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WO2016034380A1 - Dispositif d'interface de commande et capteur d'empreintes digitales - Google Patents

Dispositif d'interface de commande et capteur d'empreintes digitales Download PDF

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Publication number
WO2016034380A1
WO2016034380A1 PCT/EP2015/068521 EP2015068521W WO2016034380A1 WO 2016034380 A1 WO2016034380 A1 WO 2016034380A1 EP 2015068521 W EP2015068521 W EP 2015068521W WO 2016034380 A1 WO2016034380 A1 WO 2016034380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
capacitive
measurement
measuring
interface device
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/068521
Other languages
English (en)
Inventor
Didier Roziere
Original Assignee
Fogale Nanotech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fogale Nanotech filed Critical Fogale Nanotech
Priority to US15/507,756 priority Critical patent/US10860137B2/en
Publication of WO2016034380A1 publication Critical patent/WO2016034380A1/fr

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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04107—Shielding in digitiser, i.e. guard or shielding arrangements, mostly for capacitive touchscreens, e.g. driven shields, driven grounds

Definitions

  • the present invention relates to a touch interface device and fingerprint reading. It also relates to an apparatus comprising such a device.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of the human-machine interface devices.
  • More and more portable devices including smartphone or tablet type, are equipped with a security device using a fingerprint reader.
  • This fingerprint reader is used to identify the user, for example to allow the unlocking of the device or performing another function.
  • total pixel matrix sensors which comprise a matrix of capacitive measurement electrodes (corresponding to pixels) distributed over a surface. These sensors require a relatively large surface, of the order of 1 to 2 cm 2 , and a very large number of pixels (electrodes);
  • linear or so-called “reduced matrix” sensors which comprise one or more rows of capacitive measuring electrodes (corresponding to pixels).
  • Matrix sensors are more sophisticated but more robust because a simple fingertip is enough to measure an image of the fingerprint.
  • the capacitive measuring electrodes are deposited directly on one side of an integrated circuit of the apparatus.
  • Linear sensors are more economical in terms of cost of integration, but they require a more complex management for the reconstruction of the image of the fingerprint. Indeed, it is necessary to slide the finger on the sensor to acquire a complete image.
  • Some additional sensors are generally used to estimate the position and movement of the finger to reconstruct the image of the fingerprint.
  • An economical solution for their realization consists in depositing the electrodes on a printed circuit. It is thus possible to shift the sensor of the integrated measuring circuit.
  • the printed circuit may be flexible (for example polyimide).
  • the resolution required to perform fingerprint measurements is approximately 500 dpi (dots or pixels per inch).
  • dpi dots or pixels per inch.
  • the size of these capacitive measuring electrodes must therefore be of the order of a few tens of micrometers.
  • the measurement principle generally used in known fingerprint sensors is based on a measurement of coupling capacity disturbances between transmitting and receiving electrodes. This mode of measurement is referred to as mutual capacity measurements ("mutual capacitance”), or "mutual" mode.
  • the receiving electrodes are distributed in a row.
  • a transmitting track is placed near these receiving electrodes, so as to follow them.
  • the receiver electrodes are connected to charge amplifiers.
  • a so-called “mutual" coupling capacitance is created between each receiving electrode and the transmitting track.
  • the mutual capabilities that is to say, coupling between the emitting electrode and the receiving electrodes
  • These capacities are more or less modified according to the distance that separates the sensor locally from the finger, that is to say according to the relief of the skin of the finger.
  • the coupling capacity measurement technique is also frequently used in touch panels of the control interfaces of portable devices of the smartphone or tablet type, for example. It is known to pool electrodes and / or electronic detection elements between the touch screen and the fingerprint sensor, in particular to limit the size and power consumption.
  • the capacitance variations measured at the fingerprint sensor are 10 to 100 times lower than for the actual touch interface. . This poses problems of sensitivity and dynamics of the detection electronics.
  • the electrodes of the impression sensor are too far from the finger, which generates, in addition to sensitivity problems, a phenomenon of spreading or spatial averaging of the relief of the imprints which degrades the measurement.
  • Tactile slabs are also known which implement a principle of measurement of the capacity called “self” by directly measuring the capacitance created between the electrodes and the objects (fingers).
  • touch screens allow to detect an object such as a finger more than one centimeter away from the sensitive surface.
  • the capacities are of very low value and of the same order of magnitude as the capacitances measured by capacitive fingerprint sensors. They therefore require detection electronics of very high sensitivity.
  • the touch screen may comprise individual measurement electrodes distributed over its surface, according to a provision matrix.
  • the number of electrodes is then quite high, for example of the order of 200 for a smartphone.
  • the electrodes can also be organized in rows and columns on the surface of the touch screen, as for the measurement mode "mutual" coupling capabilities.
  • the object of the present invention is in particular to propose a tactile and contactless control interface capable of operating in "self" mode which makes it possible to integrate a fingerprint reader using the same detection electronics, in particular in order to minimize the costs. , congestion and power consumption.
  • Another object of the present invention is to propose such a device using a single detection electronics with a fingerprint reader whose arrangement of the electrodes and the position can be distinct and independent of the touch screen, in order to allow a separate optimization of the user interface (touchscreen) and the fingerprint sensor.
  • the present invention also aims to provide such a device that allows, using the same measurement channels, to limit crosstalk and allow a robust distinction of events between the fingerprint sensor and the touchscreen.
  • a human machine interface device comprising:
  • a touch surface provided with capacitive first measuring electrodes with a detection face for detecting control objects
  • a fingerprint sensor provided with second capacitive measurement electrodes distinct from the first electrodes, with a detection face for detecting fingerprints;
  • capacitive electronic detection means arranged so as to enable the detection of control objects in a vicinity of the first electrodes by measuring a capacitive coupling between said first measurement electrodes and said control objects;
  • said capacitive electronic sensing means comprise electrically connected inputs simultaneously to at least one first measuring electrode and at least one second measuring electrode.
  • the detection face of the first and second measurement electrodes respectively corresponds to their face on which side the object or objects to be detected.
  • the first measurement electrode (s) and the second measurement electrode (s) connected to the same input of the detection means may be arranged in series along a connection track, and / or connected to this entry through at least partially separate runways.
  • the device according to the invention may furthermore comprise:
  • At least one first guard surface disposed near the first capacitive measuring electrodes in a face opposite to their detection face and polarized at an identical or substantially identical electrical potential to the potential of at least a portion of said first measurement electrodes capacitive;
  • At least one second guard surface disposed near the second capacitive measuring electrodes in a face opposite to their detection face, and polarized at an identical or substantially identical electrical potential to the potential of at least a portion of said second measurement electrodes capacitive.
  • the first and / or second guard surfaces can thus be respectively polarized to an electrical potential (called "guard") sufficiently close to the electrical potential of certain electrodes that they protect (or substantially identical to this potential) to prevent the appearance parasitic capacitances between these guard surfaces and the corresponding electrodes.
  • guard an electrical potential
  • these guard surfaces avoid or strongly limit the appearance of parasitic capacitances between the measurement electrodes and the device under the guard surface or surfaces.
  • the potential of guard can be an alternative potential or the mass.
  • the first and second guard surfaces can: be made in the form of a single, continuous guard surface which protects all the electrodes and the connecting tracks;
  • the device according to the invention may further comprise an upper guard surface disposed near the first capacitive measuring electrodes according to their detection face, and excited to an electrical potential identical to or substantially identical to the potential of at least a portion of said first capacitive measuring electrodes.
  • This upper guard surface may comprise openings with respect to the first measurement electrodes (so as to allow measurements), and cover the tactile surface between or around the first measurement electrodes, in particular opposite the connection tracks to the electronics. . It thus makes it possible in particular to prevent the detection of control objects being disturbed by a capacitive coupling with the connection tracks.
  • the interface device may comprise first measurement electrodes arranged in one of the following forms:
  • the interface device according to the invention may comprise second measurement electrodes arranged in a matrix form.
  • the interface device may comprise second measurement electrodes arranged along at least one measurement line, and arranged so as to enable fingerprint detection of a corresponding control object. a finger running perpendicular to said measurement line (s).
  • the interface device according to the invention may further comprise a guard surface polarized at an electrical potential identical to or substantially identical to the potential of at least a portion of the second measurement electrodes, which guard surface being disposed near said second electrodes according to their face detection and comprising an opening corresponding to the measurement line.
  • the interface device may comprise capacitive electronic detection means arranged so as to enable the measurement of fingerprints by measuring a capacitive coupling between the second measurement electrodes and an object. corresponding to a finger.
  • the interface device may furthermore comprise at least one excitation electrode arranged along the measurement line in capacitive coupling with the second measurement electrodes, and electronic detection means.
  • capacitive capacitors arranged to enable measurement of fingerprints by measuring the capacitive coupling disturbances between said at least one excitation electrode and said second measurement electrodes due to the presence of a control object corresponding to a finger.
  • the interface device may comprise capacitive electronic detection means with switching means making it possible to configure them so as to measure from the same inputs, or a capacitive coupling between the first electrodes.
  • measuring device and at least one control object ie a disturbance of the capacitive coupling between the at least one excitation electrode and the second measurement electrodes due to a control object.
  • the interface device may comprise capacitive electronic detection means with an oscillator for exciting the first capacitive measuring electrodes to an alternating excitation potential at least during capacitive coupling measurements between the first measurement electrodes and one or more control objects.
  • the interface device according to the invention may comprise capacitive electronic detection means partially referenced to an identical alternating electric potential or substantially identical to the alternating excitation potential, at least during measurements of capacitive coupling between the first measurement electrodes and one or more control objects.
  • an apparatus comprising an interface device according to the invention.
  • the apparatus of the invention may comprise a touch surface with first measurement electrodes superimposed on a display screen.
  • the apparatus according to the invention may comprise a fingerprint sensor with second measuring electrodes arranged in at least one layer located opposite the display screen with respect to the first electrodes. measurement.
  • the second electrodes of the fingerprint sensor can be superimposed on those of the touch surface (the first electrodes) and closer to the contact surface of this interface, which allows an optimal measurement configuration. It should also be noted that the second electrodes can then be superimposed on the display screen.
  • the apparatus according to the invention may comprise a fingerprint sensor with second measurement electrodes arranged in one or more layers as the first measurement electrodes.
  • the apparatus according to the invention may comprise a fingerprint sensor distinct from the display screen.
