FR2871270A1 - Dispositif d'affichage tactile - Google Patents

Abstract

Dispositif d'affichage tactile comportant :- une plaque (10) de touche ayant une surface (10a) de touche,- un réseau de taxels (25) formé dans un continuum de la plaque de touche ou dans un continuum d'une sous plaque (11) formant une partie de la plaque de touche (10), chaque taxel (25) comportant une lame (23) capable d'au moins deux états, le passage de l'un des états à l'autre provoquant directement ou indirectement la modification de la sensation tactile,- des moyens (23, 31, 4) pour modifier de façon sélective l'état de lames (23) de taxels (25), ces moyens comportant des moyens d'adressage (4) et des moyens (23) de modification de la sensation tactile de taxels (25),caractérisé en ce quechaque lame (23) de taxel a une forme de spirale, bordée de part et d'autre par un évidement (14) en forme de spirale.

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE TACTILE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention se situe dans le domaine des 5 dispositifs destinés à transmettre une information tactile à un utilisateur. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'affichage tactile comportant: - une plaque de touche ayant une surface de 10 touche, - un réseau de taxels constitués chacun par une lame capable d'au moins deux états, le passage de l'un des états à l'autre constituant la modification de la sensation tactile, - des moyens pour actionner de façon sélective des lames de taxels, ces moyens comportant des moyens d'adressage et des moyens de modification de l'état d'une lame de taxels, La déformation du relief de la surface de touche ou sa mise en vibration ou encore son changement de température, produit une variation de l'état de la lame et donc une variation de la sensation tactile qu'un utilisateur est à même de détecter. Les moyens d'adressage permettent de sélectionner les micro-actionneurs qu'ils convient d'activer à un instant donné pour produire à cet instant la sensation tactile souhaitée. 20

2 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le brevet US 6 159 013 décrit un capteur optique portable pour aveugles. Le dispositif inclut une unité électromagnétique. L'unité électromagnétique comporte une plaque de touches. Cette plaque comporte des trous. Des tiges mobiles centrées sur chacun des trous, peuvent, selon leur position axiale provoquer une déformation d'une surface de touches de la plaque de touches. Une bobine placée en arrière de la plaque de touches entoure chacune des tiges. Chaque bobine permet de déplacer une des tiges selon sa direction axiale. Selon la valeur d'un courant passant dans la bobine, une extrémité de la tige dépasse ou non au travers du trou correspondant, modifiant ainsi la forme de la surface de touches. De la sorte, une sensation tactile particulière de la plaque de touche peut être commandée à tout instant. Pour un dispositif pouvant atteindre plusieurs centaines d'actionneurs, la méthode décrite dans ce brevet ne peut plus être appliquée en raison de la complexité d'assemblage et de câblage, surtout lorsque les systèmes sont à miniaturiser.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention concerne une plaque de touche dont les taxels sont constitués par une seule lame découpée dans un continuum d'une plaque. Les lames et la plaque forment ainsi un ensemble d'un seul tenant. Chacune des lames constituant un taxel peut être formée dans la plaque unique en employant des techniques collectives de fabrication, en particulier les techniques de formation de composants multicouche en microélectronique.

La présente invention vise par rapport à cet état de la technique à augmenter le nombre de taxels par unité de surface. Elle vise ainsi à créer une sensation de continu lors de l'exploration tactile de la surface de touche. Idéalement la distance entre taxels contigus de la surface de touche devrait être de l'ordre de 1 mm, ce qui représente sensiblement la valeur de la résolution mécanique que peut ressentir le doigt d'un homme. La complexité d'assemblage de l'interface tactile augmente avec le nombre de taxels par unité de surface c'est à dire avec la densité des taxels. Cette complexité augmente d'autant plus que chaque taxel doit être actionné individuellement dans un volume de travail très réduit dont la surface de base est de l'ordre du mm2. Selon l'invention la lame découpée à partir de la surface de la plaque a la forme d'une spirale.

Des stipulations relatives au vocabulaire employé seront, à toutes fins utiles, données ci-après.

Le terme taxel n'est pas encore employé de façon courante en dehors du milieu professionnel de la sensation tactile. Il s'agit par analogie avec le pixel, de la surface d'un élément de modification de la sensation de la sensation tactile. La sensation tactile d'ensemble est une fonction de la valeur de chaque taxel. La sensation tactile d'un taxel peut être modifiée en modifiant son état par rapport au continuum de la plaque. L'état peut être constitué par la position relative du taxel par rapport au reste de la plaque ou encore son état d'immobilité ou de mouvement, par exemple vibratoire, ou encore sa température.

Il est précisé que le terme spirale n'est pas limité à par exemple une spirale logarithmique.

Ainsi par exemple chaque tour de la spirale pourra par exemple avoir une forme sensiblement de carré ou d'ellipse ou de cercle. Ces exemples sont donnés à titre illustratif et non limitatif.

