FR2899326A1 - "procede et dispositif de determination optique de la position d'un objet". - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de détermination optique de la position d'un objet [1] sur une zone déterminée [2] d'une surface sensiblement plane. Selon l'invention, on dispose, à proximité de ladite zone déterminée [2], au moins un émetteur [E1] associé à au moins deux récepteurs de lumière [R1, R2] couvrant la zone déterminée [2], chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes [AR1, AR2] des récepteurs [R1, R2] coupent l'axe [AE1] de l'émetteur [E1] en des points différents [P1, P2]. L'émetteur de lumière [E1] est allumé et la position de l'objet [1] sur l'axe [AE1] de l'émetteur [E1] est déterminée en fonction d'une comparaison des signaux lumineux [S1, S2] réfléchis par l'objet [1] vers chacun des deux récepteurs de lumière [R1, R2].

Description

Titre de l'invention Procédé et dispositif de détermination optique de la

position d'un objet

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des détecteurs optiques permettant de déterminer la position d'un objet sur une surface sensiblement plane. En particulier, l'invention peut être appliquée dans le domaine de la saisie de données, par exemple alphanumériques. L'invention trouve donc une application dans la fabrication de claviers ou d'appareils similaires permettant une entrée manuelle de données comme les ordinateurs, les téléphones, les assistants personnels numériques etc. De nombreux dispositifs optiques sont connus pour détecter ainsi la position d'un objet en vue d'une saisie de données.

Une technique classique de détermination de position à deux dimensions consiste à réaliser une grille de couple émetteur/récepteur et à déterminer la position de l'objet en prenant en compte les faisceaux coupés. Une telle technique fonctionnant en transmission présente peu de souplesse et nécessite la mise en oeuvre de nombreux composants.

Une autre solution, décrite dans le document FR 2 826 443, consiste à placer des émetteurs et des récepteurs sur deux côtés se faisant face de part et d'autre d'une surface. Le nombre de composants est diminué mais il reste nécessaire de prévoir des éléments de connectique entre les deux côtés opposés de la surface active. Cette surface active reste alors limitée par la géométrie du dispositif. Le document FR 2 859 277 décrit quant à lui un procédé de détermination de position d'un objet basé sur la réflexion par l'objet de la lumière émise par au moins un émetteur, la lumière réfléchie étant alors détectée par au moins un récepteur puis analysée de manière à déterminer la position de l'objet.

Les émetteurs et les récepteurs sont placés de manière alternée sur une même ligne et la surface active est alors rendue moins dépendante de la géométrie du dispositif. Cela permet, entre autres, une grande flexibilité d'intégration. En effet, la position d'un objet sur une surface sensiblement plane quelconque peut alors être déterminée afin de permettre à un opérateur de saisir des données de manière comparable à la saisie sur un clavier. Les dispositifs mettant en oeuvre ce procédé permettent la saisie de données mais manquent souvent de fiabilité et de précision.

Cela se traduit en des essais multiples pour saisir une information ou en un temps d'attente relativement long avant que le dispositif ne réagisse. Globalement il a ainsi été constaté qu'un tel procédé engendrait régulièrement une perte de temps préjudiciable à l'application du procédé dans des domaines où la durée de saisie est un paramètre important.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant de disposer, à proximité de ladite zone déterminée, au moins un émetteur associé à au moins deux récepteurs de lumière couvrant la zone déterminée, chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes des récepteurs coupent l'axe de l'émetteur en des points différents, puis d'allumer l'émetteur de lumière, et enfin de déterminer la position de l'objet sur l'axe de l'émetteur en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers chacun des deux récepteurs de lumière. Avec un tel procédé, le positionnement des récepteurs et des émetteurs permet d'obtenir une meilleure précision que lorsque récepteur et émetteur présentent des axes parallèles. En effet pour chaque position d'un objet le long de l'axe de l'émetteur on obtient deux mesures de signaux qui sont distinctes alors que, dans le cas où les axes des récepteurs et des émetteurs sont parallèles, il n'y a qu'une mesure ou au mieux deux mesures similaires réalisées par des récepteurs disposés symétriquement par rapport à l'axe de l'émetteur. L'invention présente aussi l'avantage de pouvoir être mise en oeuvre avec des émetteurs de lumière non cohérente et par conséquent peu couteux. En outre, l'invention n'utilise pas de dispositif optique cher et potentiellement fragile tel que des lentilles ou des miroirs. Les composants optiques mis en oeuvre sont effectivement simples et faciles à intégrer sur un circuit imprimé, comme des photodiodes ou des phototransistors. La fiabilité obtenue permet de détecter l'objet même si sa forme et/ou sa couleur sont très différentes de celles prévues. Dans un mode de réalisation, la comparaison consiste à calculer un rapport entre les signaux lumineux reçus par chacun des récepteurs lors de l'allumage de l'émetteur associé. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le procédé comprend les étapes de disposer un ensemble d'émetteurs à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs de telle manière que chaque émetteur est associé à au moins deux récepteurs de telle manière que les axes de ces récepteurs coupent l'axe de l'émetteur en des points différents, allumer l'ensemble des émetteurs de lumière de manière successive, identifier l'émetteur, dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet est reçu par au moins un récepteur, déterminer la position de l'objet sur l'axe de l'émetteur privilégié en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers les deux récepteurs de lumière associés à l'émetteur privilégié.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le récepteur servant à l'identification de l'émetteur privilégié est choisi en fonction de l'émetteur concerné. Avantageusement, le récepteur servant à l'identification de l'émetteur privilégié est un récepteur associé à l'émetteur concerné.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le procédé comporte l'étape de doubler le nombre de récepteurs en les disposant symétriquement par rapport aux axes des émetteurs. Selon une variante de l'invention, le procédé comporte les étapes suivantes de disposer, à proximité de ladite zone déterminée, au moins deux émetteurs associés à au moins un récepteur de lumière couvrant la zone déterminée, chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes des émetteurs coupent l'axe du récepteur en des points différents, allumer les émetteurs de lumière de manière successive, déterminer la position de l'objet sur l'axe du récepteur en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur de lumière lors des allumages successifs. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend les étapes de disposer un ensemble d'émetteurs à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs de telle manière que chaque récepteur étant associé à au moins deux émetteurs de telle manière que les axes de ces émetteurs coupent l'axe du récepteur en des points différents, allumer l'ensemble des émetteurs de lumière de manière successive, identifier le récepteur, dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet est reçu par ce récepteur lors de l'allumage d'au moins un des émetteurs, déterminer la position de l'objet sur l'axe du récepteur privilégié, en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur privilégié lors des allumages successifs des émetteurs associés. Les caractéristiques particulières évoqués ci-dessus sont également applicables à cette variante en substituant le terme récepteur au terme émetteur et inversement. Selon un mode de réalisation avantageux, les émetteurs et les récepteurs sont disposés sur une ligne unique. Selon une caractéristique de l'invention, la lumière émise par l'émetteur est de la lumière ordinaire non cohérente.