  • the fingerprint sensor may then be in particular disposed on the housing of the device next to the screen, or on a control button.
  • the device according to the invention can be in particular of the telephone, smartphone or tablet type.
  • FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) respectively illustrate first and second embodiments of apparatus according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of an interface device according to the invention
  • FIG. 3 illustrates a second embodiment of an interface device according to the invention
  • FIG. 4 illustrates a third embodiment of an interface device according to the invention
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of detection electronics according to the invention.
  • Such apparatus 10 typically comprises a display screen 12 with a superimposed surface or touch interface 13.
  • the assembly constitutes a user interface that allows a user to control the apparatus 10 by means of one or more control objects 11 such as fingers.
  • the touch interface includes substantially transparent capacitive electrodes. They are made of a substantially transparent conductive material, such as for example ⁇ (indium-tin oxide) deposited on a dielectric material (glass or polymer). They are superimposed on the display screen 13 which is for example TFT (thin-film transistor) or OLED (organic light-emitting diodes).
  • a substantially transparent conductive material such as for example ⁇ (indium-tin oxide) deposited on a dielectric material (glass or polymer). They are superimposed on the display screen 13 which is for example TFT (thin-film transistor) or OLED (organic light-emitting diodes).
  • the apparatus according to the invention further comprises a fingerprint reader 14 which can be used as an electronic lock to unlock the apparatus 10, or to identify the user by means of his fingerprints for applications which require a identification (instead of entering a password for example).
  • This fingerprint reader 14 is provided with capacitive measuring electrodes.
  • It can be located outside the display screen, as shown in FIG. 1 (a). It can be especially on the body of the device 14 or integrated into a control button.
  • it can be made in the form of a printed circuit, possibly flexible, with the electrodes deposited in the form of tracks or pellets.
  • the fingerprint reader 14 may also be located on the display screen as shown in FIG. 1 (b).
  • the capacitive electrodes of the fingerprint reader 14 are made of a transparent material such as ⁇ .
  • They can be made in the same layers as the electrodes of the touch interface 13.
  • the capacitive electrodes of the fingerprint reader 14 are made in the form of layers located closer to the surface of the touch interface than the electrodes of the latter.
  • the electrodes of the touch interface 13 are made in the form of layers under a protective glass, or more precisely between the display screen 12 and the protective glass. It follows that they can be close to half a millimeter from the surface, which is acceptable in view of their size.
  • the capacitive electrodes of the fingerprint reader 14 can then be made on layers above the glass or towards its surface. They are then separated from the surface by a thinner protective layer, of the order of a few tens to a few hundred micrometers in thickness, for example. Thus, it is possible to obtain a better capacitive coupling with a finger 11 to be measured, and to improve the lateral resolution of the measurement. Indeed, these electrodes are of very small size and not to degrade the spatial resolution it is necessary to limit the finger-electrode distance.
  • the area in which the electrodes of the fingerprint reader 14 can detect a finger 11 is defined as the detection area of the fingerprint reader 14.
  • Fig. 2 illustrates an embodiment in which the touch interface 13 comprises electrodes 21 arranged in rows and columns.
  • the fingerprint reader 14 comprises electrodes 22 arranged in line along a measurement line.
  • the interface also comprises capacitive electronic detection means 20.
  • This capacitive detection electronics 20 comprises inputs connected to the electrodes 21 of the touch interface 13. At least some of these inputs are also connected to the electrodes 22 of the fingerprint reader. 14.
  • a capacitive sensing electronics 20 with a number of inputs close to the number of inputs needed to control the device among the touch interface 13 and the fingerprint reader 14 which includes the most of electrodes (and in any case a number of inputs less than the total number of electrodes of the touch interface 13 and accumulated fingerprint reader).
  • this capacitive detection electronics 20 may comprise additional inputs, or inputs specifically dedicated to the fingerprint reader 14 or to the touch interface 13.
  • FIG. 2 (as in Fig. 3 and Fig. 4) is purely schematic.
  • the pitch of the rows and columns of electrodes 21 of the touch interface 13 is of the order of 4 to 5 millimeters
  • the dimension of the electrodes of the fingerprint sensor 14 is of the order of 30 to 100 microns.
  • the capacitive measurement at the electrodes 21 of the touch interface 13 and at the level of the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 is of the "self" type: the capacitive detection electronics 20 are arranged so as to measure the capacitance created between these electrodes 21, 22 and one or more finger (s) 11 (or other control objects) present in the vicinity. Its sensitivity is in particular sufficient to detect remote control objects 11 in a vicinity of the surface of the touch interface 13.
  • the capacitive detection electronics 20 is not a priori able to distinguish whether measurements are derived from the capacitive coupling of a control object 11 with an electrode 21 of the touch interface or with the electrode 22 of the sensor. footprint 14 connected to the same entrance.
  • one solution consists in actuating the presence detection of the presence of control object 11 without contact above the touch interface 13 when the impression sensor 14 is not used. .
  • a finger scrolling on the electrodes 22 of the fingerprint sensor 14 does not generate the same forms of signals as a finger that flies over or touches the touch interface 13.
  • the finger 11 on the sensor d fingerprint 14 is in capacitive coupling with all the electrodes 22 of this fingerprint sensor 14 while it does not generate coupling with certain electrodes of the touch interface 13 (the electrodes 21 in lines in the example of FIG. 1).
  • a few electrodes (not shown) on the fingerprint sensor 14 that are not connected to electrodes 21 of the touch interface. , and which thus make it possible to detect the presence of a finger 11 without ambiguity. These electrodes can also be used to detect the position and movement of the finger 11.
  • the fingerprint sensor 14 further comprises an upper guard surface 23 which is biased to the electrical potential of the electrodes 22.
  • This upper guard surface 23 is preferably placed on the electrodes 22 side towards the zone. detection, so in a plane closer to the measurement surface (that is to say the surface on which the finger 11 is placed) than the electrodes 22. It comprises an opening facing the electrodes 22 which defines a line measurement.
  • This guard (whose operation is explained more precisely later) eliminates the leakage capacitance between the electrodes 22 and the environment. It also makes it possible to confine the measurement by limiting the sensitivity of the electrodes 22 of the fingerprint sensor 14 to the objects 11 which are not directly opposite or facing these electrodes 22.
  • the capacitive measurement at the electrodes 21 of the touch interface 13 can be performed in "mutual" mode.
  • electrodes 21 in rows or in columns are used as excitation electrodes, and the electrodes 21 in the other direction are used as receiving electrodes.
  • the measurement at the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 remains of the "self" type.
  • the capacitive measurement at the electrodes 21 of the touch interface 13 can be switched between a "mutual" mode to detect one or more objects in contact, and a "self” mode to detect a single object at a distance.
  • the measurement at the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 remains of the "self" type.
  • Fig. 3 illustrates an embodiment in which the touch interface 13 comprises electrodes 21 arranged in a matrix arrangement.
  • This arrangement of the electrodes has the particular advantage of allowing the detection of several control objects 11 unambiguously, in contact and / or at a distance without contact.
  • the fingerprint reader 14 comprises electrodes 22 arranged in line along a measurement line.
  • the interface also comprises capacitive electronic detection means 20.
  • This capacitive detection electronics 20 comprises inputs connected to the electrodes 21 of the touch interface 13. Some of these inputs are also connected to the electrodes 22 of the fingerprint reader 14. Thus, it is possible to produce a capacitive sensing electronics 20 which comprises only a number of inputs close to the number of inputs required to control the touch interface 13, and which makes it possible to simultaneously control the fingerprint reader. digital 14.
  • the number of electrodes 21 of the touch interface 13 is close to the number of electrodes 22 of the fingerprint reader 14 (for example of the order of 200 electrodes).
  • the invention makes it possible to reduce by almost a factor of 2 the number of necessary inputs, or the number of integrated circuits required, of the capacitive detection electronics 20.
  • this capacitive detection electronics 20 may comprise additional inputs, or inputs specifically dedicated to the fingerprint reader 14 or to the touch interface 13.
  • the capacitive measurement at the electrodes 21 of the touch interface 13 and at the level of the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 is of the "self" type: the capacitive detection electronics 20 is arranged so as to measure the capacitance created between these electrodes 21, 22 and one or the finger (s) 11 (or other control objects) present nearby. Its sensitivity is sufficient to detect remote control objects 11 in a vicinity of the surface of the touch interface 13.
  • the capacitive detection electronics 20 is not a priori able to distinguish whether measurements are derived from the capacitive coupling of a control object 11 with an electrode 21 of the touch interface or with the electrode 22 of the sensor. footprint 14 connected to the same entrance.
  • one solution consists in actuating the presence detection of the presence of control object 11 without contact above the touch interface 13 when the impression sensor 14 is not used. .
  • This detection can be carried out for example by analyzing a shape or a signature of the measurement signals coming from the electrodes.
  • a finger scrolling on the electrodes 22 of the fingerprint sensor 14 does not generate the same forms of signals as a finger that flies over or touches the touch interface 13. Indeed, for example, the finger 11 on the sensor d fingerprint 14 is in capacitive coupling with all the electrodes 22 of this fingerprint sensor 14 while it does not generate coupling with certain electrodes of the touch interface 13.
  • a few electrodes (not shown) on the fingerprint sensor 14 that are not connected to electrodes 21 of the touch interface. , and which thus make it possible to detect the presence of a finger 11 without ambiguity. These electrodes can also be used to detect the position and movement of the finger 11.
  • the touch interface 13 placed at the periphery can add capacity to the measurement when the device is held in the hand (grip). This is due to the edge effects and if these capabilities are added to the capabilities to be measured with the finger 11 to be identified with the fingerprint sensor 14, this could cause improper fingerprint identification. It is also possible to eliminate the edge capacitances measured by the electrodes of the touch interface 13 by using filters which would cancel these capacitances because they have a quasi-static variation with respect to the capacitances created by the sliding of the finger 11 to be identified on the sensor of the sensor. footprint 14 (the capture is a static phenomenon, while the fingerprint measurement generates a signal with a larger dynamic content).
  • the detection of one or more contacts on the touch interface 13 is not affected in performance by accidental contact. between a finger 11 and the impression sensor 14.
  • the fingerprint sensor 14 further comprises an upper guard surface 23 which is biased to the electric potential of the electrodes 22.
  • This upper guard surface 23 is preferably placed on the electrodes 22 side towards the detection zone, so in a plane closer to the measuring surface than the electrodes 22. It comprises an opening facing the electrodes 22 which defines a measurement line.