Le terme plaque de touche ne désigne pas nécessairement une plaque plane. La plaque peut être formée par un empilement de couches. La plaque peut être plane ou courbée, en particulier pour mieux épouser la forme d'une partie d'un corps sur laquelle la sensation tactile doit être appliquée. Dans la suite de l'exposé, on considérera que par rapport à un taxel la plaque est localement plane.

Selon l'invention les parties déformables de taxel ou picots sont en forme de spirale, qui se déforment hors plan ou vibrent. Cette forme géométrique permet de maximiser la longueur de la poutre active du picot. Elle permet donc une déflexion importante hors plan, tout en restant dans la zone d'élasticité, ou de super élasticité dans le cas d'un alliage à mémoire de forme, du matériau constituant la plaque dans laquelle la lame spirale est découpée.

En résumé l'invention est relative à un dispositif d'affichage tactile comportant: - une plaque de touche ayant une surface de touche, - un réseau de taxels formé dans un continuum de la plaque de touche ou dans un continuum d'une sous plaque formant une partie de la plaque de touche, chaque taxel comportant une lame capable d'au moins deux états, le passage de l'un des états à l'autre provoquant directement ou indirectement la modification de la sensation tactile, - des moyens pour modifier de façon sélective l'état de lames de taxels, ces moyens comportant des moyens d'adressage et des moyens de modification de la sensation tactile de taxels, caractérisé en ce que chaque lame de taxel a une forme de spirale, bordée de part et d'autre par un évidement en forme de spirale.

Dans un mode de réalisation chaque lame de 15 taxel a une forme de double spirale.

Dans un mode de réalisation, la plaque ou une sous plaque constituant avec au moins une autre sous plaque la plaque de touche, et les lames, sont réalisées dans un matériau à mémoire de forme, chaque lame étant en fonction de sa température capable de deux états, un premier état dans lequel la lame est dans le plan local de la plaque, et un second état dans lequel la lame est déformée hors plan, provoquant ainsi une sensation tactile de relief.

Dans un mode de réalisation la plaque ou une sous plaque qui constitue, avec au moins une autre sous plaque, la plaque de touche, et les lames sont réalisées dans un matériau à mémoire de forme double sens.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche est formée de deux sous plaques parallèles entre elles, une sous plaque en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels et une sous plaque en matériau élastique, la sous plaque en matériau élastique comportant en correspondance à chaque taxel de la sous plaque en matériau à mémoire de forme, une lame ressort séparée du continuum de la sous plaque par un ou plusieurs évidements et reliée à lui par un ou plusieurs bras, chaque lame ressort de la sous plaque en matériau élastique comportant une liaison mécanique rigide avec la lame en spirale du taxel qui lui correspond de façon à exercer sur cette lame de taxel une force de rappel, lorsque cette lame de taxel est dans son état hors plan.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche est formée de deux sous plaques parallèles entre elles, une sous plaque en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels et une sous plaque de rappel également en matériau à mémoire de forme, la sous plaque de rappel comportant en correspondance à chaque taxel de la sous plaque en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels, une lame séparée du continuum de la sous plaque de rappel par un ou plusieurs évidements et reliée à lui par un ou plusieurs bras, chaque lame de la sous plaque de rappel étant en fonction de sa température dans une position de repos ou dans une position mémorisée, chaque lame de la sous plaque de rappel comportant une liaison mécanique rigide avec la lame en spirale du taxel qui lui correspond, de façon à ce que dans une position mémorisée, la lame de la sous plaque de rappel exerce sur la lame du taxel qui lui correspond une force de rappel tendant à ramener ladite lame de taxel de son état hors plan à son état de repos. De façon optionnelle, une couche thermiquement isolante sépare l'une de l'autre les sous plaques en matériau à mémoire de forme, la liaison mécanique rigide entre une lame de la sous plaque de rappel et la lame de taxel qui lui correspond comportant un élément thermiquement isolant rigidement relié mécaniquement à une partie de la lame de taxel et à une partie de la lame de la sous plaque de rappel.

De préférence, des rainures sont présentes sur le continuum de la plaque ou de sous plaques en matériau à mémoire de forme formant ensemble la plaque de touche, dans des espaces entre deux lames de taxels adjacents l'un à l'autre. Ces rainures ralentissent la propagation de la chaleur entre une lame chauffée d'un taxel et la lame du taxel contigu.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche comporte un matériau bicouche comportant une couche d'un matériau souple et une couche de matériau piézo électrique.

Ainsi, lorsqu'un champ électrique est appliqué au niveau d'une lame, il génère une déformation de la lame en flexion, ce qui cause une déflection hors plan de la lame. La couche de matériau souple, lorsqu'elle est présente permet d'accroître la robustesse de la couche de matériau piézo électrique, par exemple une céramique, très cassante par nature.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche est constituée par un matériau tricouche comportant une couche d'un matériau souple entre deux couches de matériau piézo électrique.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche est constituée par un matériau bicouche comportant deux couches de matériau piézo électrique.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche comporte une couche d'un matériau magnétostrictif. Ceci permet de réaliser directement des actionneurs fort couple haute vitesse sans la nécessité de passer par un réducteur, pour un rendu tactile vibratoire.

