  • the excitation frequency may in particular be less than or equal to at least one of the following values: 20 Khz, 4 Khz.
  • the device according to the invention can comprise:
  • switching means capable of selectively connecting the measuring electrodes to the measuring means
  • connection means disposed at the periphery of said detection surface
  • connection tracks whose part on the detection surface has a width that is sufficiently narrow so that the surface of said connection tracks on said detection surface is negligible in front of the surface of the measurement electrodes;
  • the device according to the invention may comprise measuring electrodes distributed in a row and column arrangement. These electrodes can be made in two superimposed layers of material, or consist of patches made in a layer of material and interconnected by bridge connections so as to form lines and columns.
  • the device according to the invention allows the realization of panels or measuring surfaces, in particular transparent, in a simple and inexpensive way, and which allow precise measurements. Indeed :
  • the electrodes and the connecting tracks can be deposited on the same surface in a single layer of conductive material (for example ITO), which makes it possible to minimize the production costs;
  • the connection tracks can be made with a width that is sufficiently narrow so that they do not influence the detection of an object of interest significantly.
  • This influence is geometric in nature: it depends on the width of the connecting track on the detection surface, which determines the surface of the track and therefore the coupling capacity that can appear between an object of interest and this connection track .
  • this capacitive coupling is assigned to the electrode to which the track is connected, it introduces an error in the location in the plane of the control surface of the object of interest. And therefore this geometric error can be minimized with the device according to the invention;
  • the device according to the invention is able to perform accurate capacity measurements including under these conditions.
  • the track width on the measurement surface can be chosen such that the location errors due to the capacitive couplings between the object of interest and the connection tracks are negligible or at least acceptable;
  • the excitation frequency f can then be chosen as explained above as a function of the value of the resistive portion R which is determined by the selected track widths and their resistivity.
  • the device according to the invention may comprise measurement means at least partly referenced to the electrical excitation potential.
  • a method for controlling actions of at least one object of interest that is capacitively detectable in a measurement zone implementing:
  • a detection surface provided with a plurality of capacitive measuring electrodes
  • guard elements made of electrically conductive material disposed in proximity to said measuring electrodes at least along their face opposite to the measurement zone, and electrical connection tracks arranged at least in part on said detection surface between measuring electrodes and arranged in such a way as to connect said measurement electrodes to said electronic and processing means,
  • method further comprises a step of generating an electric excitation potential with a sufficiently low excitation frequency so that measuring electrodes capacitively coupled to at least one object of interest and their connecting track have an electrical impedance at said excitation frequency whose resistive portion is much smaller than the modulus of the reactive part.
  • Capacitive coupling measurement can include steps:
  • an apparatus comprising an interface device according to the invention.
  • This apparatus may comprise a display screen and a detection surface provided with a plurality of transparent capacitive measuring electrodes superimposed on said display screen.
  • this device can be of one of the following types: smartphone, tablet, touch screen.
  • FIG. 1 illustrates a transverse view of a measurement interface implemented in an interface device according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a front view of a measurement interface implemented in an interface device according to the invention
  • FIG. 3 shows a block diagram of a capacitive detection electronics implemented in an interface device according to the invention
  • FIG. 4 shows an electronic diagram equivalent to that of FIG. 3 which takes into account the resistivity of the connecting tracks and the resulting leakage capacities
  • FIG. 5 shows an electronic diagram equivalent to that of FIG. 3 which takes into account the resistivity of the connecting tracks and the guard elements, and the resulting leakage capacities.
  • Such a control interface is particularly suitable for producing tactile and contactless control interfaces, or human-machine interfaces, for systems or devices such as mobile phones (smartphones), tablets, computers or computers. control slabs.
  • control interface 2 comprises a detection surface 4 provided with capacitive measuring electrodes 5.
  • These measurement electrodes 5 are distributed for example in a matrix arrangement on the detection surface 4, as shown in FIG. 2.
  • the measuring electrodes 5 are made of a substantially transparent conductive material, such as, for example, ⁇ (indium tin oxide) deposited on a dielectric material (glass or polymer). They can be superimposed on a display screen, for example TFT (thin film transistor) or OLED (organic light-emitting diodes) type.
  • ⁇ indium tin oxide
  • dielectric material glass or polymer
  • TFT thin film transistor
  • OLED organic light-emitting diodes
  • the measurement electrodes 5 can detect the presence and / or the distance of at least one object of interest 1, which is also a control object 1, in a measurement zone.
  • the measurement electrodes 5 and their associated electronics are configured so as to allow the simultaneous detection of several objects 1.
  • the position of the object 1 or objects 1 in the plane of the detection surface 4 is determined from the position (on this detection surface 4) of the measurement electrodes 5 which detect the objects 1.
  • the distance 3, or at least one piece of information representative of the distance 3, between the objects 1 and the detection surface is determined from measurements of the capacitive coupling between the electrodes 5 and the objects 1.
  • One or more guard electrodes 6 are positioned according to the rear face of the measurement electrodes 5, relative to the detection zone of the objects 1. They are also made of a substantially transparent conductive material, such as, for example, ⁇ (oxide of indium-tin), and are separated from the measuring electrodes 5 by a layer of dielectric material.
  • ⁇ oxide of indium-tin
  • the measuring electrodes 5 are connected to capacitive measurement electronic means 17.
  • connection is made in particular by substantially transparent connection tracks 7 which are arranged on the detection surface 4 between the electrodes 5.
  • These connecting tracks 7 are made of the same material as the electrodes 5, for example ⁇ (indium tin oxide).
  • the connecting tracks 7 and the electrodes 5 can be deposited simultaneously, in one or the same layers.