  • This guard (whose operation is explained more precisely later) eliminates the leakage capacitance between the electrodes 22 and the environment. It also makes it possible to confine the measurement by limiting the sensitivity of the electrodes 22 of the fingerprint sensor 14 to the objects 11 which are not directly opposite or facing these electrodes 22.
  • Fig. 4 illustrates an embodiment in which the touch interface 13 comprises electrodes 21 arranged in a matrix arrangement.
  • the fingerprint reader 14 comprises electrodes 22 arranged in line along a measurement line.
  • the interface also comprises capacitive electronic detection means 20.
  • This capacitive detection electronics 20 comprises inputs connected to the electrodes 21 of the touch interface 13. Some of these inputs are also connected to the electrodes 22 of the fingerprint reader 14. Thus, it is possible to produce capacitive sensing electronics 20 which comprises only a number of inputs close to the number of inputs necessary for the control of the touch interface 13, and which makes it possible to simultaneously control the fingerprint reader 14.
  • the number of electrodes 21 of the touch interface 13 is close to the number of electrodes 22 of the fingerprint reader 14 (for example of the order of 200 electrodes).
  • the invention makes it possible to reduce by almost a factor of 2 the number of necessary inputs, or the number of integrated circuits required, of the capacitive detection electronics 20.
  • this capacitive detection electronics 20 may comprise additional inputs, or inputs specifically dedicated to the fingerprint reader 14 or to the touch interface 13.
  • the capacitive measurement at the electrodes 21 of the touch interface 13 is of the "self" type: the capacitive sensing electronics 20 is arranged to measure the capacitance created between these electrodes 21 and one or more fingers ) 11 (or other control objects) nearby. Its sensitivity is sufficient to detect remote control objects 11 in a vicinity of the surface of the touch interface 13.
  • the fingerprint reader 14 operates in "mutual" mode. It comprises an excitation electrode 40 located in the vicinity of the measurement electrodes 22. This mode of operation "mutual" with the excitation electrode 40 has the particular advantage of enabling the activation and deactivation of the sensor operation. footprints 14.
  • the electronics 20 activates the excitation electrode 40 and processes the measurement of the capacitances detected by the electrodes 22 by taking as a reference the signal which excites the excitation electrode 40.
  • this excitation signal is not present on the touch interface 13
  • the impression sensor 14 can not detect a variation of capacity at this touch interface 13 even if fingers 11 or objects are above or in contact with the sensitive surface of the touch interface.
  • This embodiment thus makes it possible to avoid measurement ambiguities between the touch interface 13 and the fingerprint sensor.
  • the use of the excitation electrode 40 allows a spatial confinement of the measurement zone since only the disturbances of the coupling between this excitation electrode 40 and the measurement electrodes 22 are measured.
  • the excitation electrode 40 is placed on the electrodes 22 side towards the detection zone. It can thus be made in a plane closer to the measuring surface than the electrodes 22.
  • the fingerprint sensor 14 further comprises an upper guard surface 23 (not shown in Fig. 4) located on the electrodes 22 side towards the detection zone.
  • This upper guard surface 23 comprises an opening facing the electrodes 22 and the excitation electrode 40 which allows the interactions necessary for the measurements. It should be noted that this upper guard surface 23 is not essential, since the confinement of the measurement is realized by the zone of interaction between the excitation electrode 40 and the measurement electrodes 22. however, to limit parasitic couplings and to improve overall measurement accuracy.
  • the excitation electrode 40 may be made in the same plane or on the same layer as the upper guard 23. In addition, when the touch interface 13 is used, this excitation electrode 40 may be releasable. the potential of the upper guard 23 and thus contribute to the protection against parasitic couplings.
  • FIG. 1 In the embodiments presented in connection with FIGS. 2, FIG.
  • guard elements in the form of guard electrodes or guard planes are respectively positioned according to the rear face of the measuring electrodes 21 of the touch interface 13 and the measuring electrodes 22 of the impression sensor 14, relative to the detection areas of the control objects 11. These guard elements have the function of avoiding parasitic electrical couplings between the measuring electrodes 21, 22 and their environment.
  • guard elements are excited or biased to an electrical potential that is substantially identical to the potential of the measurement electrodes that they use. protect (or at least at an electrical potential substantially identical to the potential of some of them).
  • the touch interface 13 comprises an interface guard surface 24 made with a layer of a substantially transparent conductive material, such as for example ⁇ (indium tin oxide).
  • This interface guard 24 is separated from the measurement electrodes 21 by a layer of dielectric material.
  • the fingerprint reader 14 also comprises a reader guard surface 25 disposed along the face of the electrodes 22 opposite to the detection zone, therefore between the electrodes 22 and the rest of the apparatus 10.
  • the touch interface 13 may further comprise an upper interface guard surface (not shown) located on the electrode side 21 towards the detection zone.
  • This upper interface guard surface is perforated with respect to the electrodes 21 to allow the measurements, and arranged so as to protect the areas around these electrodes 21, and in particular those comprising connecting tracks.
  • the interface guard surface 24 and the drive guard surface 25 are biased at the same potential. They can be electrically connected or even be part of the same guard plan. Preferably, they extend respectively under the connection tracks between the electrodes 21 of the touch interface 13 and the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 as much as possible to protect these tracks.
  • the upper guard surface 23 and the upper interface guard surface are biased at the same potential as the interface guard surface 24 and the guard guard surface 25. Preferably, they extend respectively above the connection tracks between the electrodes 21 of the touch interface 13 and the electrodes 22 of the fingerprint reader 14 as much as possible to protect these tracks.
  • capacitive electronic sensing means 20 we will now describe an embodiment of capacitive electronic sensing means 20.
  • This embodiment of the electronics is more particularly adapted to the implementation of the interface device according to the embodiment described with reference to FIG. 4.
  • This electronics comprises a mode switch 59 which makes it possible to configure it in two different ways, to perform respectively:
  • the configuration illustrated in FIG. 5 corresponds to the configuration for making capacitance measurements between the measuring electrodes 21 of the touch interface 13 and one or more control objects 11, in "self" mode.
  • the capacitive electronic sensing means 20 are configured so as to provide a floating bridge capacitive measuring system as described for example in the document FR 2756048 of Rozière.
  • the detection circuit comprises a so-called floating portion 56 whose reference potential 51, called guard potential 51, oscillates with respect to the mass 53 of the overall system, which may be earth.
  • the AC potential difference between the guard potential 51 and the ground 53 is generated by an excitation source, or an oscillator 54 and the mode switch 59.
  • This mode switch 59 (which is an electrical switch) is arranged to connect the guard 51, either to the oscillator 54 or to the ground 53. In the configuration of FIG. 5, it is therefore positioned to connect the oscillator 54 to the guard 51.
  • guard elements described above are connected to the guard potential 51.
  • the excitation electrode 40 which is connected to the output of the oscillator 54 is connected to the guard potential 51 and contributes to the guard.
  • the floating portion 56 comprises the sensitive portion of the capacitive sensing, shown in FIG. 5 by a charge amplifier. It may of course include other means for processing and conditioning the signal, including digital or microprocessor-based signals, also referenced to the guard potential 51. These processing and conditioning means make it possible, for example, to calculate distance and contact information from capacitive measurements.
  • floating feed transfer means 55 comprising for example DC / DC converters.
  • This capacitive detection electronics 20 thus makes it possible to measure capacitance information between at least one measuring electrode 21 of the touch interface 13 and a control object 11 ("self" mode).
  • the control object 11 must be connected to a potential different from the guard potential 51, such as, for example, the ground potential 53.
  • a potential different from the guard potential 51 such as, for example, the ground potential 53.
  • the capacitive detection electronics 20 makes it possible to measure coupling capacity information between the excitation electrode 40 and at least one measurement electrode 22 of the fingerprint sensor 14, in "mutual" mode.
  • the mode switch 59 is positioned to connect the guard potential 51 to the ground potential 53.
  • the guard potential 51 corresponds to the ground potential 53 and all the electronics, including the sensitive part of the capacitive detection shown in FIG. 5 by a charge amplifier, is referenced to the ground potential 53.
  • the excitation electrode 40 is always connected to the output of the oscillator 54. It is therefore polarized at the alternating excitation potential of this oscillator 54. In this case, a capacitive coupling is established between this excitation electrode 40 and the measurement electrodes 22, which is measured by the detection electronics. The presence of a finger 11 in the vicinity, for example at the ground potential 53, modifies this capacitive coupling, which makes it possible to obtain a measurement.
  • the capacitive detection electronics 20 when the capacitive detection electronics 20 is configured in "mutual" mode to measure coupling capacitors at the level of the fingerprint reader 14, the measurement electrodes 21 of the touch interface 13 are grounded. 53. In this case the system is practically insensitive to the presence of a control object 11 also to ground 53 at the touch interface. Conversely, when the capacitive detection electronics 20 is configured in "self” mode for measuring capacitances between a control object 11 and the measurement electrodes 21 of the touch interface 13, the excitation electrode 40 is at the potential of the guard 51 and contributes to greatly limit the influence of a finger 11 which would arise on the fingerprint reader 14. Thus, the touch interface 13 and the fingerprint reader 14 can be controlled by the even electronic 20 with a minimum of mutual disturbances or crosstalk.
  • the capacitive detection electronics 20 also comprises analog switches or switches 50 controlled by electronic control means which make it possible to select a set of measurement electrodes 21, 22 connected to each other, and to connect them to the electronic electronics. detection 20 to measure the coupling capacity with the control object 10 and / or the excitation electrode 40 as explained above. These switches 50 are configured such that a set of measuring electrodes 21, 22 connected to each other is connected to either the capacitive detection electronics 20 or to the guard potential 51.
  • the sensitive part of the detection is protected by a guard shield 52 connected to the guard potential 51.
  • measurement electrodes 21, 22 connected by a switch 50 to the capacitive detection electronics 20 are surrounded by guard planes consisting at least partly of measurement electrodes 21, 22 inactive and by connected guard elements. to the potential of guard 51.
  • the active measurement electrodes 21, 22 are also at the guarding potential 51, parasitic capacitances between these electrodes and their environment, so that only the coupling with the object of interest 11 (and / or with the excitation electrode 40) is measured with maximum sensitivity.