Dans un mode de réalisation la plaque de touche comporte une couche d'un matériau électrostrictif.

Dans un mode de réalisation la lame de taxel est un élément moteur d'une tige qui constitue au niveau de la plaque de touche une modification de la sensation tactile.

Dans un mode de réalisation les lames sont 20 mécaniquement liées à une tige elle-même mécaniquement liée à un aimant.

Dans des variantes de réalisation de ces deux derniers modes, le dispositif selon l'invention comporte en outre une plaque intermédiaire en matériau déformable comportant des passages pour les tiges. Les tiges sont munies de parties renflées et de parties étroites, ces parties renflées et étroites coopérant avec des formes internes des passages pour maintenir la tige selon une ou plusieurs positions prédéfinies.

9 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Des modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'une plaque de touche d'un dispositif d'affichage selon l'invention en présence d'un doigt, - les figures 2a et 2b représentent respectivement le détail d'un taxel en position de repos et en position hors plan, - les figures 3a et 3b représentent respectivement le détail d'un taxel en position de repos et en position hors plan dans le cas où la lame est une spirale double, - la figure 4 représente une coupe en perspective d'un taxel avec présence d'un moyen élastique de rappel en position de repos, les taxels figurant dans un continuum d'une première sous plaque en matériau à mémoire de forme, ou piézoélectrique ou électrostif ou encore magnétostrictif et le moyen de rappel figurant dans un continuum d'une seconde sous plaque en matériau élastique mécaniquement solidaire de la première sous plaque.

- la figure 5 représente une coupe en perspective d'un taxel réalisé dans le continuum d'une plaque avec présence d'un moyen de rappel vers une position de repos constitué par un matériau à mémoire de forme ayant une forme mémorisée antagoniste de la forme mémorisée dans le plan.

- la figure 6 représente un ensemble de 4 taxels destiné à montrer des modes de séparation thermique entre taxels adjacents d'une plaque de touche monolithique.

- la figure 7 représente une vue en perspective d'une autre forme de réalisation avec présence d'un moyen élastique de rappel, applicable en particulier au cas où la sensation tactile est obtenue en mode vibratoire par un matériau piézoélectrique, - la figure 8a est un exemple de réalisation dans lequel la lame du taxel provoque indirectement la modification de la sensation tactile, La lame n'étant utilisée que comme élément moteur d'un autre élément, - la figure 8b est un exemple de réalisation dans lequel la lame du taxel est un élément de guidage d'une tige elle-même actionnée par un ensemble aimant bobine, - les figures 8c et 8d montrent des détails de réalisation pour réaliser des taxels bistables ou multi stables respectivement.

- la figure 9 représente une vue en perspective éclatée d'un exemple de dispositif d'affichage tactile sous forme de deux couches ou de deux plaques superposées l'une à l'autre, une plaque de touche et une plaque portant un circuit d'adressage, - la figure 10 représente une vue éclatée d'un exemple de réalisation sous forme de plusieurs couches ou plaques superposées, une plaque de touche comportant des lames sensibles à un champ magnétique, une couche ou plaque de bobines, et un circuit d'adressage des bobines sous forme de une ou plusieurs couches.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente une plaque 10 ayant une surface supérieure l0a comportant un ensemble de taxels 25. Les taxels 25 sont constitués en réseau, par exemple matriciel régulier, en lignes et colonnes comme représenté sur la figure 1. La distance séparant un centre 24 d'un taxel du centre 24 d'un taxel adjacent est typiquement de l'ordre du mm. Cette résolution représente sensiblement la résolution mécanique chez l'homme au bout des doigts. Conformément à l'invention chacun des taxels 25 est formé par une lame 23 en forme de spirale, c'est-à-dire d'une lame dont une ligne longitudinale centrale va en tournoyant d'une partie périphérique vers un centre 24. Chaque point d'intersection entre cette ligne longitudinale centrale et un rayon issu du centre 24 est plus proche du centre 24 que le point d'intersection du tour précédent. Sur la figure 1 chaque lame de taxel a une forme de spirale circulaire. Cette forme n'est pas obligatoire. La spirale pourrait avoir toute autre forme de spirale, par exemple carrée, ovale ou autre. Sur les figures 2a et 2b qui représentent une vue en perspective agrandie d'un taxel isolé à l'état de repos et à l'état de travail respectivement, la lame 23 a une forme de spirale circulaire. La forme de repos d'une lame 23 de taxel 25, par exemple en alliage à mémoire de forme (AMF), est la forme dans laquelle la lame 23 est dans le plan de la plaque 10. La forme de travail est la forme mémorisée dans laquelle la lame 23 est hors plan.

Chacune des lames 23 est formée par découpe d'un évidement 14, lui-même en forme de spirale. Une extrémité non centrale 26 de la lame 23 est reliée au continuum de la plaque 10 par une jonction 26 constituant un bras d'ancrage de la lame 23. Dans la position de repos, la lame 23 est comme représentée figure 2a dans le plan local de la plaque 10. Dans la position de travail, la lame 23 est comme représentée figure 2b en dehors du plan local de la plaque 10. Elle présente ainsi un relief qui est utilisé pour donner une sensation tactile.