  • connection means 8 located at the periphery of the detection zone 4, outside the transparent useful zone. These connection means 8 are in turn connected to the capacitive measurement electronic means 17.
  • the capacitive measurement electronic means 17, in the embodiment of FIG. 3, are in the form of a floating bridge capacitive measuring system as described for example in the document FR 2 949 007 Rozière.
  • the detection circuit comprises a so-called floating portion 16 whose reference potential 11, called guarding potential 11, oscillates with respect to the ground 13 of the overall system, or to the ground.
  • the potential difference between the guard potential 11 and the ground 13 is generated by an excitation source, or an oscillator 14.
  • the guard electrodes 6 are connected to the guard potential 11.
  • the floating part 16 comprises the sensitive part of the capacitive detection, in particular a charge amplifier. It can of course include other means of processing and conditioning the signal, including digital or microprocessor-based, also referenced to the potential of guard 11.
  • floating supply transfer means 15 comprising, for example, DC / DC converters.
  • This capacitive measuring system makes it possible to measure capacitance information between at least one measuring electrode 5 and a control object 1.
  • the control object 1 must be connected to a potential d ifferent of the guarding potential 11, such as, for example, the ground potential 13. This is the case when the control object 1 is a finger of a user whose body defines a mass, or an object (such as a stylus) manipulated by that user.
  • the device according to the invention may furthermore include analog switches or switches 10, controlled by electronic control means. These switches 10 make it possible to selectively select measurement electrodes 5 and connect them to the capacitive detection electronics 17 to measure the coupling capacitance with the object 1.
  • the switches 10 are configured in such a way that a measuring electrode 5 is connected either to the capacitive detection electronics 17 or to the guard potential 11.
  • the switches 10 thus make it possible to selectively interrogate all the measurement electrodes 5 to obtain an image of capacitive coupling between one or more control objects 1 and the measurement electrodes 5.
  • the capacitive detection electronics 17 may comprise as many parallel detection channels, each with its charge amplifier, as there are measuring electrodes 5 to be interrogated.
  • the device does not necessarily include switches 10;
  • the capacitive detection electronics 17 may comprise a plurality of detection channels in parallel with each of its charge amplifiers, and the switches may be configured in such a way that each channel of detection can sequentially interrogate a plurality of measuring electrodes 5;
  • the capacitive detection electronics 17 may comprise only one detection channel, and switches 10 configured so as to be able to interrogate sequentially all the measurement electrodes 5. This is the configuration illustrated in FIG. 3;
  • the sensitive part of the detection is protected by a guard shield 12 connected to the guard potential 11.
  • the floating electronics 16 is connected at the output to the electronics of the system 18 referenced to ground by electrical connections compatible with the difference of reference potentials.
  • These links may comprise, for example, differential amplifiers or optocouplers.
  • the charge amplifier 16 as implemented in the diagram of FIG. 3 makes it possible to convert the capacitance C x created between an electrode 5 and the control object 1 into voltage.
  • V s V (Cx / C B ). (Eq. 1)
  • V s V (C x / C B ) (1 / (1 + j R (C x + C P ) co)).
  • the resistance R of the connecting tracks 7 is therefore troublesome according to several aspects:
  • connection tracks 7 between the measurement electrodes 5 does not interfere with the detection and location of the object of interest 1, it is necessary to reduce their width, for example to less than 100 pm.
  • the resistances of these connection tracks 7 can then easily exceed 100 KOhm when they are made of ITO.
  • this condition can be satisfied by choosing an excitation frequency f such that:
  • the measurement signal V s is a signal modulated at the excitation frequency f, and it is its modulation amplitude at this excitation frequency f which is representative of the capacitance measurement.
  • the measurement signal V s can be demodulated by a synchronous demodulator at the electronics of the system 18 referenced to ground. This procedure, however, has the disadvantage of requiring a large number of periods of the excitation signal to obtain a measurement value.
  • the device according to the invention comprises sampling and digitizing means which make it possible to directly digitize the measurement signal V s , for example at the electronics of the system 18 referenced to ground. This digitization is all the easier as the excitation frequency f is low. The amplitude of modulation at the excitation frequency f is then directly deduced from an analysis of the temporal shape of one or a few periods of this measurement signal V s .
  • a panel comprising a few hundred measuring electrodes 5 can be "read” several times per second, even with an excitation frequency of less than 10 KHz.
  • Fig. 5 shows an equivalent diagram of the complete structure of a control interface 2 in the form of a transparent panel 2 superimposed on a display screen.
  • the guard plane 6, in ITO, has a much lower electrical resistance r than that of the connecting tracks 7 but which is nevertheless significant. Indeed, this electrical resistance r can be of the order of a few tens to a few hundred ohm depending on the nature of ⁇ deposited and the size of the screen.
  • This phenomenon can generate a capacitive offset of several tens of femtofarads.
  • the invention and in particular the implementation of a low excitation frequency also makes it possible to make this capacitive leak negligible.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt, comprenant (i) une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive (5), (ii) des moyens électroniques et de traitement comprenant des moyens d'excitation aptes à polariser lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure aptes à mesurer un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt, (iii) des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, (iv) des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4), dans lequel les moyens d'excitation sont agencés de telle sorte à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) couplées capacitivement à au moins un objet d'intérêt et leur piste de liaison (7) ait une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive. L'invention concerne aussi un appareil et un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.

Description

« Dispositif et procédé d'interface de commande capacitive adapté à la mise en œuvre d'électrodes de mesures fortement résistives »
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'interface de commande capacitive adapté à la mise en œuvre d'électrodes de mesure avec des pistes de liaison fortement résistives. Elle concerne aussi un appareil avec une interface de commande comprenant un tel dispositif, et un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des interfaces de commande tactiles et/ou gestuelles, notamment pour des smartphones, des tablettes ou des écrans tactiles.