  • the floating electronics 56 is connected to the electronics of the apparatus 58 referenced to ground by electrical connections compatible with the difference of reference potentials.
  • These links may comprise, for example, differential amplifiers or optocouplers.
  • guard potential 51 corresponds to the ground potential 53.
  • the switches 50 thus make it possible to sequentially interrogate or interrogate the measurement electrodes 21 of the tactile interface 13, as well as the measurement electrodes 22 of the fingerprint sensor 14.
  • capacitive sensing electronics 20 can be implemented in parallel, each controlling a subset of electrodes 21, 22.
  • the fingerprint sensor 14 of the invention provides a measurement signal that is similar to that provided by other known sensors that implement similar electrode geometries 22. Thus, this measurement signal can be processed in the apparatus by applying known algorithms to carry out a identification or a verification of the measured fingerprints.
  • the excitation electrode 40 and the switch 59 can be omitted.
  • the capacitive detection electronics 20 makes it possible to measure a capacitance information between a measurement electrode 21 of the touch interface 13 and an electrode 22 of the fingerprint sensor 14 connected to the same input, and an object of command 11 present in front of one of these electrodes ("self" mode).
  • the excitation electrode 40 can be omitted. Instead of switches (or direct links) that allow connecting electrodes 21 along rows or columns to the oscillator 54.
  • the capacitive detection electronics 20 can be implemented in "self” or “mutual” mode as previously described by modifying the position of the switch 59.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif ou appareil comprenant une surface tactile pourvue de premières électrodes de mesure capacitives (21), un capteur d'empreintes digitales (14) pourvu de secondes électrodes de mesure capacitives (22) distinctes des premières électrodes (21), des moyens électroniques de détection capacitifs (20) agencées de sorte à permettre la détection d'objets de commande (11) dans un voisinage des premières électrodes (21) par mesure d'un couplage capacitif entre lesdites premières électrodes de mesure (21) et lesdits objets de commande (11), dans lequel lesdits moyens électroniques de détection capacitifs (20) comprennent des entrées électriquement reliées simultanément à au moins une première électrode de mesure (21) et à au moins une seconde électrode de mesure (22).

Description

« Dispositif d'interface de commande et capteur d'empreintes digitales »
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'interface tactile et de lecture d'empreintes digitales. Elle concerne aussi un appareil comprenant un tel dispositif.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des dispositifs d'interface homme-machine.
Etat de la technique antérieure
De plus en plus d'appareils portables, notamment de type smartphone ou tablette, sont équipés d'un dispositif de sécurité utilisant un lecteur d'empreinte digitale.
Ce lecteur d'empreinte digitales est utilisé pour identifier l'utilisateur, par exemple pour autoriser le déverrouillage de l'appareil ou la réalisation d'une autre fonction.
Les technologies les plus répandues pour la réalisation de lecteurs d'empreintes digitales utilisent des mesures capacitives. Ces technologies ont l'avantage d'être discrètes, peu encombrantes, économes en énergie et d'offrir un bon niveau de fiabilité.
Il existe deux grandes familles de capteurs capacitifs utilisés pour la lecture d'empreintes digitales :
- les capteurs matriciels ou dits « à matrice totale de pixels » qui comprennent une matrice d'électrodes de mesure capacitives (correspondant à des pixels) réparties sur une surface. Ces capteurs nécessitent une surface relativement importante, de l'ordre de 1 à 2 cm2, et un très grand nombre de pixels (électrodes) ;
- les capteurs linéaires ou dits « à matrice réduite » qui comprennent une ou plusieurs rangées d'électrodes de mesure capacitives (correspondant à des pixels).
Les capteurs matriciels sont plus sophistiqués mais plus robustes car un simple appui du doigt suffit pour réaliser la mesure d'une image de l'empreinte digitale. En général, les électrodes de mesure capacitives sont déposées directement sur une face d'un circuit intégré de l'appareil. Les capteurs linéaires sont plus économiques en termes de coût d'intégration, mais ils nécessitent une gestion plus complexe pour la reconstitution de l'image de l'empreinte digitale. En effet, il est nécessaire de faire glisser le doigt sur le capteur pour en acquérir une image complète. Quelques capteurs supplémentaires sont en général utilisés pour estimer la position et le mouvement du doigt afin de reconstituer l'image de l'empreinte digitale. Une solution économique pour leur réalisation consiste à déposer les électrodes sur un circuit imprimé. On peut ainsi déporter le capteur du circuit intégré de mesure. Le circuit imprimé peut être flexible (par exemple en polyimide) .
La résolution nécessaire pour effectuer des mesures d'empreintes digitales est d'environ 500 dpi (points ou pixels par pouce). Pour une rangée d'électrodes, il est nécessaire de mettre en œuvre environ 200 électrodes correspondant à 200 pixels d'image. La taille de ces électrodes de mesure capacitives doit donc être de l'ordre de quelques dizaines de micromètres de côté.
Le principe de mesure généralement utilisé dans les capteurs d'empreintes digitales connus est basé sur une mesure de perturbations de capacités de couplage entre des électrodes émettrices et réceptrices. Ce mode de mesure est désigné sous le nom de mesures de capacités mutuelles (« mutual capacitance » en Anglais), ou mode « mutual » .
Dans les capteurs d'empreintes digitales linéaires, les électrodes réceptrices sont réparties sur une rangée. Une piste émettrice est placée à proximité de ces électrodes réceptrices, de sorte à les longer. Les électrodes réceptrices sont reliées à des amplificateurs de charges.
Une capacité de couplage dite « mutuelle » est créée entre chaque électrode réceptrice et la piste émettrice. Lorsqu'un doigt est placé à proximité du capteur (à une distance extrêmement proche des électrodes), les capacités mutuelles (c'est-à-dire de couplage entre l'électrode émettrice et les électrodes réceptrices) sont modifiées. Ces capacités sont plus ou moins modifiées en fonction de la distance qui sépare localement le capteur du doigt, c'est-à-dire en fonction du relief de la peau du doigt.
La technique de mesure de capacités de couplage est également fréquemment utilisée dans les dalles tactiles des interfaces de commandes des appareils portables de type smartphone ou tablette par exemple. II est connu de mutualiser des électrodes et/ou des éléments de détection électronique entre la dalle tactile et le capteur d'empreintes digitales, afin notamment de limiter l'encombrement et la consommation électrique.
On connaît notamment le document US 2013/0135247, par NA et al . , qui décrit un appareil pourvu d'une interface tactile basée sur une mesure de capacités de couplage qui comprend dans certaines zones une densité supérieure de pistes qui réalisent un capteur d'empreintes digitales intégré à la dalle tactile.
Ce type de modes de réalisation présente toutefois des inconvénients.
Du fait de la différence de taille des électrodes entre le capteur d'empreintes et le reste de la dalle tactile, les variations de capacité mesurées au niveau du capteur d'empreintes sont 10 à 100 fois plus faibles que pour l'interface tactile proprement dite. Cela pose des problèmes de sensibilité et de dynamique de l'électronique de détection .
En outre, dans la mesure où toutes les électrodes sont réalisées dans la même couche de la dalle tactile sous le verre de protection, les électrodes du capteur d'empreinte sont trop éloignées du doigt, ce qui génère, outre des problèmes de sensibilité, un phénomène d'étalement ou de moyennage spatial du relief des empreintes qui dégrade la mesure.
On connaît également des dalles tactiles qui mettent en œuvre un principe de mesure de la capacité dite « self », en mesurant directement la capacité créée entre les électrodes et les objets (doigts) .
Ces dalles tactiles permettent de détecter un objet tel qu'un doigt à plus d'un centimètre de distance de la surface sensible. Les capacités sont de très faible valeur et du même ordre de grandeur que les capacités mesurées par les capteurs capacitifs d'empreinte digitale. Elles nécessitent donc des électroniques de détection de très grande sensibilité.
On connaît notamment le document FR 2 756 048, par la demanderesse, qui décrit une électronique de détection capacitive dite « à pont flottant », avec une partie sensible référencée à un potentiel de référence flottant, qui permet d'obtenir des performances de détection optimales.
Dans ce mode de mesure, la dalle tactile peut comprendre des électrodes de mesure individuelles réparties sur sa surface, selon une disposition matricielle. Le nombre d'électrodes est alors assez élevé, par exemple de l'ordre de 200 pour un smartphone.
Les électrodes peuvent être également organisées en lignes et en colonnes sur la surface de la dalle tactile, comme pour le mode de mesure « mutual » des capacités de couplage.
La présente invention a notamment pour objet de proposer une interface de commande tactile et sans contact apte à fonctionner en mode « self » qui permette d'intégrer un lecteur d'empreintes digitales en utilisant la même électronique de détection, afin notamment de minimiser les coûts, l'encombrement et la consommation électrique.
La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif utilisant une électronique de détection unique avec un lecteur d'empreinte digitales dont la disposition des électrodes et la position peut être distincte et indépendante de la dalle tactile, afin de permettre une optimisation distincte de l'interface utilisateur (dalle tactile) et du capteur d'empreintes.
La présente invention a également pour but de proposer un tel dispositif qui permette, en utilisant les mêmes voies de mesure, de limiter la diaphonie et de permettre une distinction robuste des événements entre le capteur d'empreinte et la dalle tactile.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif d'interface homme machine, comprenant :
- une surface tactile pourvue de premières électrodes de mesure capacitives avec une face de détection pour détecter des objets de commande ;
- un capteur d'empreintes digitales pourvu de secondes électrodes de mesure capacitives distinctes des premières électrodes, avec une face de détection pour détecter des empreintes digitales ;
- des moyens électroniques de détection capacitifs agencées de sorte à permettre la détection d'objets de commande dans un voisinage des premières électrodes par mesure d'un couplage capacitif entre lesdites premières électrodes de mesure et lesdits objets de commande ;
caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de détection capacitifs comprennent des entrées électriquement reliées simultanément à au moins une première électrode de mesure et à au moins une seconde électrode de mesure.
La face de détection des premières et des secondes électrodes de mesure correspond respectivement à leur face du côté duquel se trouvent le ou les objets à détecter.