En particulier, la longueur d'onde de la lumière émise est choisie dans une plage de longueurs d'ondes parmi les plages suivantes : UV, visible et infrarouge. Dans un mode de réalisation, la zone déterminée est définie par un ensemble de voisinages des points d'intersection des axes.

Avantageusement, la zone déterminée comporte un ensemble de zones élémentaires, chacune étant associée à une fonction donnée, de sorte que toute position de l'objet dans une zone élémentaire active la fonction associée à cette zone élémentaire. L'invention concerne également un dispositif de détermination optique pour déterminer la position d'un objet sur une zone déterminée d'une surface sensiblement plane, caractérisé en ce qu'il comporte à proximité de ladite zone déterminée, au moins un émetteur associé à au moins deux récepteurs de lumière couvrant la zone déterminée, chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes des récepteurs coupent l'axe de l'émetteur en des points différents, un moyen de contrôle pour allumer l'émetteur de lumière, un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet sur l'axe de l'émetteur en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers chacun des deux récepteurs de lumière. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend un ensemble d'émetteurs à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs disposés de telle manière que chaque émetteur étant associé à au moins deux récepteurs de telle manière que les axes de ces deux récepteurs coupent l'axe de l'émetteur en deux points différents, un moyen de contrôle pour allumer l'ensemble des émetteurs de lumière de manière successive, un moyen d'identification pour identifier l'émetteur, dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet est reçu par au moins un récepteur, un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet sur l'axe de l'émetteur privilégié, en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers les deux récepteurs de lumière associés à l'émetteur privilégié. Dans une variante de l'invention, le dispositif comprend, à proximité de ladite zone déterminée, au moins deux émetteurs associés à au moins un récepteur de lumière couvrant la zone déterminée, chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes des émetteurs coupent l'axe du récepteur en des points différents, un moyen de contrôle pour allumer les émetteurs de lumière de manière successive, un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet sur l'axe du récepteur en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur de lumière lors des allumages successifs.

Avantageusement, le dispositif selon cette variante comprend un ensemble d'émetteurs à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs de telle manière que chaque récepteur étant associé à au moins deux émetteurs de telle manière que les axes de ces émetteurs coupent l'axe du récepteur en des points différents, un moyen de contrôle pour allumer l'ensemble des émetteurs de lumière de manière successive, un moyen d'identification pour identifier le récepteur, dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet est reçu par ce récepteur lors de l'allumage d'au moins un des émetteurs, un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet sur l'axe du récepteur privilégié, en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur privilégié lors des allumages successifs des émetteurs associés. De tels dispositifs selon l'invention peuvent mettre en oeuvre les caractéristiques particulières des procédés décrits auparavant. Dans une mise en oeuvre particulière de l'invention, ladite zone déterminée correspond à une zone de saisie et chacune des zones élémentaires correspond à une touche. L'invention concerne enfin un terminal de saisie de données comportant un dispositif selon l'invention.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 illustre schématiquement le principe de fonctionnement d'un dispositif de détermination optique de la position d'un objet sur une zone déterminée d'une surface selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement la sensibilité angulaire de récepteurs utilisés dans un procédé selon l'invention ; - la figure 3 représente des courbes de signaux obtenus sur deux récepteurs d'un dispositif de détermination optique selon la figure 1 ainsi qu'une comparaison de ces signaux en fonction de la distance à l'émetteur ; - la figure 4 illustre schématiquement une variante du principe de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est un organigramme montrant le principe de détermination de la position d'un objet avec un dispositif selon la figure 5 ; - la figure 7 représente un mode de réalisation avantageux de l'invention ; - la figure 8 représente les variations, en fonction de la distance à un émetteur sur l'axe de cet émetteur, de signaux réfléchis par l'objet et reçus par chacun des deux récepteurs associés à cet émetteur et d'un rapport calculé entre les signaux réfléchis vers les deux récepteurs associés ; - la figure 9 est une illustration d'un clavier réalisé sur une surface quelconque grâce à l'invention ; - la figure 10 illustre le principe d'un mode particulier de réalisation selon l'invention ; - la figure 11 est une représentation schématique d'une application de l'invention dans le cas d'une surface particulière.

Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 illustre le principe selon l'invention. L'objectif de l'invention est de déterminer la position d'un objet 1 sur une zone déterminée 2 d'une surface. Pour cela, deux récepteurs, R1 et R2, et un émetteur, E1, présentant chacun un axe AR1, AR2 et AE1 le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées.

La figure 2 illustre schématiquement la sensibilité angulaire des récepteurs. L'angle d'ouverture, c'est-à-dire, l'angle pour lequel la sensibilité est divisée par 2, est égal à ao=37 . L'angle maximal d'incidence des rayons captés est d'environ 30 . Le choix de l'angle d'ouverture est important pour la mise en oeuvre de l'invention. En fonction des applications, il peut être modifié. Cependant, quand la sensibilité angulaire est large, la différenciation des différentes positions de l'objet 1 sera difficile et quand la sensibilité angulaire est trop étroite, l'objet 1 pourra sortir des champs des récepteurs. L'influence de la sensibilité angulaire sera précisée dans la suite. La courbe proposée peut également illustrer le profil d'émission. Il est intéressant de focaliser la puissance de l'émission le long de l'axe de l'émetteur AE1 afin de maximiser la quantité de lumière envoyée vers l'objet 1 et ainsi d'augmenter le phénomène de réflexion sur cet objet 1. Cependant, les caractéristiques d'émission sont ici moins critiques que les caractéristiques des récepteurs, l'essentiel étant que l'objet 1 reçoive une quantité de lumière suffisante pour que soit réfléchie une intensité lumineuse suffisante vers les récepteurs R1 et R2. Les récepteurs, R.1 et R2, et l'émetteur E1 sont disposés de manière à ce que leurs axes soient sensiblement parallèles à la surface 2 et à ce que les axes des récepteurs, R1 et R2, coupent l'axe de l'émetteur El en des points différents P1 et P2. Les axes des récepteurs AR1 et AR2 font un angle a avec l'axe de l'émetteur AE1. Lorsque l'émetteur E1 est allumé, la lumière qu'il envoie prend la forme d'un faisceau diffus d'un certain angle d'ouverture autour de son axe d'émission AE1. Une partie de cette lumière est réfléchie et diffusée par l'objet 1. Au vu des profils de sensibilité et d'émission des récepteurs et de l'émetteur, la réflexion directe d'une partie de la lumière émise par l'objet 1, qui est par exemple un doigt, permet que de la lumière soit recueillie en assez grande quantité au niveau du récepteur R1. Une autre partie de la lumière réfléchie et diffusée par l'objet 1 est recueillie au niveau du récepteur R2. On note alors S1 le signal réfléchi par l'objet 1 reçu par le récepteur R1 et S2 le signal réfléchi par l'objet 1 reçu par le récepteur R2.

Si on considère que l'objet, par exemple un doigt, réfléchit la lumière émise de manière uniforme, on obtient, en première approximation : ( ( Y a K.f Otan 1 S1 = (RI1 ) ù X Y2+(x(RIl)ùX)2 K.f tan Y ù a - S2 = X(R12)ùX~ Y2+(1R12)ùX)2 cos 1'2) ù 2T .7C f (8) = cos(c.8) = 0 (0) 0 avec c pour E ' et f = ailleurs. ao 2c 2c 35 Avec

L'invention utilise alors une comparaison des signaux S1 et S2 pour déterminer la position de l'objet 1.