Etat de la technique antérieure
Les interfaces de commandes tactiles et/ou gestuelles (c'est-à-dire capables de déterminer la présence d'objets de commande dans leur voisinage sans contact) sont fréquemment utilisées notamment dans les smartphones, les tablettes et les écrans tactiles. Elles sont alors transparentes et superposées à l'écran d'affichage.
Un grand nombre de ces interfaces utilisent les technologies capacitives.
La surface tactile est équipée d'électrodes conductrices reliées à des moyens électroniques qui permettent de mesurer la variation des capacités apparaissant entre des électrodes et des objets à détecter (tels que des doigts) pour effectuer une commande.
Les techniques capacitives couramment mises en œuvre dans des interfaces tactiles utilisent le plus souvent deux couches d'électrodes conductrices en forme de lignes et de colonnes. L'électronique mesure les capacités de couplage qui existent entre ces lignes et colonnes. Lorsqu'un doigt est très proche de la surface active, les capacités de couplage à proximité du doigt sont modifiées et l'électronique peut ainsi localiser la position en 2D (XY), dans le plan de la surface active.
Ces techniques sont souvent appelées « mutual capacitance ». Elles permettent de détecter la présence et la position du doigt au travers d'un diélectrique de faible épaisseur. Elles ont notamment l'avantage de permettre une très bonne résolution dans la localisation dans le plan (XY) de la surface sensible d'un ou de plusieurs doigts. Elles permettent aussi, avec un logiciel de traitement approprié, de gérer un grand nombre de doigts si la surface de l'interface est suffisamment grande.
On connaît également des techniques qui permettent de mesurer la capacité absolue qui apparaît entre des électrodes et un objet à détecter. Ces techniques sont aussi appelées « self capacitance ».
Les électrodes peuvent aussi être en forme de ligne et colonne comme les techniques de type « mutual capacitance ».
Il existe également des structures d'électrodes dites matricielles avec des électrodes individuelles, souvent de forme rectangulaire, réparties sur toute la surface tactile.
On connaît par exemple le document FR2949007 de Rozière qui décrit un détecteur capacitif de proximité comprenant une pluralité d'électrodes indépendantes, et qui permet de mesurer la capacité et la distance entre les électrodes et un ou des objet(s) à proximité.
La technologie mise en œuvre utilise une garde afin d'éliminer toute capacité parasite. Toutes les électrodes sont au même potentiel et il n'y a ainsi aucune capacité de couplage entre les électrodes susceptible de dégrader la mesure de la capacité.
Cette technologie est bien adaptée à la réalisation d'interfaces de commandes capacitives sous la forme de pads ou de dalles transparente tactiles et gestuelles (3D) de petite taille, comme par exemple des touchpad d'ordinateurs portable ou des écrans pour Smartphones.
Ces techniques utilisent en général un signal d'excitation (sur les lignes ou colonnes émettrices pour les techniques de type « mutual capacitance » et sur toutes les électrodes pour les techniques de type « self capacitance ») dont la fréquence est relativement élevée.
En effet la mesure de la capacité à détecter est en général effectuée avec un convertisseur de capacité en tension en utilisant des circuits de transfert de charge avec des commutations capacitives ou des amplificateurs de charges. Le signal analogique de mesure ainsi obtenu, qui est à la fréquence du signal d'excitation, est ensuite démodulé et traité numériquement.
Les solutions de démodulation et de traitement numérique utilisées dans ces systèmes nécessitent en général de traiter un grand nombre de périodes du signal analogique de mesure pour obtenir une mesure de capacité exploitable. En pratique, on utilise au moins une dizaine de périodes du signal d'excitation pour obtenir une mesure de capacité.
L'utilisation d'une fréquence élevée permet en outre de traiter un grand nombre d'électrodes ou de points de mesure séquentiellement.
Par exemple, pour obtenir une cadence de mesure de 100 images par seconde sur la totalité d'une interface qui comprend 100 électrodes (ou en d'autres termes pour mesurer 100 fois par secondes 100 électrodes), en utilisant une dizaine de périodes du signal d'excitation pour obtenir chaque mesure de capacité, il faut une fréquence d'excitation d'au moins 100 KHz.
Un autre avantage d'utiliser une fréquence de l'ordre de 100 KHz est que cela permet de travailler dans une fenêtre fréquentielle relativement éloignées des perturbations électromagnétiques les plus courantes, dont notamment le 50-60Hz du secteur et les fréquences de l'ordre de 1 M Hz et au-delà des circuits numériques et radio.
Enfin, les impédances capacitive ( 1/coC) obtenues à ces fréquences sont relativement faibles et donc plus faciles à traiter.
Donc, en pratique, les fréquences d'excitation couramment utilisées se situent entre 50 KHz et 500 KHz.
Une contrainte des structures d'électrodes matricielles transparentes est qu'elles nécessitent la présence sur la surface tactile de pistes de liaison qui relient chaque électrode individuelle à l'électronique. En effet les technologies mises en œuvre pour réaliser les dalles capacitives transparentes ne permettent pas l'utilisation de solutions multicouches avec des trous métallisés comme pour les circuits imprimés, où les pistes de liaison peuvent être enterrées sous les électrodes.