Dans un second mode de réalisation, la lame 23 de chacun des taxels 25 a une forme de double spirale. Un taxel 25 selon ce mode de réalisation est représenté figure 3a en position de repos et figure 3b en position de travail. La spirale formée par la lame 23 est dite double car un trajet selon une ligne longitudinale centrale de la lame, part d'un premier bras 26 de liaison entre une partie périphérique de la lame et le continuum de la plaque, se dirige vers le centre 24 de la lame, présente au niveau du centre 24 un point de rebroussement et repart vers un second bras de liaison 27 entre une partie périphérique de la lame et le continuum de la plaque.

Les bras 26, 27 qui sont sur des parties périphériques de la lame gardent une position fixe dans le plan du continuum de la plaque 10, quel que soit l'état dans le plan ou hors plan de la lame 23. De ce fait des liaisons électriques entre les premier et second bras 26 27 respectivement et un circuit d'adressage, sont fixes.

Dans les formes représentées figures 2a, 2b ou 3a, 3b, les taxels 25 peuvent être formés dans une plaque de touche 10 en matériau à mémoire de forme simple ou double sens, dans un matériau piézoélectrique, par exemple une céramique piézoélectrique, un matériau électrostrictif, par exemple une céramique électrostrictive ou encore dans un matériau magnétostrictif.

Lorsque le continuum de la plaque 10 ou de l'une des sous plaques ou couches la constituant est en matériau à mémoire de forme, le passage de la forme de repos à la forme de travail est assurée par chauffage. Cela est effectué, par exemple, en faisant passer un courant directement dans la lame 23 en matériau à mémoire de forme ou en utilisant une thermistance ou une résistance chauffante placée à proximité, chauffant par conduction ou par radiation, ou par toute autre source de chaleur et en particulier un faisceau laser.

Lorsque le continuum de la plaque 10 ou de l'une des sous plaques ou couches la constituant est en matériau piézoélectrique par exemple une céramique piézoélectrique, ou un matériau électrostrictif, par exemple une céramique électrostrictive une déformation de relief peut être appliquée par application d'une tension entre une partie supérieure et une partie inférieure de la couche de ce matériau.

La forme de repos est une forme dans laquelle la lame 23 reçoit une tension faible ou nulle. La forme de travail est une forme dans laquelle la lame 23 reçoit une tension variable, par exemple alternative, provoquant un effet vibratoire qui peut être ressenti tactilement.

La magnétostriction permet de réaliser directement des actionneurs "fort couple haute vitesse" sans passer par un réducteur. Des alliages comme le fer-cobalt peuvent être déposé sur un substrat comme dans le cas précédent piézoélectrique. Un champ magnétique est nécessaire pour réorienter les dipôles magnétiques et générer des déformations. Ces champs magnétiques individuels doivent être à proximité de chaque taxel magnétostrictif. Un exemple de réalisation de tels champs sera exposé plus loin.

Dans les variantes de réalisation applicables à des dispositifs d'affichage comportant des taxels 25 comportant des lames 23 en matériau à mémoire de forme simple sens, ou piézoélectrique, ou électrostrictif ou encore magnétostrictifs tels que ceux représentés par exemple figures 2a, 2b ou 3a, 3b, un moyen de rappel de la lame 23 d'un taxel 25 de sa position hors plan à sa position dans le plan est nécessaire. Il ne l'est pas lorsque le matériau est à mémoire de forme double sens.

Dans une première variante de réalisation, avec présence d'un moyen de rappel, le moyen de rappel résulte du fait que le matériau à mémoire de forme est un matériau double sens. Le retour à la position plane, position basse température dans ce cas, s'effectue grâce à un traitement thermique effectué au préalable qui génère ce que l'on définit par l'effet double sens dans les alliages à mémoire de forme. Ainsi les modes de réalisation représentés sur l'une des figures 2a, 2b; 3a, 3b, correspondent à des modes de réalisation avec rappel qui peuvent être réalisés avec des plaques 10 en matériau à mémoire de forme double sens.

Dans une seconde variante de réalisation, avec présence d'un moyen de rappel, le rappel à la position plane est accéléré par la présence d'un moyen élastique de rappel 28. Ce moyen avec rappel élastique est applicable aux cas où le matériau constituant l'une des sous plaque de la plaque de la plaque 10 est un matériau à mémoire de forme ou piézoélectrique ou électrostrictif ou encore magnétostrictif.

Dans un mode de réalisation de cette variante avec présence d'un moyen élastique de rappel 28, représenté figure 4, le moyen élastique est un ressort 28 qui a les mêmes dimensions que la lame 23 active. Dans ce cas, la plaque de touche 10 se présente sous forme d'une plaque bicouche, une première sous plaque 11 en matériau à mémoire de forme, ou piézoélectrique ou électrostrictif ou encore magnétostrictif, et une seconde sous plaque 12 en matériau élastique mécaniquement solidaire de la première sous plaque 11. Dans l'exemple représenté figures 4 le ressort 28 est découpé de la même façon que la lame 23. En particulier, les centres 20 du ressort 28 sur la plaque 12 et 24 de la lame 23 de la première sous plaque 11 sont situés l'un sous l'autre et sont mécaniquement solidaires l'un de l'autre.