Avantageusement, une telle comparaison utilise le calcul d'un rapport entre S1 et S2. La figure 3 représente un exemple de courbes d'intensité I normalisée obtenues pour les signaux Si, S2 et de la courbe obtenue pour le rapport F1=S1/S2 en fonction de la distance Y à laquelle est placé l'objet 1. L'angle a est égal à 45 , X(Ri) est égal à 2 et X(R2) est égal à 1. Cela signifie que Y(P1) est égal à 2 et Y(P2) est égal à 1. En outre, comme on cherche à connaitre la position de l'objet 1 sur une unique dimension le long de l'axe de l'émetteur passant par l'origine du repère 0, X est pris égal à zéro. On constate que le rapport F1 évolue de manière significative en fonction de la distance Y. C'est la présence d'une telle variation qui est ensuite utilisée pour déterminer, en retour, la distance Y à laquelle l'objet 1 est placé. La sensibilité angulaire des récepteurs est un paramètre important pour obtenir une variation convenable au discernement des distances. En effet, lorsque l'on augmente l'ouverture de la sensibilité angulaire des récepteurs, la courbe obtenue pour le rapport F1 s'aplatit rendant la bijection avec la distance Y à l'émetteur difficile. A l'inverse, une sensibilité trop étroite engendrera des trous dans la bijection pour lesquels il ne sera pas possible d'associer une valeur à une distance Y. Dans ce cas, une solution simple est d'ajouter des récepteurs en associant, à chaque émetteur, N (N>2) récepteurs proches et de sensibilité angulaire étroite. On comprend donc que la sensibilité angulaire ainsi que le nombre de récepteurs utilisés permet de déterminer une plus petite unité de distance différenciable. Cela déterminera la finesse de la détermination de position. Afin d'obtenir une distance absolue entre l'émetteur et l'objet le long de l'axe AE1 de l'émetteur El, il est envisageable d'utiliser une fonction inverse étalonnée du rapport F1 vis-à-vis de la distance Y. La position peut alors être déterminée à quelques millimètres près. Il est souvent aussi intéressant de situer l'objet 1 sur une grille ou sur un ensemble de zones élémentaires, par exemple les cercles Z1 et Z2 représentés en pointillés sur la figure 1. La zone déterminée 2 peut être, comme représenté sur la figure 1, une zone entourant assez largement ces cercles Z1 et Z2 mais également être choisie comme la réunion de ces cercles qui sont des 8 voisinages proches des points d'intersection des axes des récepteurs et des émetteurs. La détermination de la position est alors discrète et se base sur l'utilisation d'une table incluant des intervalles de seuils étalonnés minimaux et maximaux AZ1 et AZ2 pour la valeur du rapport F1, ces intervalles de seuils étant associés à chaque zone élémentaire, ici Z1 et Z2, est alors avantageuse. La figure 4 illustre une variante de l'invention selon laquelle deux émetteurs El et E2 sont utilisés en association avec un même récepteur R1. Les axes AE1 et AE2 des émetteurs El et E2 coupent l'axe du récepteur R1 en deux points distincts. Dans une telle variante, les émetteurs E1 et E2 sont allumés successivement et la réflexion engendrée par un objet 1 placé dans une surface 2 est évaluée à partir de signaux S1 et S2 reçus par le récepteur R1 aux deux instants d'allumage des émetteurs E1 et E2. La fréquence d'allumage est classiquement choisie entre 20 et 200 allumages par secondes. Appliquer le principe selon l'invention revient, dans le cadre de cette variante, à faire une comparaison de ces signaux S1 et S2, avantageusement le calcul d'un rapport entre ces deux signaux, permet de déterminer la distance Y à laquelle se situe l'objet 1 le long de l'axe AR1 du récepteur R1.

Sur la figure 4, la zone déterminée 2 est discrétisée en 4 zones élémentaires représentées par des carrés en pointillés Z1, Z2, Z3 et Z4. Ici la zone déterminée est choisie comme étant le voisinage d'un segment reliant les points d'intersection des axes des récepteurs avec celui de l'émetteur. Une table de quatre intervalles de seuils correspondants à chacune de ces zones élémentaires sera ici utilisée pour situer l'objet 1 sur une des zones élémentaires Z1 à Z4. En raison de la quantité de signal pratiquement réfléchie et d'éventuelles imprécisions sur le positionnement des récepteurs ainsi que sur les mesures elles-mêmes, on obtient une information fiable principalement dans un segment compris entre les deux points P1 et P2 des exemples donnés ci-dessus et dans la zone qui l'entoure. Cela définit avantageusement la zone dite déterminée 2. Par exemple, sur la figure 1, lorsque l'objet 1 se trouve trop proche de l'émetteur E1, il n'est plus possible d'avoir une information fiable sur la distance Y puisque, pour Y<1, la courbe S1/S2 n'est plus bijective. Lorsque l'objet 1 se trouve trop loin, la quantité de signal est trop faible pour être significative, la courbe S1/S2 ne présente plus une pente suffisante. La figure 5 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans lequel, en utilisant un même principe que sur la figure 1, les émetteurs et les récepteurs ont été multipliés mais toujours de manière à garder deux récepteurs pour un émetteur. Une zone déterminée 2 sur laquelle la position d'un objet peut être déterminée est alors accessible. Cette zone 2 est considérablement élargie par rapport à celle obtenue avec seulement un émetteur et deux récepteurs. En outre, on va voir que la position en deux dimensions d'un objet peut alors être déterminée. Ce mode de réalisation met en oeuvre, de manière générale N émetteurs de lumière notés E1 à EN. Dans l'exemple de la figure 5, N est égal à 6.