Suivant des modes de réalisation, la ou les premières électrodes de mesure et la ou les secondes électrodes de mesure reliées à une même entrée des moyens de détection peuvent être disposées en série le long d'une piste de liaison, et/ou reliées à cette entrée par des pistes de liaison au moins en partie distinctes.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre :
- au moins une première surface de garde disposée à proximité des premières électrodes de mesure capacitives selon une face opposée à leur face de détection, et polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie desdites premières électrodes de mesure capacitives ; et/ou
- au moins une seconde surface de garde disposée à proximité des secondes électrodes de mesure capacitives selon une face opposée à leur face de détection, et polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie desdites secondes électrodes de mesure capacitives.
Les premières et/ou secondes surfaces de garde peuvent ainsi être respectivement polarisées à un potentiel électrique (dit « de garde ») suffisamment proche du potentiel électrique de certaines électrodes qu'elles protègent (ou sensiblement identique à ce potentiel) pour empêcher l'apparition de capacités parasites entre ces surfaces de gardes et les électrodes correspondantes. Ainsi ces surfaces de garde évitent ou limitent fortement l'apparition de capacités parasite entre les électrodes de mesure et le dispositif sous la ou les surfaces de garde.
Suivant des modes de mise en œuvre, le potentiel de garde peut être un potentiel alternatif ou la masse.
Suivant des modes de réalisation, les premières et secondes surfaces de garde peuvent : - être réalisées sous la forme d'une surface de garde unique, continue, qui protège l'ensemble des électrodes et des pistes de liaison ;
- comprendre des ouvertures.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre une surface de garde supérieure disposée à proximité des premières électrodes de mesure capacitives selon leur face de détection, et excitée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie desdites premières électrodes de mesure capacitives.
Cette surface de garde supérieure peut comprendre des ouvertures au regard des premières électrodes de mesure (de sorte à permettre des mesures), et recouvrir la surface tactile entre ou autour des premières électrodes de mesure, notamment en regard des pistes de liaison vers l'électronique. Elle permet ainsi notamment d'éviter que la détection d'objets de commande soit perturbée par un couplage capacitif avec les pistes de liaison.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des premières électrodes de mesure disposées sous l'une des formes suivantes :
- sous la forme de lignes et de colonnes ; ou
- sous une forme matricielle.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des secondes électrodes de mesure disposées sous une forme matricielle.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des secondes électrodes de mesure disposées selon au moins une ligne de mesure, et agencées de sorte à permettre la détection d'empreintes digitales d'un objet de commande correspondant à un doigt en défilement perpendiculaire par rapport à ladite ou lesdites ligne(s) de mesure.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre en outre une surface de garde polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie des secondes électrodes de mesure, laquelle surface de garde étant disposée à proximité desdites secondes électrodes selon leur face de détection et comprenant une ouverture correspondant à la ligne de mesure.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des moyens électroniques de détection capacitifs agencées de sorte à permettre la mesure d'empreintes digitales par mesure d'un couplage capacitif entre les secondes électrodes de mesure et un objet de commande correspondant à un doigt.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre en outre au moins une électrode d'excitation agencée le long de la ligne de mesure en couplage capacitif avec les secondes électrodes de mesure, et des moyens électroniques de détection capacitifs agencées de sorte à permettre la mesure d'empreintes digitales par mesure des perturbations du couplage capacitif entre ladite au moins une électrode d'excitation et lesdites secondes électrodes de mesure dues à la présence d'un objet de commande correspondant à un doigt.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des moyens électroniques de détection capacitifs avec des moyens de commutation permettant de les configurer de sorte à mesurer à partir des mêmes entrées, soit un couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure et au moins un objet de commande, soit une perturbation du couplage capacitif entre l'au moins une électrode d'excitation et les secondes électrodes de mesure due à un objet de commande.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des moyens électroniques de détection capacitifs avec un oscillateur pour exciter les premières électrodes de mesure capacitive à un potentiel d'excitation alternatif au moins lors de mesures de couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure et un ou des objets de commande.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention peut comprendre des moyens électroniques de détection capacitifs en partie référencés à un potentiel électrique de garde alternatif identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation alternatif, au moins lors de mesures de couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure et un ou des objets de commande. Suivant un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant un dispositif d'interface selon l'invention.
L'appareil selon l'invention peut comprendre une surface tactile avec des premières électrodes de mesure superposées à un écran d'affichage.
Suivant des modes de réalisation, l'appareil selon l'invention peut comprendre un capteur d'empreintes digitales avec des secondes électrodes de mesure disposées selon au moins une couche située à l'opposé de l'écran d'affichage par rapport aux premières électrodes de mesure.
Dans ce cas, les secondes électrodes du capteur d'empreintes digitales peuvent être superposées à celles de la surface tactile (les première électrodes) et plus proche de la surface de contact de cette interface, ce qui permet une configuration de mesure optimale. Il est aussi à noter que les secondes électrodes peuvent alors être superposées à l'écran d'affichage.
Suivant des modes de réalisation, l'appareil selon l'invention peut comprendre un capteur d'empreintes digitales avec des secondes électrodes de mesure disposées selon une ou des même(s) couche(s) que les premières électrodes de mesure.
Suivant des modes de réalisation, l'appareil selon l'invention peut comprendre un capteur d'empreintes digitales distinct de l'écran d'affichage.
Le capteur d'empreintes digitales peut alors être notamment disposé sur le boîtier de l'appareil à côte de l'écran, ou sur un bouton de commande.
L'appareil selon l'invention peut être notamment de type téléphone, smartphone ou tablette.
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 :
- les Fig. 1(a) et Fig. 1(b) illustrent respectivement un premier et un second mode de réalisation d'appareil selon l'invention,
- la Fig . 2 illustre un premier mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention,
- la Fig. 3 illustre un second mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention,
- la Fig. 4 illustre un troisième mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention, - la Fig. 5 illustre un mode de réalisation d'électronique de détection selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
En référence aux Fig. 1(a) et Fig.1(b), on va décrire des modes de réalisation de l'invention en relation avec un appareil de type smartphone ou tablette.
Un tel appareil 10 comprend de manière habituelle un écran d'affichage 12 avec une surface ou une interface tactile 13 superposée. L'ensemble constitue une interface utilisateur qui permet à un utilisateur de contrôler l'appareil 10 au moyen d'un ou de plusieurs objet(s) de commande 11 tels que des doigts.
L'interface tactile comprend des électrodes capacitives sensiblement transparentes. Elles 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 sont superposées à l'écran d'affichage 13 qui est par exemple de type TFT (transistor à couches minces) ou OLED (diodes électroluminescentes organiques).
La zone dans laquelle les électrodes de l'interface tactile 13 peuvent détecter un objet de commande 11 est définie comme la zone de détection de l'interface tactile 13. L'appareil selon l'invention comprend en outre un lecteur d'empreintes digitales 14 qui peut être utilisé comme serrure électronique pour débloquer l'appareil 10, ou pour identifier l'utilisateur par le biais de ses empreintes digitales pour des applications qui demandent une identification (au lieu de la saisie d'un mot de passe par exemple) .
Ce lecteur d'empreintes digitales 14 est doté d'électrodes de mesure capacitives.
Il peut être localisé à l'extérieur de l'écran d'affichage, comme illustré à la Fig . 1(a). Il peut être notamment sur le corps de l'appareil 14 ou intégré à un bouton de commande.
Dans ce cas, il peut être réalisé sous la forme d'un circuit imprimé, éventuellement souple, avec les électrodes déposées sous formes de pistes ou de pastilles.
Le lecteur d'empreintes digitales 14 peut également être localisé sur l'écran d'affichage, comme illustré à la Fig . 1(b) .
Dans ce cas, les électrodes capacitives du lecteur d'empreintes 14 sont réalisées dans un matériau transparent tel que de ΙΤΟ.
Elles peuvent être réalisées dans les mêmes couches que les électrodes de l'interface tactile 13.
Toutefois, dans un mode de réalisation préférentiel, les électrodes capacitives du lecteur d'empreintes 14 sont réalisées sous la forme de couches situées plus proche de la surface de l'interface tactile que les électrodes de cette dernière. En effet, de manière habituelle, les électrodes de l'interface tactile 13 sont réalisées sous la forme de couches situées sous un verre de protection, ou plus précisément entre l'écran d'affichage 12 et ce verre de protection . Il s'ensuit qu'elles peuvent être à près d'un demi- millimètre de la surface, ce qui est acceptable au vu de leurs dimensions.
Les électrodes capacitives du lecteur d'empreintes 14 peuvent être alors réalisées sur des couches au-dessus du verre ou vers sa surface. Elles sont alors séparées de la surface par une couche protectrice propre plus fine, de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de micromètre d'épaisseur par exemple. Ainsi, on peut obtenir un meilleur couplage capacitif avec un doigt 11 à mesurer, et améliorer la résolution latérale de la mesure. En effet, ces électrodes sont de très petite dimension et pour ne pas dégrader la résolution spatiale il est nécessaire de limiter la distance doigt-électrode. La zone dans laquelle les électrodes du lecteur d'empreinte 14 peuvent détecter un doigt 11 est définie comme la zone de détection du lecteur d'empreintes 14.
En référence aux Fig. 2, Fig. 3 et Fig. 4, nous allons maintenant décrire des modes de réalisation de l'interface tactile 13 avec le lecteur d'empreintes digitales 14.
La Fig. 2 illustre un mode de réalisation dans lequel l'interface tactile 13 comprend des électrodes 21 disposées en lignes et en colonnes.
Le lecteur d'empreintes 14 comprend des électrodes 22 disposées en ligne, selon une ligne de mesure.
L'interface comprend également des moyens électroniques de détection capacitifs 20. Cette électronique de détection capacitive 20 comprend des entrées reliées aux électrodes 21 de l'interface tactile 13. Certaines de ces entrées au moins sont également reliées aux électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14. Ainsi, il est possible de réaliser une électronique de détection capacitive 20 avec un nombre d'entrées proche du nombre d'entrées nécessaires au contrôle du dispositif parmi l'interface tactile 13 et le lecteur d'empreintes digitales 14 qui comprend le plus d'électrodes (et en tous cas un nombre d'entrées inférieur au nombre total d'électrodes de l'interface tactile 13 et du lecteur d'empreintes digitales cumulés).
Bien entendu, cette électronique de détection capacitive 20 peut comprendre des entrées supplémentaires, ou des entrées spécifiquement dédiées au lecteur d'empreintes 14 ou à l'interface tactile 13.