Dans un autre mode de réalisation de cette variante de réalisation avec présence d'un moyen élastique de rappel 28, le ressort passif 28 a, pour des raisons de rigidité et de force de rappel, une géométrie de spirale différente de celle de la lame active 23. Dans ce cas les deux sous plaques 11 et 12 ne sont pas totalement solidaires mécaniquement l'une de l'autre et seul un point de soudure, par exemple, assure une liaison mécanique entre le centre 24 de la lame 23 en matériau à mémoire de forme ou piézoélectrique ou électrostrictif ou encore magnétostrictif et le centre 20 du ressort 28 découpé dans la sous plaque 12. Cet autre mode de réalisation de cette seconde variante n'a pas été représenté.

Le ressort 28 est réalisé dans un matériau passif ayant des caractéristiques élastiques intéressantes, par exemple un acier ressort.

Dans une autre variante de réalisation avec présence d'un moyen rappel, le rappel est assuré par un matériau à mémoire de forme ayant une forme mémorisée antagoniste de celle de la lame 23. Un tel mode de réalisation est représenté figure 5.

Dans ce cas, la plaque de touche 10 se présente sous forme d'une plaque bicouche, une première sous plaque 11 en matériau à mémoire de forme et une seconde sous plaque 13 en matériau à mémoire de forme également, mécaniquement solidaire de la première sous plaque 11. Dans l'exemple représenté figures 5 une lame spirale 29 de rappel est découpée dans la seconde sous plaque 13, de la même façon que la lame 23 dans la première sous plaque 11.

De préférence dans ce mode de réalisation avec rappel en position de repos par une lame 29 en matériau à mémoire de forme, de forme mémorisée antagoniste à celle de la lame 23 active, les deux sous plaques 11, 13 sont séparées l'une de l'autre par un isolant thermique. On peut de la sorte chauffer indépendamment la lame active 23 et la lame de rappel 29. Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté au cas représenté figures 3a, 3b où la spirale est double, car un circuit d'adressage comporte alors une piste commune d'alimentation pour l'une des extrémités de l'un des moyens de chauffage de l'une des lames 23 ou 29 d'un même taxel 25, et de pistes indépendantes l'une de l'autre pour l'autre extrémité de chacun des moyens de chauffage dudit taxel 25. Les moyens de chauffage des lames 23 et 29 respectivement peuvent ainsi être alimentés indépendamment l'un de l'autre.

Dans un premier mode de séparation thermique des lames 23 et 29 d'un même taxel 25 représenté figure 5, une couche 30 isolante thermiquement, par exemple en polymère, est introduite entre les deux sous plaques 11 et 13. Des via électriquement conducteurs non représentés traversant la couche isolante 30 permettent une alimentation électrique commune d'une extrémité électriquement commune, d'un moyen de chauffage de l'une et de l'autre des lames 23, 29.

Dans un second mode de séparation thermique non représenté, les sous plaques 11, 13 sont thermiquement isolées l'une de l'autre par un ensemble de billes thermiquement isolantes disposées entre les centres de chaque lame 23 et de chaque lame 29 d'un même taxel 25.

De façon optionnelle pour tous les modes dans lesquels les taxels de la plaque de touche 10 réagissent à un effet thermique la surface de touche 10a est recouverte par une couche 50 isolante thermiquement, représentée figure 3a, pour ne pas chauffer directement le bout du doigt.

Il est avantageux lorsqu'une lame 23 est chauffée à sa température de transformation de l'état martensite à l'état austénite pour passer de la position dans le plan à la position hors plan, que le flux thermique d'alimentation d'une lame 23 ne soit pas transmis aux lames 23 des taxels 25 voisins, ceci afin de ne pas déclencher un mouvement indésirable des lames 23 de ces taxels. Il est donc intéressant d'augmenter la résistance thermique entre taxels 25 voisins. La figure 6 montre une illustration de ce concept pour quatre taxels 25 voisins d'une plaque 10 monolithique dont le nombre total de taxels n'est pas limité au nombre de quatre qui est représenté figure 6. Afin d'augmenter le chemin thermique entre taxels 25 voisins consécutifs une ou de préférence plusieurs rainures 21 sont disposées entre deux taxels consécutifs. Les rainures 21 sont disposées entre taxels 25 consécutifs de façon à augmenter le chemin thermique entre deux lames 23 de taxels 25 consécutifs. Du fait de la présence des rainures 21, la plaque de touche 10 devient plus flexible mécaniquement ce qui constitue parfois un avantage lorsque le doigt vient se poser sur la plaque. La plaque 10 se déforme localement et épouse le profil du doigt ou de toute autre zone corporelle de contact et il en résultera une meilleure performance tactile.