Il met aussi en oeuvre N+1 récepteurs, notés Rgl à RgN+1. Avantageusement, les récepteurs Rgl à RgN+1 et les émetteurs El à EN sont disposés sur un même côté de la zone déterminée 2. Ils sont disposés sensiblement sur une même ligne d'une barrette 10 les supportant. Les axes des récepteurs sont tels qu'ils font un angle a avec les axes des émetteurs.

Les récepteurs Rgi et Rgi+l, avec i=1 à N, sont dits associés à l'émetteur Ei. On constate qu'un même récepteur est généralement destiné à être associé à deux émetteurs à l'exception des récepteurs extrémaux. Cela induit une économie de matériel pour mettre en oeuvre les principes de l'invention par rapport à la mise en oeuvre de base de la figure 1.

La barrette est munie d'une interface pour que récepteurs et émetteurs qu'elle supporte soient connectés à un module de commande 11, comprenant notamment une unité de commande à microprocesseur 13 et au moins un convertisseur analogique/numérique 12. Le microprocesseur de l'unité de commande 13 inclut un programme destiné à commander le fonctionnement des récepteurs et des émetteurs de la barrette 10 via le convertisseur 12. En particulier, ce prograrme commande l'allumage et l'extinction des émetteurs Ei à des instants T(Ei) déterminés et au minimum la mesure des signaux Si[T(Ei)] et Si+l[T(Ei)] reçus sur chacun des récepteurs Rgi et Rgi+l, associés à l'émetteur Ei.

Afin d'être capable de mesurer les signaux sur les récepteurs dans n'importe quel ordre, il peut être utile de munir le module de commande 11 d'un multiplexeur entre le ou les convertisseurs 12 et l'interface avec la barrette 10. Les données résultant de la conversion des signaux reçus par les récepteurs sont avantageusement enregistrés dans une unité de stockage 14, par exemple du type EEPROM, sous le contrôle de l'unité de commande 13. La figure 6 est un organigramme illustrant la séquence d'instructions programmées dans l'unité de commande 13 pour allumer et éteindre les émetteurs Ei et commander les mesures sur les récepteurs Ri,, Ri+1 associés.

Préalablement à toute mesure, un dispositif selon l'invention doit être étalonné. Par exemple, il s'agit d'établir une table d'intervalles de seuils pour chaque émetteur et mis en correspondance chacun avec une zone élémentaire faisant face à cet émetteur sur la zone déterminée.

Avant toute mesure, il est avantageux qu'une étape d'initialisation ETO ait lieu. Il s'agit notamment de mettre à une valeur initiale, par exemple zéro, la valeur de i. A l'étape ET1, un émetteur est allumé. Les signaux Si et Si+1 sont mesurés sur au moins les récepteurs associés Ri et Ri+1 à l'étape ET2.

L'émetteur Ei est éteint à l'étape ET3. A l'étape E4, la somme des deux signaux Si et Si+1 est calculée. Lors de l'étape ET5, un test est réalisé pour savoir si i est égal à N. Si non, i est incrémenté dans une étape ET6 afin que les étapes ET1 à ET4 soient répétées pour chaque émetteur Ei.

Si oui, l'étape Ef7 au cours de laquelle on détermine quel est l'émetteur Ei pour lequel on obtient un maximum de la somme des signaux Si et Si+l. Cet émetteur est appelé émetteur privilégié EiM. On calcule alors le rapport des signaux FiM=SiM/SiM+1 pour cet émetteur privilégié dans une étape ET8.

A l'étape ET9, la position X,Y de l'objet 1 est alors déterminée. Afin de déterminer la coordonnée en X, on peut se contenter d'utiliser la valeur de iM pour lequel la somme des signaux reçus en provenance de l'émetteur Ei est maximale. Dans ce cas, la coordonnée X de l'objet est directement considérée comme étant égale à la coordonnée de l'émetteur EiM.

Autrement, il est avantageux de calculer la moyenne M des positions des émetteurs pondérée par la somme des signaux reçus calculée auparavant, c'est-à-dire :