Les pistes de liaison et les électrodes transparente sont en général réalisées avec de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium-étain) . Ce matériau est relativement résistif ( 100 à 200 ohm/carré), et il est nécessaire de réaliser des pistes larges pour limiter la résistance électrique totale de ces pistes. Cette contrainte est très connue des fabricants de dalles tactiles transparentes. Elle est facilement compatible avec les solutions à base d'électrodes en forme de lignes et de colonnes. En effet, ces lignes et ces colonnes ont en général une largeur de plusieurs millimètres, ce qui permet d'obtenir une résistance totale inférieure à environ 10 Kohm pour des dalles jusqu'à 10 pouces (250 mm) de diagonale.
La présence de pistes de liaisons sur la surface qui supporte une structure matricielle d'électrodes transparentes utilisées pour faire des mesures en mode « self capacitance » a l'inconvénient de dégrader fortement la qualité de la détection, notamment de plusieurs doigts. En effet ces pistes créent des électrodes parasites dans la mesure où elles sont sensibles à la présence d'un objet au même titre que les électrodes auxquelles elles sont reliées. Et cet effet est d'autant plus important que les pistes de liaison sont larges.
Une solution possible est de réduire fortement la largeur de ces pistes afin de rendre leur surface la plus négligeable possible par rapport aux électrodes individuelles. Mais dans ce cas leur résistance augmente fortement, ce qui impose d'en limiter la longueur pour conserver une résistance totale compatible avec les électroniques de détection connues. Ainsi, en pratique, cette technique est limitée à des panels transparents d'une taille maximale de l'ordre de 4 pouces (100 mm).
Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'interface de commande capacitive qui soit moins sensible que les dispositifs et les procédés de l'art antérieur à la résistivité des éléments tels que les électrodes, les pistes de liaison et les éléments de garde, et qui soit apte à effectuer des mesures précises même avec des éléments fortement résistifs.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'interface de commande capacitive qui permettent la mise en œuvre de structures matricielle d'électrodes transparentes sur des panels de grande taille.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé d'interface de commande capacitive qui permettent la mise en œuvre de structures matricielle d'électrodes transparentes avec des pistes de liaison sur la même couche que les électrodes transparentes, et agencées de telle sorte que la détection d'objets de commande ne soit pas perturbée par la présence de ces pistes de liaison.
Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, comprenant :
- une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive,
- des moyens électroniques et de traitement, comprenant des moyens d'excitation aptes à polariser lesdites électrodes de mesure à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure aptes à mesurer un couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure et au moins un objet d'intérêt,
- des éléments de garde en matériau conducteur à l'électricité, disposés à proximité desdites électrodes de mesure au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation,
- des pistes de liaison électrique disposées au moins en partie sur ladite surface de détection entre des électrodes de mesure et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure auxdits moyens électroniques et de traitement,
caractérisé en ce que les moyens d'excitation sont agencés de telle sorte à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt et leur piste de liaison aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
Cette impédance électrique est l'impédance complexe Z d'une électrode et de sa piste associée telle que « vue » par exemple par les moyens électroniques et de traitement. Elle comprend une partie résistive R qui est essentiellement due à la résistance électrique des éléments tels que la piste de liaison et l'électrode. Elle comprend également une partie réactive l/jcoCT qui dépend de la fréquence d'excitation f (co=2nf) et de la capacité équivalente CT. Cette capacité équivalente CT représente les couplages capacitifs entre l'électrode et sa piste de liaison, et, d'une part, l'objet d'intérêt (capacité d'intérêt Cx), et d'autre part, l'environnement et la garde (capacité parasite CP). j est l'unité imaginaire. II est à noter que la capacité parasite CP due au couplage de l'électrode de mesure avec les éléments de garde situés à proximité est nécessairement d'une valeur relativement importante, et donc non négligeable.
Avantageusement, selon l'invention, la fréquence d'excitation f est choisie de telle sorte que la partie résistive R de l'impédance complexe Z soit très inférieure au module l/coCT de la partie réactive.
Cette fréquence d'excitation f peut être notamment choisie de telle sorte que :
- la partie résistive R n'introduisant pas d'erreur de mesure significative, dans le contexte de la mesure, lorsqu'elle n'est pas prise en compte dans le calcul de la de la capacité équivalente CT à partir de l'impédance complexe Z ;
- la partie résistive R est négligeable, dans le contexte de la mesure, par rapport au module l/coCT de la partie réactive ;
- la partie résistive R est inférieure à 1/2, respectivement à 1/5 ou à 1/10 de la valeur du module l/coCT de la partie réactive.
La gamme de capacités équivalentes CT à prendre en compte pour l'évaluation des critères précédents peut correspondre notamment :
- à des capacités inférieures ou égales à la capacité de couplage maximale possible entre un objet de commande prédéterminé tel qu'un doigt ou un stylet et une électrode de mesure ;
- à la gamme de capacités susceptible d'être générées par le couplage capacitif entre une électrode de mesure et un objet de commande prédéterminé (tel qu'un doigt ou un stylet) qui évolue dans une zone de mesure également prédéterminée (par exemple entre 0 et 10 cm de l'électrode, ou 0 et 5 cm de l'électrode, ou 0 et 2 cm de l'électrode) ;
- à des capacités inférieures ou égales à la capacité de couplage entre une électrode de mesure et la garde.