Une autre forme de réalisation avec présence d'un moyen élastique de rappel 28, applicable en particulier au cas où la sensation tactile est obtenue par un matériau piézoélectrique est représentée figure 7.

Dans ce mode de réalisation la plaque de touche 10 se présente sous la forme d'un matériau tricouche dans lequel une couche 28 en un matériau qui a des propriétés élastiques intéressantes par exemple acier, cuivre ou Béryllium, est prise en sandwich entre deux couches 32, 33 en matériau piézoélectrique. Ce matériau trois couches peut être réalisé notamment par déposition d'une céramique piézoélectrique par exemple par les technologies de déposition sol gel. Lorsqu'un champ électrique est appliqué aux 2 couches piézoélectriques, il génère une déformation en flexion ce qui cause une déflection hors plan.

Un exemple de réalisation va maintenant être décrit en liaison avec la figure 8a dans lequel la lame 23 provoque indirectement la modification de la sensation tactile. La lame 23 n'est utilisée que comme élément moteur d'un autre élément, par exemple une tige 22 mécaniquement reliée à la lame, cet autre élément 22 affleurant ou dépassant de la plaque de touche10 en fonction de l'état de la lame 23. Dans le cas de la modification indirecte, c'est cet autre élément 22 qui constitue la modification de la sensation tactile. La lame constitue directement la modification de la sensation tactile lorsque c'est la lame elle-même, éventuellement par l'intermédiaire d'une protection, qui est en contact avec le doigt d'un utilisateur.

Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits et dans leurs variantes de réalisation chaque lame 23 constitue directement la modification de la sensation tactile.

Dans l'exemple représenté figure 8a, le dispositif d'affichage tactile selon l'invention comporte une plaque de touche 10 formée de deux sous plaques ou couches 16, 17. La sous plaque 16 comporte, conformément à l'invention, pour chaque taxel 25, une lame 23 en spirale séparée du continuum de la sous plaque 16 par un évidement 14. La tige 22 est fixée au centre 24 de la lame 23. La tige 22 est perpendiculaire au plan local de la sous plaque 16. La sous plaque 17 est superposée et mécaniquement solidaire de la sous plaque 16. La sous plaque 17 comporte face à chaque taxel de la sous plaque 16 une cavité 18 d'une dimension suffisante pour loger la lame 23 lorsqu'elle est dans sa position hors plan. La cavité 18 a dans le mode préféré de réalisation une forme sensiblement tronc conique. Un trou traversant 19 occupe le fond étroit de la cavité 18, permettant le passage et le guidage de la tige 22. La surface supérieure 15a de la plaque de touche 15, formée par la surface supérieure de la sous plaque 17 est la surface de touche.

Ce mode de réalisation avec ajout d'une tige 22 au centre 24 de chaque lame 23 est compatible avec chacun des modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus.

Le fonctionnement est le suivant: Lorsque aucune sollicitation n'est appliquée à la lame 23, la tige 22 est logée entièrement dans le trou 19, ou partiellement dans le trou 19 et partiellement dans la cavité 18, en sorte que la tige ne dépasse pas de la surface supérieure 17a de la plaque de touche 10.

Lorsque la lame 23 est déformée par application d'un chauffage si le matériau composant la sous plaque 16 est un matériau à mémoire de forme, ou par application d'un champ électrique s'il s'agit d'un matériau piézoélectrique ou électrostrictif ou par application d'un champ magnétique s'il s'agit d'un matériau magnétostrictif, la tige 22 est poussée vers le haut de façon à dépasser constamment ou périodiquement de la surface 17a de la sous plaque 17, modifiant ainsi la sensation tactile au niveau de cette surface.

Dans les exemples qui viennent d'être décrits, la lame 23 a un rôle actif en tant que c'est la lame qui se déforme sous l'action d'un phénomène physique. Elle entraîne éventuellement un picot 22. Il va être décrit ciaprès en liaison avec la figure 8b des cas dans lesquelles la lame 23 sert d'élément de guidage à une tige ou picot 22 qui sert de picot tactile. Dans ce cas la lame est découpée comme décrit précédemment dans un continuum d'une plaque 10 formant la plaque de touche. Dans ce cas le matériau constituant ladite plaque est en matériau élastique, par exemple de l'acier ressort ou du cuivre béryllium.