N 1.(S7+Si i) Al =1 = N 1Si+Si+1

i=1 Cette moyenne donne une valeur plus affinée pour la coordonnée X et peut notamment permettre de décider quand on obtient des sommes de signaux proches d'un maximum pour deux émetteurs adjacents. 35 La valeur du rapport FiM, quant à elle, donne la valeur de Y selon l'invention en donnant la distance Y de l'objet 1 à la ligne des émetteurs Ei, cette distance Y étant calculée en faisant l'approximation que l'objet est en face de l'émetteur Ei.30 Quand la position de l'objet 1 est à déterminer sur un ensemble de zones élémentaires, une zone élémentaire, par exempleune touche, est alors associée à la position de l'objet dans une étape ET10 et une transmission, par exemple, d'une commande est réalisée dans une étape ET11. L'ensemble des étapes est bouclé sur l'étape ETO. Lorsque l'invention est implémentée suivant la variante présentée sur la figure 4, le récepteur privilégié est avantageusement déterminé comme étant celui pour qui la somme des signaux reçus successivement aux allumages successifs des deux émetteurs qui lui sont associés est maximale. Un organigramme du type de celui de la figure 6 mais illustrant le fonctionnement de la variante de l'invention montrerait qu'à chaque allumage, sauf pour l'allumage des émetteurs extrémaux, deux récepteurs sont activés pour mesurer les signaux reçus. En adoptant la notation R1 à R6 pour les récepteurs ayant pris les places des émetteurs El à E6 de la figure 5 et Egi à Eg7 pour les émetteurs associés ayant pris la place des récepteurs Rgi à Rg7, à l'allumage d'un émetteur Egi, ce sont les récepteurs Ri et Ri+l qui sont ainsi activés pour réaliser une des deux mesures nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention au niveau de chaque récepteur. L'allumage de l'émetteur suivant Egi+1 servira alors pour calculer la position en Y face au récepteur Ri qui réalisera aussi une mesure pendant cet allumage. Pour déterminer la position en Y, on calcule alors le rapport Si/Si+1 entre les signaux reçus par le récepteur Ri lors des allumages successifs des émetteurs Egi et Egi+l. La figure 7 représente un mode de réalisation préféré de l'invention dans lequel on maximise la quantité de lumière reçue et dans lequel on compense les effets d'une réflexion angulaire de l'objet 1 non constante en fonction de l'angle. Les récepteurs Rgi sont doublés par symétrie par rapport à chaque axe d'émetteur Ei par des récepteurs Rdi. L'ensemble des récepteurs Rgi et Rdi reçoit alors le double de lumière et des deux côtés de la réflexion. Au vu de la géométrie du dispositif, un premier signal Si est alors la somme du signal reçu sur le récepteur Rgi et du signal reçu sur le récepteur Rdi+1 et un second signal Si+1 est la somme du signal reçu sur le récepteur Rgi+1 et du signal reçu sur le récepteur Rdi. Selon l'invention, le rapport entre les signaux Si et Si+1 est utilisé pour déterminer la distance Y à laquelle se trouve un objet 1. Ce mode de réalisation permet de gagner en précision et en sensibilité.

La figure 8 est une courbe obtenue pour le rapport Si/!3i+1 en fonction de la distance Y à la ligne formée par les émetteurs Ei sur la barrette 10 du dispositif de la figure 7 avec un angle a égal à 45 . Cette courbe est obtenue avec des récepteurs ayant une sensibilité angulaire proche de celle des récepteurs utilisés sur la figure 3, par exemple, des phototransistors récepteurs de lumière infrarouge Vishay TEKT5400. Les émetteurs utilisés sont des diodes émettrices de lumière infrarouge OSRAM, HDSL4230. On remarque que la courbe présente une pente générale suffisante pour 5 calculer une distance Y absolue jusqu'à environ 14 unités de distance, chaque unité faisant 2,5 mm. La figure 9 donne un exemple de réalisation d'un clavier basé sur le mode de réalisation de la figure 7. Des touches sont gravées sur la zone déterminée 2 face à chacun des émetteurs Ei. Par exemple, les touches 10 représentées sont centrées sur des points situés à 10, 25 et 40 mm de la barrette 10. Elles définissent des zones élémentaires Zik, k=0 à 2 par exemple Z12, Z11, Z10 et Z41 référencés sur la figure, en face de chaque émetteur Ei et recouvrant la touche gravée. Chaque touche Zik est avantageusement associée à une fonction donnée, de sorte que toute position de l'objet 1 dans une zone 15 élémentaire Zik, active la fonction associée à cette zone élémentaire Zik. Un tel clavier peut correspondre à un terminal de saisie permettant une entrée manuelle de données pour ordinateurs, téléphones fixes ou mobiles, PDA ou tout autre appareil électronique. Sur la figure 8, un ensemble d'intervalles de seuils .\Zi0 à AZi2 est 20 représenté. Ils correspondent aux zones élémentaires définies par les touches en face de chaque émetteur Ei et sont donc utilisés pour déterminer la position en Y de l'objet 1 sur une des zones élémentaires Zi0 à Zig faisant chacune quatre unités de distance en longueur le long de l'axe de chaque émetteur Ei et étant séparées de 2 unités de distance. 25 Enfin on remarque que l'invention ne saurait être réduite aux modes de réalisation décrits et qu'il existe diverses alternatives pour mettre en oeuvre l'invention selon les revendications présentées ci-après. Notamment, bien que la détermination de l'émetteur privilégié soit décrit comme utilisant les récepteurs associés pour trouver un maximurn de signal reçu, 30 il est tout à fait envisageable dans certains cas d'utiliser toujours un même récepteur pour l'allumage de tous les émetteurs ou encore, avec une configuration particulière, tous les récepteurs ou encore un autre ou d'autres récepteurs que les récepteurs dits associés sans s'exclure de la portée des revendications. 35 De manière similaire, l'association entre récepteurs et émetteurs pour calculer la distance à l'émetteur peut être de nature variée tant que les axes d'au moins deux récepteurs associés coupent l'axe d'un émetteur en deux points différents.