Suivant des modes de réalisation, la fréquence d'excitation peut être choisie de telle sorte à être :
- égale ou inférieure à 20 KHz ;
- égale ou inférieure à 10 KHz ;
- égale ou inférieure à 4 KHz ;
- égale ou inférieure à 3.5 KHz ;
- comprise entre 4 et 10 KHz ;
- comprise entre 3 et 20 KHz. La fréquence d'excitation peut notamment être inférieure ou égale à au moins l'une des valeurs suivantes : 20 Khz, 4 Khz.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre :
- des moyens de commutation aptes à relier sélectivement les électrodes de mesure aux moyens de mesure ;
- des électrodes de mesure et des pistes de liaison sensiblement transparentes ;
- des électrodes de mesure et des pistes de liaison en ITO ;
- des pistes de liaison disposées sur la surface de détection de telle sorte à relier électriquement les électrodes de mesure à des moyens de connexion disposés en périphérie de ladite surface de détection ;
- des électrodes de mesure réparties sur la surface de détection selon une disposition matricielle, et des pistes de liaison agencées de telle sorte à relier individuellement chaque électrode de mesure aux moyens de connexion ;
- des pistes de liaison dont la partie présente sur la surface de détection a une largeur suffisamment étroite pour que la surface desdites pistes de liaison sur ladite surface de détection soit négligeable devant la surface des électrodes de mesure ;
- des pistes de liaison dont la partie présente sur la surface de détection a une largeur inférieure à 100 pm.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure réparties selon une disposition en lignes et colonnes. Ces électrodes peuvent être réalisées dans deux couches de matériau superposées, ou être constituées de patchs réalisés dans une couche de matériau et reliés entre eux par des connexions en pont de telle sorte à constituer des lignes et des colonnes.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention permet la réalisation de panel ou de surfaces de mesures, en particulier transparents, de manière simple et peu onéreuse, et qui permettent des mesures précises. En effet :
- les électrodes et les pistes de liaison peuvent être déposés sur une même surface en une seule couche de matériau conducteur (par exemple d'ITO), ce qui permet de minimiser les coûts de production ; - les pistes de liaison peuvent être réalisées avec une largeur suffisamment étroite pour qu'elles n'influencent pas ou peu la détection d'objet d'intérêt de manière significative. Cette influence est de nature géométrique : elle dépend de la largeur de la piste de liaison sur la surface de détection, qui détermine la surface de la piste et donc la capacité de couplage qui peut apparaître entre un objet d'intérêt et cette piste de liaison. Comme ce couplage capacitif est attribué à l'électrode à laquelle la piste est reliée, il introduit une erreur dans la localisation dans le plan de la surface de commande de l'objet d'intérêt. Et donc cette erreur géométrique peut être minimisée avec le dispositif selon l'invention ;
- des pistes de liaisons étroites sont fortement résistives, mais comme expliqué précédemment, le dispositif selon l'invention est apte à effectuer des mesures de capacité précises y compris dans ces conditions.
Il est à noter d'ailleurs que le dispositif selon l'invention peut être conçu de telle sorte à optimiser globalement les caractéristiques de mesure :
- la largeur de piste sur la surface de mesure peut être choisie de telle sorte que les erreurs de localisation dues aux couplages capacitifs entre l'objet d'intérêt et les pistes de liaison soit négligeables ou au moins acceptables ;
- la fréquence d'excitation f peut ensuite être choisie comme expliquée précédemment en fonction de la valeur de la partie résistive R qui est déterminée par les largeurs de piste choisies et leur résistivité.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de mesure au moins en partie référencés au potentiel électrique d'excitation.
Suivant un autre aspect, il est proposé un procédé pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, mettant en œuvre :
- une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive,
- des moyens électroniques et de traitement comprenant des moyens d'excitation et des moyens de mesure,
- des éléments de garde en matériau conducteur à l'électricité disposés à proximité desdites électrodes de mesure au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et - des pistes de liaison électrique disposées au moins en partie sur ladite surface de détection entre des électrodes de mesure et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure auxdits moyens électroniques et de traitement,
lequel procédé comprenant des étapes :
- de polarisation lesdites électrodes de mesure à un potentiel électrique d'excitation alternatif,
- de polarisation des éléments de garde à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, - de mesure d'un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure et au moins un objet d'intérêt,
lequel procédé comprenant en outre une étape de génération d'un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt et leur piste de liaison aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
La mesure du couplage capacitif peut comprendre des étapes :
- d'acquisition d'un signal de mesure à la fréquence du potentiel électrique d'excitation représentatif de la charge électrique d'au moins une électrode de mesure,
- de numérisation dudit signal de mesure, et
- d'analyse de sa forme temporelle pour déterminer son amplitude.
Suivant encore un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant un dispositif d'interface selon l'invention.
Cet appareil peut comprendre un écran d'affichage et une surface de détection pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitives transparentes superposée audit écran d'affichage.
Suivant des modes de réalisation, cet appareil peut être de l'un des types suivants : smartphone, tablette, écran tactile.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la Fig. 1 illustre une vue transversale d'une interface de mesure mise en œuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention,
- la Fig. 2 illustre une vue de face d'une interface de mesure mise en œuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention,
- la Fig. 3 présente un schéma de principe d'une électronique de détection capacitive mise en œuvre dans un dispositif d'interface selon l'invention,
- la Fig. 4 présente un schéma électronique équivalent à celui de la Fig. 3 qui prend en compte la résistivité des pistes de liaison et les capacités de fuite qui en découlent,
- la Fig. 5 présente un schéma électronique équivalent à celui de la Fig. 3 qui prend en compte la résistivité des pistes de liaisons et des éléments de garde, et les capacités de fuite qui en découlent.
On va décrire un exemple non limitatif de mode de réalisation d'une interface de commande selon l'invention.
Une telle interface de commande est notamment adaptée à la réalisation d'interfaces de commande tactiles et sans contact, ou d'interfaces homme- machine, pour des systèmes ou des appareils tels que des téléphones portables (smartphones), des tablettes, des ordinateurs ou des dalles de commande.
En référence à la Fig. 1 et à la Fig. 2, l'interface de commande 2 comprend une surface de détection 4 pourvue d'électrodes de mesure capacitives 5.