Un picot 22 qui constitue un poussoir a une première extrémité 22a liée mécaniquement au centre 24 d'une lame 23. Le guidage flexible permet des déplacements importants sans dépasser les zones d'élasticité du matériau constituant la lame. Le picot 22 a une seconde extrémité reliée mécaniquement à un aimant 57 dont le déplacement vers la plaque de touche 10 ou en éloignement de celle-ci est assuré par le sens d'un courant circulant dans une bobine 31 associée à chaque picot 22. Une plaque intermédiaire 52 de guidage est de préférence insérée entre la plaque de touche et une plaque 3 portant les bobines 31. Le picot n'a pas nécessairement comme représenté figure 8b, la forme d'une tige. Il peut avoir comme représenté figure 8c, et 8d, une forme présentant des variations de dimensions de section transversale, des sections plus étroites formant des butées de position de verrouillage. Ainsi figure 8c, la tige 22 présentent deux renflements 53, 54 séparés l'un de l'autre par une partie étroite 55. En position verrouillée des lames élastiques 51 ménagées autour d'un passage de la tige 22 au travers de la plaque 52 viennent en butée sur la partie étroite 55. Sur la figure 8d la tige 22 présente un renflement 54 et la plaque intermédiaire 52 présente dans son épaisseur des crans 56. Chaque cran 56 constitue en liaison avec le renflement 54 une position de verrouillage de la tige 22.

Le fonctionnement est le suivant: Chaque tige ou picot 22 est suspendu à une lame 23 de la plaque de touche. Selon le sens d'un courant circulant dans la bobine 31 la tige a une position haute poussant la lame 23 hors plan ou une position basse la ramenant dans le plan.

Des modes de réalisation de circuit d'adressage pour appliquer des courants de chauffage ou des tensions ou des champs magnétiques de façon sélective aux pixels 25 de la plaque de touche 10 vont maintenant être décrits en liaison avec les figures 9 et 10.

Pour une spirale simple comme celle présentée sur les figures 2a, 2b, pour délivrer un courant à une lame 23 en matériau à mémoire de forme ou à une thermistance ou à une résistance chauffante déposée sur la lame 23, une connexion électrique mobile d'alimentation, par exemple sous forme d'un fil conducteur est fixée, par exemple au centre 24 de la lame 23. Cette connexion relie électriquement une première extrémité 26 de la lame en matériau à mémoire de forme ou de la thermistance ou de la résistance chauffante dans le cas contraire à une extrémité 45 d'une piste 41, 44 d'un circuit d'adressage 4 qui sera décrit succinctement ci-après.

Comme représenté sur la figure 9, le circuit d'adressage 4 peut être réalisé sous forme d'un circuit imprimé 4, comportant des pistes 41-44 reliant chacune un bord extérieur du circuit à une position correspondant à un centre 24 d'un taxel 25. Le dispositif d'affichage tactile se présente alors sous forme de deux couches ou de deux plaques 4, 10 superposées l'une à l'autre comme représenté en perspective éclatée figure 9.

Le fonctionnement est le suivant. Un dispositif de commande non représenté, connecte des extrémités de bord des pistes 41-44, en fonction de motifs à représenter sur la plaque de touche 10 à une source d'alimentation électrique non représentée. Un courant circule alors de la piste sélectionnée vers l'élément chauffant la lame 23 qui correspond à chacune des pistes sélectionnées. Le retour du courant est assuré par une masse commune. Lorsque les lames 23 sélectionnées ont atteint leur température de transformation, les dites lames retrouvent leurs formes hors plan mémorisées, constituant ainsi ensemble le motif à réaliser.

Un circuit d'adressage 4 tel que celui représenté figure 9 peut aussi être utilisé pour adresser des tensions si les lames 23 sont découpées à partir d'un continuum matériau piézoélectrique, ou électrostrictif. Dans ce cas les connexions 45 sont reliées à une électrode de commande appliquée au matériau de la lame 23. Une autre électrode est reliée à un potentiel constant.

Dans le cas où le matériau constituant le continuum de la plaque est un matériau magnétostrictif, il convient d'appliquer un champ magnétique sélectif à chaque taxel. Afin de créer ce champ magnétique variable, un circuit 3 de bobines 31 est interposé entre le circuit d'adressage 4 et la plaque de touche 10.

Dans le cas où le matériau constituant le continuum de la plaque est un matériau magnétique et où les lames 23 sont découpées dans ce matériau, un effet tactile vibratoire est obtenu en appliquant un courant alternatif aux bobines 31.

La figure 10 représente une vue éclatée d'un exemple de réalisation de ce mode de réalisation. On a représenté sur cette figure une couche 3 de bobines plates 31 et trois couches 46-48 formant ensemble un circuit imprimé multicouches d'adressage 4. Dans la représentation de la figure 10, la couche 3 de bobines 31 comporte dans un but de simplification de la représentation, seulement huit colonnes de huit lignes de bobines 31. L'adressage s'effectue à travers des pistes 41-44 du circuit multicouche 4 qui viennent en contact avec le centre des bobines. Chacune des bobines 31 peut donc être adressée indépendamment. Cette configuration du circuit d'adressage 4 présente un grand intérêt quand le nombre de bobines 31 et de taxels 25 correspondants est très élevé.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1) Dispositif d'affichage tactile comportant: - une plaque (10) de touche ayant une surface (10a) de touche, - un réseau de taxels (25) formé dans un continuum de la plaque de touche ou dans un continuum d'une sous plaque (11) formant une partie de la plaque de touche (10), chaque taxel (25) comportant une lame (23) capable d'au moins deux états, le passage de l'un des états à l'autre provoquant directement ou indirectement la modification de la sensation tactile, - des moyens (23, 31, 4) pour modifier de façon sélective l'état de lames (23) de taxels (25), ces moyens comportant des moyens d'adressage (4) et des moyens (23) de modification de la sensation tactile de taxels (25), caractérisé en ce que chaque lame (23) de taxel a une forme de 20 spirale, bordée de part et d'autre par un évidement (14) en forme de spirale.