Il est aussi envisageable selon l'invention d'utiliser un plus grand nombre d'éléments associés à un autre élément, par exemple, trois récepteurs pour un émetteur, les axes de ces trois récepteurs coupant l'axe de l'émetteur en des points différents. Dans un tel cas, des comparaisons entre les signaux seront par exemple réalisées en réalisant le calcul de plusieurs rapports entre ces signaux avec un étalonnage préalable des valeurs de ces rapports en fonction de la distance de l'objet. En outre, les figures 10 et 11 donnent des exemples de modes de réalisation selon l'invention qui peut être implémentée dans diverses situations.

Ainsi, en particulier sur la figure 10, les angles faits par l'émetteur et les récepteurs avec une ligne sur laquelle ils sont placés peuvent être divers sans pour autant se départir de l'invention. L'angle a peut également être varié en fonction des applications. Sur la figure 11, une implémentation de l'invention où les récepteurs et les émetteurs sont placés sur une ligne courbe est présentée.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination optique de la position d'un objet [1] sur une zone déterminée [2] d'une surface sensiblement plane, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - disposer, à proximité de ladite zone déterminée [2], au moins un émetteur [El] associé à au moins deux récepteurs [R1, R2] de lumière couvrant la zone déterminée [2], chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe [AE1, AR1, AR2] sensiblement parallèle à la zone déterminée [2] le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes [AR1, AR2] des récepteurs [R1, R2] coupent l'axe [AE1] de l'émetteur [El] en des points différents [P1,P2], - allumer l'émetteur de lumière [El], - déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe [AE1] de l'émetteur [El] en fonction d'une comparaison des signaux lumineux [Si, Si] réfléchis par l'objet [1] vers chacun des deux récepteurs de lumière [R1, R2].

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison consiste à calculer un rapport [F1=S1/S2] entre les signaux lumineux [Si, S2] reçus par chacun des récepteurs [R1, R2] lors de l'allumage de l'émetteur [E1] associé.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - disposer un ensemble d'émetteurs [El] à proximité de ladite zone déterminée [2] et un ensemble de récepteurs [Rgi], chaque émetteur [Ei] étant associé à au moins deux récepteurs [Rgi, Rgi+l] de telle manière que les axes de ces récepteurs [Rgi, Rgi+l] coupent l'axe de l'émetteur [Ei] en des points différents, - allumer l'ensemble des émetteurs [Ei] de lumière de manière successive, -identifier l'émetteur [EiM], dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] est reçu par au moins un récepteur, - déterminer la position de l'objet [i] sur l'axe de l'émetteur privilégié [EiM], en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] vers les deux récepteurs [RgiM, RgiM+1] de lumière associés à l'émetteur privilégié [EiM]. 15

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le récepteur servant à l'identification de l'émetteur privilégié [EiM] est choisi en fonction de 5 l'émetteur [Ei] oncerné.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le récepteur servant à l'identification de l'émetteur privilégié [EiM] est un récepteur associé à l'émetteur concerné [Ei].

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de doubler le nombre de récepteurs en les disposant symétriquement par rapport aux axes des émetteurs. 15

7. Procédé de détermination optique de la position d'un objet [1] sur une zone déterminée [2] d'une surface sensiblement plane, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - disposer, à proximité de ladite zone déterminée, au moins deux émetteurs [El, E2] associés à au moins un récepteur de lumière [El] couvrant la 20 zone déterminée [2], chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe [AR1, AE1, AE2] sensiblement parallèle à la zone déterminée [2] le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes [AE1, AE2] des émetteurs [E1, E2] coupent l'axe [AR1] du récepteur [R1] en des points 25 différents [P1, P2], - allumer les émetteurs de lumière [El, E2] de manière successive, -déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe du récepteur [AR1] en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] vers le récepteur de lumière lors des allumages successifs des émetteurs. 30

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la comparaison consiste à calculer un rapport [Fi=Si/Si+1] entre les signaux lumineux reçus par le récepteur [Ri] lors des allumages successifs des émetteurs [Egi, Egi+1] qui lui sont associés.

9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 10 35- disposer un ensemble d'émetteurs [Egi] à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs [Ri], chaque récepteur [Ri] étant associé à au moins deux émetteurs [Egi, Egi+1] de telle manière que les axes de ces émetteurs [Egi, Egi+1] coupent l'axe du récepteur [Ri] en des points différents, - allumer l'ensemble des émetteurs [Egi, Egi+1] de lumière de manière successive, - identifier le récepteur, dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet est reçu par ce récepteur lors de l'allumage d'au moins un des émetteurs, - déterminer la position de l'objet sur l'axe du récepteur privilégié, en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur privilégié lors des allumages successifs des émetteurs associés.

10. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'émetteur servant à l'identification du récepteur privilégié est choisi en fonction du récepteur concerné.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'émetteur servant à l'identification du récepteur privilégié est un émetteur associé au récepteur concerné.

12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de doubler le nombre d'émetteurs en les disposant symétriquement par rapport aux axes des récepteurs.

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de récepteurs et/ou la sensibilité angulaire des récepteurs est adaptée pour permettre une précision choisie de la mesure de position.