Ces électrodes de mesure 5 sont réparties par exemple selon une disposition matricielle sur la surface de détection 4, tel que présenté à la Fig. 2.
Les électrodes de mesure 5 sont réalisées dans un matériau conducteur sensiblement transparent, tel que par exemple de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium- étain) déposé sur un matériau diélectrique (verre ou polymère). Elles peuvent être superposées à un écran d'affichage, par exemple de type TFT (transistor à couches minces) ou OLED (diodes électroluminescentes organiques).
Les électrodes de mesure 5 peuvent détecter la présence et/ou la distance d'au moins un objet d'intérêt 1, qui est aussi un objet de commande 1, dans une zone de mesure. De préférence, les électrodes de mesure 5 et leur électronique associée sont configurées de telle sorte à permettre la détection simultanée de plusieurs objets 1. La position de l'objet 1 ou des objets 1 dans le plan de la surface de détection 4 est déterminée à partir de la position (sur cette surface de détection 4) des électrodes de mesure 5 qui détectent les objets 1.
La distance 3, ou du moins une information représentative de la distance 3, entre les objets 1 et la surface de détection est déterminée à partir de mesures du couplage capacitif entre les électrodes 5 et les objets 1.
Une ou plusieurs électrodes de garde 6 sont positionnées selon la face arrière des électrodes de mesure 5, relativement à la zone de détection des objets 1. Elles sont également réalisées dans un matériau conducteur sensiblement transparent, tel que par exemple de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium- étain), et sont séparées des électrodes de mesure 5 par une couche en matériau diélectrique.
En référence à la Fig . 3, les électrodes de mesure 5 sont reliées à des moyens électroniques de mesure capacitive 17.
Avantageusement, cette liaison est effectuée notamment par des pistes de liaison 7 sensiblement transparentes qui sont disposées sur la surface de détection 4 entre les électrodes 5. Ces pistes de liaison 7 sont réalisées dans le même matériau que les électrodes 5, soit par exemple de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium-étain) . Les pistes de liaison 7 et les électrodes 5 peuvent être déposées simultanément, selon une ou des mêmes couches.
Les pistes de liaison 7 sont reliées à des moyens de connexion 8 situés en périphérie de la zone de détection 4, hors de la zone utile transparente. Ces moyens de connexion 8 sont à leur tour reliés aux moyens électroniques de mesure capacitive 17.
Les moyens électroniques de mesure capacitive 17, dans le mode de réalisation de la Fig . 3, sont réalisés sous la forme d'un système de mesure capacitive en pont flottant tel que décrit par exemple dans le document FR 2 949 007 de Rozière.
Le circuit de détection comprend une partie dite flottante 16 dont le potentiel de référence 11, appelé potentiel de garde 11, oscille par rapport à la masse 13 du système global, ou à la terre. La différence de potentiel alternative entre le potentiel de garde 11 et la masse 13 est générée par une source d'excitation, ou un oscillateur 14.
Les électrodes de garde 6 sont reliées au potentiel de garde 11. La partie flottante 16 comprend la partie sensible de la détection capacitive, dont notamment un ampl ificateur de charge. Elle peut bien entend u comprendre d'autres moyens de traitement et de conditionnement d u sig nal, y compris numériques ou à base de microprocesseur, également référencés au potentiel de garde 11.
L'al imentation électriq ue de la partie flottante 16 est assurée par des moyens flottants de transfert d 'alimentation 15, comprenant par exemple des convertisseurs DC/DC.
Ce système de mesure capacitive permet de mesu rer une information de capacité entre au moins une électrode de mesure 5 et un objet de commande 1.
L'objet de commande 1 doit être rel ié à un potentiel d ifférent d u potentiel de garde 11 , tel q ue par exemple le potentiel de masse 13. On se retrouve bien dans cette config uration lorsq ue l'objet de commande 1 est u n doigt d 'un utilisateur dont le corps définit une masse, ou un objet (tel q u'un stylet) manipulé par cet utilisateur.
Le d ispositif selon l'invention peut comprend re en outre des commutateurs ou des switchs analog iq ues 10, pilotés par des moyens de contrôle électroniq ues. Ces switchs 10 permettent de sélectionner ind ivid uellement des électrodes de mesure 5 et de les relier à l'électroniq ue de détection capacitive 17 pour en mesurer la capacité de couplage avec l'objet 1. Les switchs 10 sont config urés de telle sorte q u'une électrode de mesure 5 est rel iée soit à l'électroniq ue de détection capacitive 17, soit au potentiel de garde 11.
Les switchs 10 permettent ainsi d 'interroger séq uentiel lement toutes les électrodes de mesure 5 pour obtenir une image d u couplage capacitif entre un ou des objet(s) de commande 1 et les électrodes de mesure 5.
Différentes configurations sont possibles dans le cad re de l'invention :
- l'électroniq ue de détection capacitive 17 peut comprendre autant de voies de détection en paral lèle, avec chacune son amplificateur de charge, qu'il y a d 'électrodes de mesure 5 à interroger. Dans ce cas, le d ispositif ne comprend pas nécessairement de switchs 10 ;
- l 'électronique de détection capacitive 17 peut comprend re une plu ral ité de voies de détection en paral lèle avec chacune son amplificateur de charge, et les switchs 10 peuvent être config urés de telle sorte q ue chaque voie de détection puisse interroger séquentiellement une pluralité d'électrodes de mesure 5 ;
- l'électronique de détection capacitive 17 peut ne comprendre qu'une seule voie de détection, et des switchs 10 configurés de telle sorte à pouvoir interroger séquentiellement toutes les électrodes de mesure 5. Il s'agit de la configuration illustrée à la Fig. 3 ;
De préférence, la partie sensible de la détection est protégée par un blindage de garde 12 relié au potentiel de garde 11.