La représentation de la Fig. 2 (comme des Fig. 3 et Fig. 4) est purement schématique. En pratique, le pas des lignes et des colonnes d'électrodes 21 de l'interface tactile 13 est de l'ordre de 4 à 5 millimètres, et la dimension des électrodes du capteur d'empreintes 14 est de l'ordre de 30 à 100 microns.
Dans le mode de réalisation présenté, la mesure capacitive au niveau des électrodes 21 de l'interface tactile 13 et au niveau des électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 est de type « self » : l'électronique de détection capacitive 20 est agencée de sorte à mesurer la capacité créée entre ces électrodes 21, 22 et un ou les doigt(s) 11 (ou d'autres objets de commande) présents à proximité. Sa sensibilité est notamment suffisante pour détecter des objets de commande 11 à distance dans un voisinage de la surface de l'interface tactile 13. L'électronique de détection capacitive 20 n'est à priori pas en mesure de distinguer si des mesures sont issues du couplage capacitif d'un objet de commande 11 avec une électrode 21 de l'interface tactile ou avec l'électrode 22 du capteur d'empreintes 14 reliée à la même entrée.
Pour éviter la confusion entre les deux types de mesures, une solution consiste à actionner la détection de présence d'objet de commande 11 sans contact au-dessus de l'interface tactile 13 que lorsque le capteur d'empreinte 14 n'est pas utilisé. Pour cela on peut détecter la présence d'un doigt 11 sur le capteur d'empreinte 14. Cette détection peut être effectuée par exemple en analysant une forme ou une signature des signaux de mesure issus des électrodes. Un doigt en défilement sur les électrodes 22 du capteur d'empreintes 14 ne génère pas les mêmes formes de signaux qu'un doigt qui survole ou qui touche l'interface tactile 13. En effet, par exemple, le doigt 11 sur le capteur d'empreintes 14 est en couplage capacitif avec toutes les électrodes 22 de ce capteur d'empreintes 14 alors qu'il ne génère pas de couplage avec certaines électrodes de l'interface tactile 13 (les électrodes 21 en lignes dans l'exemple de la Fig. 1).
Pour rendre la détection d'un doigt 11 sur le capteur d'empreintes 14 plus robuste on peut par exemple rajouter quelques électrodes (non représentées) sur le capteur d'empreinte 14 qui ne sont pas reliées à des électrodes 21 de l'interface tactile, et qui permettent ainsi de détecter la présence d'un doigt 11 sans ambiguïté. Ces électrodes peuvent aussi être utilisées pour détecter la position et le déplacement du doigt 11.
Dans le mode de réalisation présenté, le capteur d'empreintes 14 comprend en outre une surface de garde supérieure 23 qui est polarisé au potentiel électrique des électrodes 22. Cette surface de garde supérieure 23 est placée de préférence du côté des électrodes 22 vers la zone de détection, donc dans un plan plus proche de la surface de mesure (c'est-à-dire la surface sur laquelle se pose le doigt 11) que les électrodes 22. Elle comprend une ouverture au regard des électrodes 22 qui définit une ligne de mesure. Cette garde (dont le fonctionnement est expliqué plus précisément plus loin) permet d'éliminer les capacités de fuite entre les électrodes 22 et l'environnement. Elle permet aussi de confiner la mesure en limitant la sensibilité des électrodes 22 du capteur d'empreintes 14 aux objets 11 qui ne sont pas directement en face ou en regard de ces électrodes 22. Suivant une variante de ce mode de réalisation, la mesure capacitive au niveau des électrodes 21 de l'interface tactile 13 peut être réalisée en mode « mutual ». Dans ce cas, des électrodes 21 en lignes ou en colonnes sont utilisées comme électrodes d'excitation, et les électrodes 21 selon l'autre direction sont utilisées comme électrodes réceptrices.
La mesure au niveau des électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 reste de type « self ».
Suivant une autre variante de ce mode de réalisation, la mesure capacitive au niveau des électrodes 21 de l'interface tactile 13 peut être commutée entre un mode « mutual » pour détecter un ou plusieurs objets en contact, et un mode « self » pour détecter un seul objet à distance.
La mesure au niveau des électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 reste de type « self ».
La Fig. 3 illustre un mode de réalisation dans lequel l'interface tactile 13 comprend des électrodes 21 disposées selon une disposition matricielle. Cette disposition des électrodes a l'avantage notamment de permettre la détection de plusieurs objets de commande 11 sans ambiguïté, en contact et/ou à distance sans contact.
Le lecteur d'empreintes 14 comprend des électrodes 22 disposées en ligne, selon une ligne de mesure.
L'interface comprend également des moyens électroniques de détection capacitifs 20. Cette électronique de détection capacitive 20 comprend des entrées reliées aux électrodes 21 de l'interface tactile 13. Certaines de ces entrées sont également reliées aux électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14. Ainsi, il est possible de réaliser une électronique de détection capacitive 20 qui ne comprend qu'un nombre d'entrées proche du nombre d'entrées nécessaires au contrôle de l'interface tactile 13, et qui permet de contrôler simultanément le lecteur d'empreintes digitales 14.
Il est à noter d'ailleurs qu'en pratique, le nombre d'électrodes 21 de l'interface tactile 13 est proche du nombre d'électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 (par exemple de l'ordre de 200 électrodes). Ainsi, l'invention permet de réduire quasiment d'un facteur 2 le nombre d'entrées nécessaires, ou le nombre de circuits intégrés nécessaires, de l'électronique de détection capacitive 20. Bien entendu, cette électronique de détection capacitive 20 peut comprendre des entrées supplémentaires, ou des entrées spécifiquement dédiées au lecteur d'empreintes 14 ou à l'interface tactile 13.
La mesure capacitive au niveau des électrodes 21 de l'interface tactile 13 et au niveau des électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 est de type « self » : l'électronique de détection capacitive 20 est agencée de sorte à mesurer la capacité créée entre ces électrodes 21, 22 et un ou les doigt(s) 11 (ou d'autres objets de commande) présents à proximité. Sa sensibilité est suffisante pour détecter des objets de commande 11 à distance dans un voisinage de la surface de l'interface tactile 13.
L'électronique de détection capacitive 20 n'est à priori pas en mesure de distinguer si des mesures sont issues du couplage capacitif d'un objet de commande 11 avec une électrode 21 de l'interface tactile ou avec l'électrode 22 du capteur d'empreintes 14 reliée à la même entrée.
Pour éviter la confusion entre les deux types de mesures, une solution consiste à actionner la détection de présence d'objet de commande 11 sans contact au-dessus de l'interface tactile 13 que lorsque le capteur d'empreinte 14 n'est pas utilisé. Pour cela on peut détecter la présence d'un doigt 11 sur le capteur d'empreinte 14. Cette détection peut être effectuée par exemple en analysant une forme ou une signature des signaux de mesure issus des électrodes. Un doigt en défilement sur les électrodes 22 du capteur d'empreintes 14 ne génère pas les mêmes formes de signaux qu'un doigt qui survole ou qui touche l'interface tactile 13. En effet, par exemple, le doigt 11 sur le capteur d'empreintes 14 est en couplage capacitif avec toutes les électrodes 22 de ce capteur d'empreintes 14 alors qu'il ne génère pas de couplage avec certaines électrodes de l'interface tactile 13.
Pour rendre la détection d'un doigt 11 sur le capteur d'empreintes 14 plus robuste on peut par exemple rajouter quelques électrodes (non représentées) sur le capteur d'empreinte 14 qui ne sont pas reliées à des électrodes 21 de l'interface tactile, et qui permettent ainsi de détecter la présence d'un doigt 11 sans ambiguïté. Ces électrodes peuvent aussi être utilisées pour détecter la position et le déplacement du doigt 11.
Dans ce mode de réalisation, il est préférable de ne pas relier les électrodes 21 de l'interface tactile 13 qui se trouvent en périphérie de l'écran 12 aux électrodes 22 du capteur d'empreinte 14. En effet les électrodes 21 de l'interface tactile 13 placées en périphérie peuvent rajouter des capacités à la mesure lorsque l'appareil est tenu dans la main (grip). Cela est dû aux effets de bord et si ces capacités se rajoutent aux capacités à mesurer avec le doigt 11 à identifier avec le capteur d'empreintes 14, cela pourrait causer une mauvaise identification d'empreinte. On peut aussi éliminer les capacités de bord mesurées par les électrodes de l'interface tactile 13 en utilisant des filtres qui annuleraient ces capacités car elles ont une variation quasi statiques par rapport aux capacités crées par le glissement du doigt 11 à identifier sur le capteur d'empreinte 14 (la saisie est un phénomène statique, alors que la mesure d'empreinte génère un signal avec un contenu dynamique plus important).
A l'inverse, dans la mesure où les capacités mesurées par le capteur d'empreinte 14 sont de très faible valeur, la détection d'un ou plusieurs contacts sur l'interface tactile 13 n'est pas affectée en performance par un contact accidentel entre un doigt 11 et le capteur d'empreinte 14.
De même que pour le mode de réalisation de la Fig. 2, le capteur d'empreintes 14 comprend en outre une surface de garde supérieure 23 qui est polarisée au potentiel électrique des électrodes 22. Cette surface de garde supérieure 23 est placée de préférence du côté des électrodes 22 vers la zone de détection, donc dans un plan plus proche de la surface de mesure que les électrodes 22. Elle comprend une ouverture au regard des électrodes 22 qui définit une ligne de mesure. Cette garde (dont le fonctionnement est expliqué plus précisément plus loin) permet d'éliminer les capacités de fuite entre les électrodes 22 et l'environnement. Elle permet aussi de confiner la mesure en limitant la sensibilité des électrodes 22 du capteur d'empreintes 14 aux objets 11 qui ne sont pas directement en face ou en regard de ces électrodes 22.
La Fig. 4 illustre un mode de réalisation dans lequel l'interface tactile 13 comprend des électrodes 21 disposées selon une disposition matricielle.
Le lecteur d'empreintes 14 comprend des électrodes 22 disposées en ligne, selon une ligne de mesure.
L'interface comprend également des moyens électroniques de détection capacitifs 20. Cette électronique de détection capacitive 20 comprend des entrées reliées aux électrodes 21 de l'interface tactile 13. Certaines de ces entrées sont également reliées aux électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14. Ainsi, il est possible de réaliser une électronique de détection capacitive 20 qui ne comprend qu'un nombre d'entrées proche du nombre d'entrées nécessaires au contrôle de l'interface tactile 13, et qui permet de contrôler simultanément le lecteur d'empreintes digitales 14.