2) Dispositif d'affichage tactile selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque lame (23) de taxel (25) a une forme de double spirale

3) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la plaque (10) ou une sous plaque (11) constituant avec au moins une autre sous plaque la plaque de touche (10) et les lames (23) de taxels (25) sont réalisées dans un matériau à mémoire de forme, chaque lame (23) étant en fonction de sa température capable de deux états, un premier état dans lequel la lame est dans le plan local de la plaque (10) ou de la sous plaque (11), et un second état dans lequel la lame est déformée hors plan, provoquant ainsi une sensation tactile de relief.

4) Dispositif d'affichage tactile selon la revendication 3 caractérisé en ce que le matériau à mémoire de forme dans lequel la plaque (10) ou la sous plaque (11) et les lames (23) sont réalisées est double sens.

5) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la plaque (10) de touche est formée de deux sous plaques (11, 12, 13), parallèles entre elles, une sous plaque (11) en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels (25) et une sous plaque (12) en matériau élastique, la sous plaque (12) en matériau élastique comportant en correspondance à chaque taxel (25) de la sous plaque (11) en matériau à mémoire de forme, une lame ressort (28) séparée du continuum de la sous plaque (12) par un ou plusieurs évidements et reliée à lui par un ou plusieurs bras, chaque lame ressort (28) de la sous plaque (12) en matériau élastique comportant une liaison mécanique rigide avec la lame (23) en spirale du taxel (25) qui lui correspond de façon à exercer sur cette lame (23) de taxel (25) une force de rappel, lorsque cette lame (23) de taxel (25) est dans son état hors plan.

6) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la plaque (10) de touche est formée de deux sous plaques (11, 13), parallèles entre elles, une sous plaque (11) en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels (25) et une sous plaque (13) de rappel également en matériau à mémoire de forme, la sous plaque (13) de rappel comportant en correspondance à chaque taxel (25) de la sous plaque (11) en matériau à mémoire de forme comportant le réseau de taxels (25), une lame (29) séparée du continuum de la sous plaque (13) de rappel par un ou plusieurs évidements et reliée à lui par un ou plusieurs bras (26, 27), chaque lame (29) de la sous plaque (13) de rappel étant en fonction de sa température dans une position de repos ou dans une position mémorisée, chaque lame (29) de la sous plaque (13) de rappel comportant une liaison mécanique rigide avec la lame (23) en spirale du taxel (25) qui lui correspond, de façon à ce que dans une position mémorisée la lame (29) de la sous plaque (13) de rappel exerce sur la lame (23) du taxel (25) qui lui correspond une force de rappel tendant à ramener ladite lame (23) de taxel (25) de son état hors plan à son état de repos.

7) Dispositif d'affichage tactile selon la revendication 6 caractérisé en ce que une couche thermiquement isolante (30) sépare l'une de l'autre les sous plaques (11, 13) en matériau à mémoire de forme, la liaison mécanique rigide entre une lame (29) de la sous plaque (13) de rappel et la lame (23) de taxel (25) qui lui correspond comportant un élément thermiquement isolant rigidement relié mécaniquement à une partie (24) de la lame (23) de taxel (25) et à une partie de la lame (29) de la sous plaque (13) de rappel.

8) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que des rainures (21) sont présentes sur le continuum de la plaque (10) ou de sous plaques (11, 13) en matériau à mémoire de forme formant ensemble la plaque de touche (10) dans des espaces entre deux lames.

9) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la plaque de touche (10) comporte un matériau bicouche comportant une couche (12) d'un matériau élastique une couche (11) de matériau piézo électrique.

10) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la plaque de touche (10) est constituée par un matériau tricouche comportant une couche (12) d'un matériau élastique entre deux couches (32, 33) de matériau piézo électrique.

11) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la plaque de touche (10) est constituée par un matériau bicouche comportant deux couches de matériau piézo électrique.

12) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que 25 la plaque de touche (10) comporte une couche d'un matériau magnétostrictif ou d'un matériau électrostrictif.

13) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que 30 la lame (23) de taxel est un élément moteur d'une tige (22) qui constitue au niveau de la plaque de touche une modification de la sensation tactile.

14) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les lames (23) sont mécaniquement liées à une tige (22) elle-même mécaniquement liée à un aimant (57).

15) Dispositif d'affichage tactile selon l'une des revendications 13 ou 14 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque intermédiaire (52) en matériau déformable comportant des passages pour les tiges (22), en ce que les tiges sont munies de parties renflées (53, 54) et de parties étroites (55), ces parties (53, 54, 55) renflées et étroites coopérant avec des formes internes des passages pour maintenir la tige selon une ou plusieurs positions prédéfinies.