Les électrodes de mesure 5 actives, c'est-à-dire celles qui sont reliées (directement ou par un switch 10) à l'électronique de détection capacitive 17 pour effectuer des mesures, sont au potentiel de garde 11. Ces électrodes de mesure 5 actives sont environnées par des plans de garde constitués par des électrodes de garde 6 reliées au potentiel de garde 11, et éventuellement par des électrodes de mesure 5 inactives, c'est-à-dire reliées par un switch 10 au potentiel de garde 11.
On évite ainsi l'apparition de capacités parasites entre ces électrodes de mesure 5 actives et leur environnement, de telle sorte que seul leur couplage capacitif avec l'objet d'intérêt 1 est mesuré, avec une sensibilité maximale.
L'électronique flottante 16 est reliée en sortie à l'électronique du système 18 référencée à la masse par des liaisons électriques compatibles avec la différence de potentiels de référence. Ces liaisons peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des optocoupleurs.
En référence à la Fig. 4, l'amplificateur de charge 16 tel que mis en œuvre dans le schéma de la Fig . 3 permet de convertir en tension la capacité Cx créée entre une électrode 5 et l'objet de commande 1.
Un avantage de cette technique est que lorsque la résistance R de la piste de liaison 6 est négligeable, la mesure de la capacité Cx est très peu dépendante de la valeur de la fréquence f du signal d'excitation généré par la source d'excitation 14. En effet, dans ce cas le signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge est :
Vs = V (Cx / CB) . (Eq . 1)
V est l'amplitude du signal d'excitation généré par la source d'excitation
14, et CB est la capacité de contre-réaction de l'amplificateur de charge 16. Lorsque la résistance R n'est plus négligeable, le signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge devient alors :
Vs = V (Cx/ CB) (1 /(1 + j R (Cx + CP) co)). (Eq. 2)
CP est la capacité parasite créée entre la garde 11 et l'électrode de mesure 5 avec la piste de liaison 7, co=2nf et j est l'unité imaginaire.
La résistance R des pistes de liaison 7 est donc gênante selon plusieurs aspects :
- elle entraîne une sensibilité aux capacités parasites CP entre l'électrode 5 et la garde 11, dues à la chute de tension dans la piste de liaison 7 résistive. La garde devient donc imparfaite ;
- ces capacités parasites CP sont inconnues et contribuent directement à l'erreur de mesure de la capacité d'intérêt Cx. En effet la capacité mesurée est la capacité équivalente CT qui est affectée par les capacités parasites CP (CT « Cx + CP);
- la contribution de cette erreur est d'autant plus importante que la fréquence d'excitation f est élevée.
Cela explique pourquoi la configuration matricielle d'électrodes de mesure 5 telle que présentée à la Fig. 2 n'est pas utilisée actuellement malgré sa simplicité pour réaliser des panels transparents de grande dimension avec un nombre élevé d'électrodes.
En effet, comme expliqué précédemment, pour que la présence des pistes de liaisons 7 entre les électrodes de mesure 5 ne perturbe pas la détection et la localisation de l'objet d'intérêt 1, il est nécessaire de réduire leur largeur, par exemple à moins de 100 pm. Les résistances de ces pistes de liaison 7 peuvent alors facilement dépasser 100 KOhm lorsqu'elles sont réalisées en ITO.
Dans ces conditions, pour obtenir un signal Vs à la sortie de l'amplificateur de charge qui soit directement représentatif de Cx, il faut que la condition suivante soit remplie :
R■ (Cx + CP) ■ ω << 1. (Eq. 3)
Avantageusement, cette condition peut être satisfaite en choisissant une fréquence d'excitation f telle que :
f « 1 / (2 n R (Cx + CP)) (Eq. 4) En pratique, on atteint des valeurs de capacité équivalente CT= Cx + CP de l'ordre de 40 pF. Dans ces conditions, la fréquence d'excitation f doit être inférieure à environ 20 KHz.
En régime impulsionnel, c'est-à-dire par exemple en utilisant par exemple un signal d'excitation carré, on obtient le même ordre de grandeur de fréquence f.
Dans ces conditions, à titre d'exemple non limitatif, on peut choisir une fréquence d'excitation f inférieure à 10 KHz pour que le terme de gauche de l'Eq. 3 ait un impact sur la mesure de capacité Cx inférieur à 10%.
On peut également choisir par exemple une fréquence d'excitation f de l'ordre de 3.5 KHz pour que le terme de gauche de l'Eq . 3 ait un impact sur la mesure de capacité Cx encore plus faible (de l'ordre de 1%).
En pratique, le signal de mesure Vs est un signal modulé à la fréquence d'excitation f, et c'est son amplitude de modulation à cette fréquence d'excitation f qui est représentative de la mesure de capacité.
Le signal de mesure Vs peut être démodulé par un démodulateur synchrone au niveau de l'électronique du système 18 référencée à la masse. Cette façon de procéder a toutefois l'inconvénient de nécessiter un grand nombre de périodes du signal d'excitation pour obtenir une valeur de mesure.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'échantillonnage et de numérisation qui permettent de numériser directement le signal de mesure Vs, par exemple au niveau de l'électronique du système 18 référencée à la masse. Cette numérisation est d'autant plus facile que la fréquence d'excitation f est basse. L'amplitude de modulation à la fréquence d'excitation f est ensuite directement déduite d'une analyse de la forme temporelle d'une ou de quelques périodes de ce signal de mesure Vs.