14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'émetteur(s) et récepteurs sont disposés sur une ligne unique.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 35 ce que la lumière émise par l'(es) émetteur(s) est de la lumière ordinaire non cohérente.30

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la longueur d'onde de la lumière émise est choisie dans une plage de longueurs d'ondes parmi les plages suivantes : UV, visible et infrarouge.

17. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone déterminée est définie par un ensemble de voisinages des points d'intersection des axes.

18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone déterminée [2] comporte un ensemble de zones élémentaires [Z1, Z2, Z10, Z11, Z12, Z41], chacune étant associée à une fonction donnée, de sorte que toute position de l'objet [1] dans une zone élémentaire active la fonction associée à cette zone élémentaire.

19. Dispositif de détermination optique pour déterminer la position d'un objet [1] sur une zone déterminée [2] d'une surface sensiblement plane, caractérisé en ce qu'il comporte : - à proximité de ladite zone déterminée [2], au moins un émetteur [El] associé à au moins deux récepteurs de lumière [R1, R2] couvrant la zone déterminée [2], chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe [AE1, AR1, AR2] sensiblement parallèle à la zone déterminée [2] le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes [AR1, AR2] des récepteurs [R1, R2] coupent l'axe [AE1]de l'émetteur [E1] en des points différents [P1, P2], - un moyen de contrôle pour allumer l'émetteur de lumière [El], - un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe de l'émetteur [El] en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] vers chacun des deux récepteurs de lumière [R1, R2].

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte : - un ensemble d'émetteurs [Ei] à proximité de ladite zone déterminée [2] et un ensemble de récepteurs [Ri] disposés, chaque émetteur [Ei] étant associé à au moins deux récepteurs [Rgi, Rgi+1] de telle manière que les axes de ces deux récepteurs [Rgi, Rgi+1] coupent l'axe de l'émetteur [Ei] en deux points différents, - un moyen de contrôle pour allumer l'ensemble des émetteurs de lumière [Ei] de manière successive,- un moyen d'identification pour identifier l'émetteur [EiM], dit privilégié, pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] est reçu par au moins un récepteur, - un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe de l'émetteur privilégié [AEiM], en fonction d'une comparaison des signaux lumineux [SiM/SiM+l] réfléchis par l'objet [1] vers les deux récepteurs de lumière [RiM, RiM+1] associés à l'émetteur privilégié [EiM].

21. Dispositif de détermination optique pour déterminer la position d'un 10 objet [1] sur une zone déterminée [2] d'une surface sensiblement plane, caractérisé en ce qu'il comporte : - à proximité de ladite zone déterminée, au moins deux émetteurs [El, E2] associés à au moins un récepteur de lumière [R1] couvrant la zone déterminée [2], chaque émetteur et récepteur de lumière présentant un axe [Al, 15 AE2, AR1] sensiblement parallèle à la zone déterminée le long duquel une émission maximale, respectivement une sensibilité angulaire maximale, sont observées, de manière telle que les axes [AE1, AE2] des émetteurs coupent l'axe [AE1] du récepteur en des points différents, - un moyen de contrôle pour allumer les émetteurs de lumière [E1, E2] 20 de manière successive, - un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe du récepteur [AR1] en fonction d'une comparaison des signaux lumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur de lumière [R1] lors des allumages successifs. 25

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte : - un ensemble d'émetteurs [Ei] à proximité de ladite zone déterminée et un ensemble de récepteurs [Ri], chaque récepteur [Ri] étant associé à au moins 30 deux émetteurs [Ei, Ei+1] de telle manière que les axes de ces émetteurs [Ei, Ei+1] coupent l'axe du récepteur [Ri] en des points différents, - un moyen de contrôle pour allumer l'ensemble des émetteurs de lumière [Ei] de manière successive, - un moyen d'identification pour identifier le récepteur, dit privilégié, 35 pour lequel un maximum des signaux lumineux réfléchis par l'objet [1] est reçu par ce récepteur lors de l'allumage d'au moins un des émetteurs, - un moyen de traitement pour déterminer la position de l'objet [1] sur l'axe du récepteur privilégié, en fonction d'une comparaison des signauxlumineux réfléchis par l'objet vers le récepteur privilégié lors des allumages successifs des émetteurs associés.

23. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que émetteur(s) et récepteurs sont disposés sur une ligne unique [10].

24. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que la zone déterminée [2] est définie par un ensemble de voisinages des points d'intersection des axes.

25. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que la zone déterminée [2] comporte un ensemble de zones élémentaires [Z1, Z2 , Z12], chacune étant associée à une fonction donnée, de sorte que toute position de l'objet [1] dans une zone élémentaire active la fonction associée à cette zone élémentaire.

26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que ladite zone déterminée correspond à une zone de saisie et chacune des zones élémentaires correspond à une touche.

27. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 26, caractérisé en ce que la lumière émise par l'émetteur est de la lumière ordinaire non cohérente.

28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que la 25 longueur d'onde de la lumière émise est dans la plage de longueurs d'ondes parmi les plages suivantes : UV, visible et infrarouge.

29. Terminal de saisie de données comportant un dispositif selon l'une des revendications 19 à 28.20