Il est à noter d'ailleurs qu'en pratique, le nombre d'électrodes 21 de l'interface tactile 13 est proche du nombre d'électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 (par exemple de l'ordre de 200 électrodes). Ainsi, l'invention permet de réduire quasiment d'un facteur 2 le nombre d'entrées nécessaires, ou le nombre de circuits intégrés nécessaires, de l'électronique de détection capacitive 20.
Bien entendu, cette électronique de détection capacitive 20 peut comprendre des entrées supplémentaires, ou des entrées spécifiquement dédiées au lecteur d'empreintes 14 ou à l'interface tactile 13.
De même que pour le mode de réalisation de la Fig. 3, la mesure capacitive au niveau des électrodes 21 de l'interface tactile 13 est de type « self » : l'électronique de détection capacitive 20 est agencée de sorte à mesurer la capacité créée entre ces électrodes 21 et un ou les doigt(s) 11 (ou d'autres objets de commande) présents à proximité. Sa sensibilité est suffisante pour détecter des objets de commande 11 à distance dans un voisinage de la surface de l'interface tactile 13.
Dans ce mode de réalisation, le lecteur d'empreintes 14 fonctionne en mode « mutual ». Il comprend une électrode d'excitation 40 située dans le voisinage des électrodes de mesure 22. Ce fonctionnement en mode « mutual » avec l'électrode d'excitation 40 a notamment l'avantage de permettre d'activer et de désactiver le fonctionnement du capteur d'empreintes 14.
Lorsqu'un doigt 11 est posé sur le capteur d'empreintes 14 pour identification, l'électronique 20 active l'électrode d'excitation 40 et traite la mesure des capacités détectées par les électrodes 22 en prenant comme référence le signal qui excite l'électrode d'excitation 40. Avantageusement, comme ce signal d'excitation n'est pas présent sur l'interface tactile 13, le capteur d'empreinte 14 ne peut pas détecter une variation de capacité au niveau de cette interface tactile 13 même si des doigts 11 ou des objets sont au-dessus ou en contact avec la surface sensible de l'interface tactile.
Ce mode de réalisation permet ainsi d'éviter les ambiguïtés de mesure entre l'interface tactile 13 et le capteur d'empreintes. En outre, l'utilisation de l 'électrode d 'excitation 40 permet un confinement spatial de la zone de mesure puisq ue seules les perturbations d u couplage entre cette électrode d 'excitation 40 et les électrodes de mesures 22 sont mesu rées.
Dans le mode de réalisation présenté, l'électrode d 'excitation 40 est placée du côté des électrodes 22 vers la zone de détection . El le peut ainsi être réal isée dans un plan plus proche de la surface de mesure q ue les électrodes 22.
De manière préférentiel le, comme dans les modes de réal isation précédents, le capteur d'empreintes 14 comprend en outre une surface de garde supérieure 23 (non représentée su r la Fig . 4) placée d u côté des électrodes 22 vers la zone de détection, donc dans un plan plus proche de la surface de mesure q ue les électrodes 22. Cette surface de garde supérieure 23 comprend une ouverture au regard des électrodes 22 et de l 'électrode d 'excitation 40 qui permet les interactions nécessaires pour les mesures. Il est à noter q ue cette surface de garde supérieure 23 n'est pas indispensable, car le confinement de la mesure est réal isé par la zone d 'interaction entre l 'électrode d 'excitation 40 et les électrodes de mesure 22. Elle permet toutefois de limiter les couplages parasites et d 'améliorer la précision g lobale de mesure.
L'électrode d 'excitation 40 peut être réalisée dans le même plan ou su r la même couche q ue la garde supérieure 23. En outre, lorsq ue l'interface tactile 13 est util isée, cette électrode d 'excitation 40 peut être rel iée au potentiel de la garde supérieure 23 et ainsi contribuer à la protection contre les couplages parasites.
Dans les modes de réal isation présentés en relation avec les Fig . 2, Fig .
3 et Fig . 4, des éléments de garde sous la forme d 'électrodes de garde ou de plans de garde sont positionnés respectivement selon la face arrière des électrodes de mesure 21 de l'interface tactile 13 et des électrodes de mesure 22 d u capteur d 'empreintes 14, relativement aux zones de détection des objets de commande 11. Ces éléments de garde ont pour fonction d 'éviter les couplages électriques parasites entre les électrodes de mesure 21 , 22 et leur environnement.
Pour cela, ces éléments de garde sont excités ou polarisés à un potentiel électriq ue sensiblement identique au potentiel des électrodes de mesure q u'ils protègent (ou du moins à un potentiel électrique sensiblement identique au potentiel de certaines d'entre elles) .
Il est à noter que les modes de réalisation présentés en relation avec les Fig . 2, Fig . 3 et Fig . 4 peuvent être également réalisés sans ces éléments de garde, mais dans ce cas on obtient des performances inférieures.
Plus précisément, l'interface tactile 13 comprend une surface de garde d'interface 24 réalisée avec une couche d'un matériau conducteur sensiblement transparent, tel que par exemple de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium- étain) . Cette garde d'interface 24 est séparée des électrodes de mesure 21 par une couche en matériau diélectrique.
Le lecteur d'empreintes 14 comprend également une surface de garde de lecteur 25 disposée selon la face des électrodes 22 opposée à la zone de détection, donc entre les électrodes 22 et le reste de l'appareil 10.
Suivant une variante applicable en particulier aux modes de réalisation des Fig . 3 et Fig . 4, l'interface tactile 13 peut comprendre en outre une surface de garde d'interface supérieure (non représentée) placée du côté des électrodes 21 vers la zone de détection . Cette surface de garde d'interface supérieure est ajourée au regard des électrodes 21 pour permettre les mesures, et agencée de telle sorte à protéger les zones autour de ces électrodes 21 , et notamment celles comprenant des pistes de liaison .
Dans les modes de réalisations présentées, la surface de garde d'interface 24 et la surface de garde de lecteur 25 sont polarisées au même potentiel . Elles peuvent être électriquement reliées ou même faire partie d'un même plan de garde. De préférence, elles s'étendent respectivement sous les pistes de liaison entre les électrodes 21 de l'interface tactile 13 et les électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 autant que possible pour protéger ces pistes.
De même, la surface de garde supérieure 23 et la surface de garde d'interface supérieure (lorsqu'elles sont présentes bien entendu) sont polarisées au même potentiel que la surface de garde d'interface 24 et la surface de garde de lecteur 25. De préférence, elles s'étendent respectivement au-dessus des pistes de liaison entre les électrodes 21 de l'interface tactile 13 et les électrodes 22 du lecteur d'empreintes 14 autant que possible pour protéger ces pistes. En référence à la Fig. 5, nous allons maintenant décrire un mode de réalisation de moyens électroniques de détection capacitifs 20.
Ce mode de réalisation de l'électronique est plus particulièrement adapté à la mise en œuvre du dispositif d'interface selon le mode de réalisation décrit en relation avec la Fig. 4.
Cette électronique comprend un commutateur de mode 59 qui permet de la configurer de deux manières différentes, pour effectuer respectivement :
- des mesures de capacité entre les électrodes de mesure 21 de l'interface tactile 13 et un ou des objets de commande 11, en mode « self » ;
- des mesures de capacité de couplage entre l'électrode d'excitation 40 et au moins une électrode de mesure 22 du capteur d'empreintes 14, en mode « mutual ».
La configuration illustrée à la Fig. 5 correspond à la configuration pour effectuer des mesures de capacité entre les électrodes de mesure 21 de l'interface tactile 13 et un ou des objets de commande 11, en mode « self ». Dans cette configuration, les moyens électroniques de détection capacitifs 20 sont configurés de sorte à réaliser un système de mesure capacitive en pont flottant tel que décrit par exemple dans le document FR 2756048 de Rozière.
Le circuit de détection comprend une partie dite flottante 56 dont le potentiel de référence 51, appelé potentiel de garde 51, oscille par rapport à la masse 53 du système global, qui peut être la terre. La différence de potentiel alternative entre le potentiel de garde 51 et la masse 53 est générée par une source d'excitation, ou un oscillateur 54 et le commutateur de mode 59.
Ce commutateur de mode 59 (qui est un switch électrique) est agencé de sorte à relier la garde 51, soit à l'oscillateur 54, soit à la masse 53. Dans la configuration de la Fig. 5, il est donc positionné de sorte à relier l'oscillateur 54 à la garde 51.
Les éléments de garde décrits précédemment (dont notamment la surface de garde supérieure 23 et la surface de garde de lecteur 25 du capteur d'empreintes 14, ainsi que la surface de garde d'interface supérieure et la surface de garde d'interface 24 de l'interface tactile 13) sont reliées au potentiel de garde 51. Dans cette configuration, l'électrode d 'excitation 40 q ui est reliée à la sortie de l'oscillateur 54 est donc reliée au potentiel de garde 51 et contribue à la garde.
La partie flottante 56 comprend la partie sensible de la détection capacitive, représentée sur la Fig . 5 par un amplificateur de charge. Elle peut bien entend u comprend re d 'autres moyens de traitement et de conditionnement d u sig nal, y compris numériq ues ou à base de microprocesseu r, également référencés au potentiel de garde 51. Ces moyens de traitement et de conditionnement permettent par exemple de calculer des informations de distance et de contact à partir des mesures capacitives.
L'al imentation électriq ue de la partie flottante 56 est assurée par des moyens flottants de transfert d 'al imentation 55, comprenant par exemple des convertisseurs DC/DC.
Cette électroniq ue de détection capacitive 20 permet ainsi de mesurer une information de capacité entre au moins une électrode de mesure 21 de l'interface tactile 13 et un objet de commande 11 (mode « self ») .
L'objet de commande 11 doit être relié à un potentiel d ifférent d u potentiel de garde 51 , tel q ue par exemple le potentiel de masse 53. On se retrouve bien dans cette configu ration lorsq ue l 'objet de commande 11 est un doigt d 'un util isateur dont le corps définit une masse, ou un objet (tel q u'un stylet) manipulé par cet util isateur.
Dans une seconde configuration, l'électronique de détection capacitive 20 permet de mesurer une information de capacité de couplage entre l'électrode d 'excitation 40 et au moins une électrode de mesure 22 d u capteur d 'empreintes 14, en mode « mutual » .