Ainsi, un panel comprenant quelques centaines d'électrodes de mesure 5 peut être « lu » plusieurs fois par secondes, même avec une fréquence d'excitation inférieure à 10 KHz.
La Fig. 5 représente un schéma équivalent de la structure complète d'une interface de commande 2 sous la forme d'un panel 2 transparent superposé à un écran d'affichage.
Le plan de garde 6, en ITO, présente une résistance électrique r bien plus faible que celle des pistes de liaison 7 mais qui est tout de même significative. En effet, cette résistance électrique de garde r peut être de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines d'ohm suivant la nature de ΙΊΤΟ déposé et la taille de l'écran.
Il existe alors un couplage capacitif C entre le plan de garde 6 et la partie de l'appareil présent au-dessous (écran LCD, châssis du pad....). Comme illustré à la Fig . 5, cette capacité C avec la résistance de garde r crée une fuite capacitive « vue » par l'électronique malgré la présence du plan de garde 6. En effet, le potentiel de la garde 6 présente sous les électrodes 5 chute légèrement à cause du couple (r, C) .
Ce phénomène peut générer un offset capacitif de plusieurs dizaines de femtofarads.
Avantageusement, l'invention et en particulier la mise en œuvre d'une fréquence d'excitation f basse permet également de rendre négligeable cette fuite capacitive.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'interface pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt ( 1) détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, comprenant :
- une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive (5),
- des moyens électroniques et de traitement ( 17, 18), comprenant des moyens d'excitation ( 14) aptes à polariser lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif, et des moyens de mesure ( 16) aptes à mesurer un couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt ( 1),
- des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité, disposés à proximité desdites électrodes de mesure (5) au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et polarisés à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation,
- des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4) entre des électrodes de mesure (5) et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure (5) auxdits moyens électroniques et de traitement ( 17, 18),
caractérisé en ce que les moyens d'excitation ( 14) sont agencés de telle sorte à générer un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt ( 1) et leur piste de liaison (7) aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel la fréquence d'excitation est inférieure ou égale à au moins l'une des valeurs suivantes :
20 Khz, 4 Khz.
3. Le dispositif de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend en outre des moyens de commutation ( 10) aptes à relier sélectivement les électrodes de mesure (5) aux moyens de mesure (16) .
4. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des électrodes de mesure (5) et des pistes de liaison (7) sensiblement transparentes.
5. Le dispositif de la revendication 4, qui comprend des électrodes de mesure (5) et des pistes de liaison (7) en ITO.
6. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des pistes de liaison (7) disposées sur la surface de détection (4) de telle sorte à relier électriquement les électrodes de mesure (5) à des moyens de connexion (8) disposés en périphérie de ladite surface de détection (4).
7. Le dispositif de la revendication 6, qui comprend des électrodes de mesure (5) réparties sur la surface de détection (4) selon une disposition matricielle, et des pistes de liaison (7) agencées de telle sorte à relier individuellement chaque électrode de mesure (5) aux moyens de connexion (8).
8. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des pistes de liaison (7) dont la partie présente sur la surface de détection (4) a une largeur suffisamment étroite pour que la surface desdites pistes de liaison (7) sur ladite surface de détection (4)soit négligeable devant la surface des électrodes de mesure (5).
9. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des pistes de liaison (7) dont la partie présente sur la surface de détection (4) a une largeur inférieure à 100 pm.
10. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens de mesure (17) au moins en partie référencés au potentiel électrique d'excitation.
11. Procédé pour contrôler des actions d'au moins un objet d'intérêt (1) détectable de manière capacitive dans une zone de mesure, mettant en œuvre :
- une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitive (5),
- des moyens électroniques et de traitement (17, 18) comprenant des moyens d'excitation (14) et des moyens de mesure (16),
- des éléments de garde (6) en matériau conducteur à l'électricité disposés à proximité desdites électrodes de mesure (5) au moins selon leur face opposée à la zone de mesure, et
- des pistes de liaison électrique (7) disposées au moins en partie sur ladite surface de détection (4) entre des électrodes de mesure (5) et agencées de telle sorte à relier lesdites électrodes de mesure (5) auxdits moyens électroniques et de traitement (17, 18),
lequel procédé comprenant des étapes :
- de polarisation lesdites électrodes de mesure (5) à un potentiel électrique d'excitation alternatif,
- de polarisation des éléments de garde (6) à un potentiel électrique de garde alternatif sensiblement identique audit potentiel électrique d'excitation, - de mesure d'un couplage capacitif entre au moins une électrode de mesure (5) et au moins un objet d'intérêt (1),
caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de génération d'un potentiel électrique d'excitation avec une fréquence d'excitation suffisamment basse pour que des électrodes de mesure (5) couplées capacitivement au moins à un objet d'intérêt (1) et leur piste de liaison (7) aient une impédance électrique à ladite fréquence d'excitation dont la partie résistive est très inférieure au module de la partie réactive.
12. Le procédé de la revendication 11, dans lequel la mesure du couplage capacitif comprend des étapes :
- d'acquisition d'un signal de mesure à la fréquence du potentiel électrique d'excitation représentatif de la charge électrique d'au moins une électrode de mesure (5),
- de numérisation dudit signal de mesure, et
- d'analyse de sa forme temporelle pour déterminer son amplitude.
13. Appareil comprenant un dispositif d'interface selon l'une des revendications 1 à 10.
14. Appareil selon la revendication 13, comprenant un écran d'affichage et une surface de détection (4) pourvue d'une pluralité d'électrodes de mesure capacitives (5) transparentes superposée audit écran d'affichage.
15. appareil selon l'une des revendications 13 ou 14, de l'un des types suivants : smartphone, tablette, écran tactile.
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