Dans cette configuration, le commutateu r de mode 59 est positionné de sorte à relier le potentiel de garde 51 au potentiel de masse 53. En d 'autres termes, le potentiel de garde 51 correspond au potentiel de masse 53 et toute l'électronique, y compris la partie sensible de la détection capacitive représentée sur la Fig . 5 par un amplificateur de charge, est référencée au potentiel de masse 53.
L'électrode d 'excitation 40 est toujours rel iée à la sortie de l 'oscil lateur 54. Elle est donc polarisée au potentiel d'excitation alternatif de cet oscil lateur 54. Dans ce cas, il s'établit un couplage capacitif entre cette électrode d'excitation 40 et les électrodes de mesure 22, qui est mesuré par l'électronique de détection. La présence d'un doigt 11 à proximité, par exemple au potentiel de masse 53, modifie ce couplage capacitif, ce qui permet d'obtenir une mesure.
Il est à noter que lorsque l'électronique de détection capacitive 20 est configurée en mode « mutual » pour mesurer des capacités de couplage au niveau du lecteur d'empreintes 14, les électrodes de mesures 21 de l'interface tactile 13 sont à la masse 53. Dans ce cas le système est pratiquement insensible à la présence d'un objet de commande 11 également à la masse 53 au niveau de l'interface tactile. A l'inverse, lorsque l'électronique de détection capacitive 20 est configurée en mode « self » pour mesurer des capacités entre un objet de commande 11 et les électrodes de mesures 21 de l'interface tactile 13, l'électrode d'excitation 40 est au potentiel de la garde 51 et contribue à limiter fortement l'influence d'un doigt 11 qui se poserait sur le lecteur d'empreintes 14. Ainsi, l'interface tactile 13 et le lecteur d'empreinte 14 peuvent être contrôlés par le même électronique 20 avec un minimum de perturbations mutuelles ou de diaphonie.
L'électronique de détection capacitive 20 comprend également des commutateurs ou des switchs analogiques 50 pilotés par des moyens de contrôle électroniques qui permettent de sélectionner un ensemble d'électrodes de mesure 21, 22 reliées entre elles, et de les relier à l'électronique de détection 20 pour en mesurer la capacité de couplage avec l'objet de commande 10 et/ou l'électrode d'excitation 40 comme expliqué précédemment. Ces switchs 50 sont configurés de telle sorte qu'un ensemble d'électrodes de mesure 21, 22 reliées entre elles est relié, soit à l'électronique de détection capacitive 20, soit au potentiel de garde 51.
La partie sensible de la détection est protégée par un blindage de garde 52 relié au potentiel de garde 51.
Ainsi, des électrodes de mesure 21, 22 reliée par un switch 50 à l'électronique de détection capacitive 20 sont environnées par des plans de garde constitués au moins pour partie par des électrodes de mesure 21, 22 inactives et par des éléments de garde reliés au potentiel de garde 51.
Comme les électrodes de mesure actives 21, 22 sont également au potentiel de garde 51, on évite ainsi l'apparition de capacités parasites entre ces électrodes et leur environnement, de telle sorte que seul le couplage avec l'objet d'intérêt 11 (et/ou avec l'électrode d'excitation 40) soit mesuré avec une sensibilité maximale.
L'électronique flottante 56 est reliée en sortie à électronique de l'appareil 58 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.
Bien entendu, comme expliqué précédemment, en mode « mutual » le potentiel de garde 51 correspond au potentiel de masse 53.
Les switchs 50 permettent ainsi de scruter ou d'interroger séquentiellement les électrodes de mesure 21 de l'interface tactile 13, ainsi que les électrodes de mesure 22 du capteur d'empreintes 14.
Bien entendu, plusieurs voies l'électronique de détection capacitive 20 peuvent être mises en œuvre en parallèle, chacune contrôlant un sous ensemble d'électrodes 21, 22.
Le capteur d'empreintes digitales 14 de l'invention fournit un signal de mesure qui est similaire à celui fourni par d'autres capteurs connus qui implémentent des géométries d'électrodes 22 similaires. Ainsi ce signal de mesure peut être traité dans l'appareil en appliquant des algorithmes connus pour effectuer une identification ou une vérification des empreintes digitales mesurées.
Comme expliqué précédemment, le mode de réalisation décrit en relation avec la Fig. 5 est plus particulièrement adapté à une utilisation avec le mode de réalisation de l'interface de la Fig. 4.
Pour mettre en œuvre l'électronique de détection capacitive 20 avec les modes de réalisation de l'interface des Fig. 2 et Fig. 3 en mode « self », l'électrode d'excitation 40 et le switch 59 peuvent être omis. Dans ce cas, l'électronique de détection capacitive 20 permet de mesurer une information de capacité entre une électrode de mesure 21 de l'interface tactile 13 et une électrode 22 du capteur d'empreintes 14 reliée à la même entrée, et un objet de commande 11 présent devant l'une de ces électrodes (mode « self »).
Pour mettre en œuvre l'électronique de détection capacitive 20 avec les modes de réalisation de l'interface de la Fig. 2 en mode « mutual » pour l'interface tactile, l'électrode d'excitation 40 peuvent être omise. On peut prévoir à la place des switchs (ou des liaisons directes) qui permettent de relier des électrodes 21 selon des lignes ou des colonnes à l'oscillateur 54. Ainsi, l'électronique de détection capacitive 20 peut être mise en œuvre en mode « self » ou « mutual » comme décrit précédemment en modifiant la position du switch 59.
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 homme machine, comprenant :
- une surface tactile ( 13) pourvue de premières électrodes de mesure capacitives (21) avec une face de détection pour détecter des objets de commande ( 11) ;
- un capteur d'empreintes digitales ( 14) pourvu de secondes électrodes de mesure capacitives (22) distinctes des premières électrodes (21), avec une face de détection pour détecter des empreintes digitales ;
- des moyens électroniques de détection capacitifs (20) agencées de sorte à permettre la détection d'objets de commande ( 11) dans un voisinage des premières électrodes (21) par mesure d'un couplage capacitif entre lesdites premières électrodes de mesure (21) et lesdits objets de commande ( 11);
caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques de détection capacitifs (20) comprennent des entrées électriquement reliées simultanément à au moins une première électrode de mesure (21) et à au moins une seconde électrode de mesure (22) .
2. le dispositif de la revendication 1, qui comprend en outre :
- au moins une première surface de garde (24), disposée à proximité des premières électrodes de mesure capacitives (21) selon une face opposée à leur face de détection, et polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie desdites premières électrodes de mesure capacitives (21) ; et/ou
- au moins une seconde surface de garde (25) disposée à proximité des secondes électrodes de mesure capacitives (22) au moins selon une face opposée à leur face de détection, et polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie desdites secondes électrodes de mesure capacitives (22) .
3. Le dispositif d'interface de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend des premières électrodes de mesure (21) disposées sous l'une des formes suivantes : - sous la forme de lignes et de colonnes ; ou
- sous une forme matricielle.
4. Le dispositif d'interface de l'une des revendications 1 à 3, qui comprend des secondes électrodes de mesure (22) disposées sous une forme matricielle.
5. Le dispositif d'interface de l'une des revendications 1 à 3, qui comprend des secondes électrodes de mesure (22) disposées selon au moins une ligne de mesure, et agencées de sorte à permettre la détection d'empreintes digitales d'un objet de commande ( 11) correspondant à un doigt en défilement perpendiculaire par rapport à ladite ou lesdites ligne(s) de mesure.
6. Le dispositif d'interface de la revendication 5, qui comprend en outre une surface de garde (23) polarisée à un potentiel électrique identique ou sensiblement identique au potentiel d'au moins une partie des secondes électrodes de mesure (22), laquelle surface de garde (23) étant disposée à proximité desdites secondes électrodes (22) selon leur face de détection et comprenant une ouverture correspondant à la ligne de mesure.
7. Le dispositif d'interface de l'une des revendications 4 à 6, qui comprend des moyens électroniques de détection capacitifs (20) agencées de sorte à permettre la mesure d'empreintes digitales par mesure d'un couplage capacitif entre les secondes électrodes de mesure (22) et un objet de commande ( 11) correspondant à un doigt.
8. Le dispositif d'interface de la revendication 5, qui comprend en outre au moins une électrode d'excitation (40) agencée le long de la ligne de mesure à proximité des secondes électrodes de mesure (22), et des moyens électroniques de détection capacitifs (20) agencées de sorte à permettre la mesure d'empreintes digitales par mesure des perturbations du couplage capacitif entre ladite au moins une électrode d'excitation (40) et lesdites secondes électrodes de mesure (22) dues à la présence d'un objet de commande ( 11) correspondant à un doigt.
9. Le dispositif d'interface de la revendication 8, qui comprend des moyens électroniques de détection capacitifs (20) avec des moyens de commutation (59) permettant de les configurer de sorte à mesurer à partir des mêmes entrées, soit un couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure (21) et au moins un objet de commande (11), soit une perturbation du couplage capacitif entre l'au moins une électrode d'excitation (40) et les secondes électrodes de mesure (22) due à un objet de commande (11).
10. Le dispositif d'interface de l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens électroniques de détection capacitifs (20) avec un oscillateur (54) pour exciter les premières électrodes de mesure capacitive (21) à un potentiel d'excitation alternatif au moins lors de mesures de couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure (21) et un ou des objets de commande (11).
11. Le dispositif d'interface de la revendication 10, qui comprend des moyens électroniques de détection capacitifs (20) en partie référencés à un potentiel électrique de garde alternatif (51) identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation alternatif, au moins lors de mesures de couplage capacitif entre les premières électrodes de mesure (21) et un ou des objets de commande (11).
12. Appareil comprenant un dispositif d'interface selon l'une des revendications précédentes.
13. L'appareil de la revendication 12, qui comprend une surface tactile (13) avec des premières électrodes de mesure (21) superposées à un écran d'affichage (12).
14. L'appareil de la revendication 13, qui comprend un capteur d'empreintes digitales (14) avec des secondes électrodes de mesure (22) disposées selon au moins une couche située à l'opposé de l'écran d'affichage (12) par rapport aux premières électrodes de mesure (21).
15. L'appareil de la revendication 13, qui comprend un capteur d'empreintes digitales ( 14) distinct de l'écran d'affichage ( 12) .
16. L'appareil de l'une des revendications 12 à 15, qui est de type téléphone, smartphone ou tablette.
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