FR3006435A1

FR3006435A1 - CONTACTLESS DATA ENTRY DEVICE

Info

Publication number: FR3006435A1
Application number: FR1354999A
Authority: FR
Inventors: Raphael Juston; Laetitia Pradere; Jean-Yves Marteau; Stephane Viollet; Bernard Bavoux
Original assignee: Aix Marseille Universite; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Aix Marseille Universite; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-05
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: FR3006435B1

Abstract

Dispositif de saisie de données sans contact comprenant au moins deux capteurs sans contact (31) dans un plan agencés pour définir un volume de détection adjacent au plan des capteurs, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent au moins une source d'ondes électromagnétique (311) et au moins trois composants récepteurs d'ondes réfléchies (312, 313, 314) orientés dans des directions différentes et soient agencés de sorte à détecter la position d'un corps dans le volume de détection.Non-contact data capture device comprising at least two non-contact sensors (31) in a plane arranged to define a detection volume adjacent to the plane of the sensors, characterized in that said sensors comprise at least one electromagnetic wave source (311 and at least three reflected wave receiving components (312, 313, 314) oriented in different directions and arranged to detect the position of a body in the detection volume.

Description

DISPOSITIF DE SAISIE DE DONNEES SANS CONTACT pool La présente invention concerne de manière générale un dispositif de saisie de données sans contact capable de détecter une position d'un corps dans un volume défini, par exemple face à un écran dans un véhicule automobile ou face à une surface plane en présence d'un opérateur. [0002] II est connu dans l'art antérieur divers dispositifs de saisie de données tels que des écrans comprenant différentes zones correspondant à diverses tâches qui peuvent être sélectionnées en indiquant une zone particulière au moyen d'un corps, par exemple un doigt, devant un écran. [0003] Par exemple, il est conventionnel d'utiliser un écran tactile dans lequel la zone est indiquée en établissant un contact entre le corps et l'écran qui est détecté par le dispositif. Cependant ce type de moyen ne permet pas d'anticiper une modification de l'affichage de l'écran au fur et à mesure de l'approche du doigt. En particulier il n'est pas possible de grossir la zone concernée par l'approche du doigt ce qui nécessite une attention visuelle importante sur un écran de taille réduite et un effort de l'opérateur, en particulier du conducteur qui détourne son attention de la route. Il existe d'autres types de dispositifs de saisie de données ne nécessitant pas de contact tels que des dispositifs dans lesquels le corps est détecté grâce à des capteurs émettant des rayons infrarouges (IR) destinés à être coupés par le corps : ces systèmes ne fonctionnent cependant qu'à une faible distance de la surface de l'écran, par exemple 1 à 2 cm, et ne résolvent pas le problème énoncé plus haut. Enfin, il existe des dispositifs à base de caméras couplées à un traitement d'image qui nécessitent cependant des capacités de traitements informatiques intensifs, compliqués et coûteux. [0004] Le document FR 2 960 058 décrit un dispositif de saisie de données comprenant capteur de mouvement photo-électronique sans contact comprenant plusieurs facettes extérieures de transmission, des bandes opaques d'occultation du rayonnement lumineux ainsi qu'un moyen de concentration de la lumière incidente vers une photodiode à l'intérieur du capteur, destiné à être disposé autour d'un écran pour détecter des mouvements d'un corps à proximité de cet écran. Un problème de ce type de dispositif est que chaque capteur ne permet pas de détecter la direction lumineuse selon trois segments angulaires. De ce fait il faut une pluralité de capteurs pour détecter le mouvement et l'amplitude du mouvement d'un objet. De plus, il ne permet pas de détecter un mouvement selon une direction perpendiculaire à la surface du photocapteur. [0005] D'autres travaux publiés dans la revue Sensors and Actuators A 160 (2010) 60-68 par S. Viollet et N. Franceschini permettent l'usage de peu de capteurs mais nécessitent une vibration des capteurs pour améliorer la précision de localisation ce qui entraîne une difficulté de réalisation en introduisant des contraintes mécaniques. [0006] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des 15 documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir un dispositif de saisie de données sans contact, à très bas coût, simple et précis. [0007] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif de saisie de données sans contact comprenant au moins deux capteurs sans 20 contact dans un plan agencés pour définir un volume de détection adjacent au plan des capteurs, caractérisé en ce que lesdits capteurs comprennent au moins une source d'ondes électromagnétique et au moins trois composants récepteurs d'ondes réfléchies orientés dans des directions différentes et soient agencés de sorte à détecter la position angulaire d'un corps dans le 25 volume de détection. Ainsi, un corps peut être détecté et localisé sans contact à une distance élevée (quelques dizaines de centimètre) de manière précise et peu coûteuse. [00os] De manière avantageuse, le dispositif comprend en outre un écran entouré d'un support sur les coins duquel sont situés au moins deux capteurs. Ainsi, les capteurs permettent de sélectionner des données sur un écran. [0009] Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que lesdits capteurs comprennent une pluralité de sources d'ondes agencées 5 pour être mises en oeuvre successivement et orientées dans des directions différentes de sorte à ce que leur émission successives segmentent le volume de détection en différents étages. De cette manière, le volume est séparé en différents étages qui sont successivement analysés ce qui permet d'obtenir des informations sur l'orientation du corps en plus de sa position 10 pour une détection haute résolution. [0olo] Avantageusement, chaque source est implantée dans un sillon d'orientation réalisé dans le capteur afin d'assurer la segmentation du volume éclairé. [0011] Optionnellement un dispositif de type lentille convergente ou 15 divergente, ou plus complexe, peut être ajouté en interface des émetteurs ou récepteurs pour modifier le trajet des ondes afin d'optimiser le fonctionnement du capteur. [0012] De manière avantageuse, le cadre comprend en outre ou à la place des capteurs en angle au moins un capteur sans contact disposé sur un côté 20 dans lequel le capteur comprend au moins deux sources d'ondes électromagnétique et au moins quatre composants récepteurs d'ondes réfléchies. De cette manière, on peut améliorer la précision. [0013] Avantageusement, le capteur a une forme de cube coupé par un plan de coupe orienté par sa normale à 45° en longitude et 45° en colatitude et 25 passant par trois de ses côtés de sorte que la source d'ondes soit agencée sur le plan de coupe et les trois composants récepteurs d'ondes sur les côtés du cube coupés par le plan de coupe. Cette réalisation permet d'avoir une bonne définition sur 1/8 d'un volume sphérique face à lui. [0014] Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que la source d'onde émette une onde modulée. De cette manière, on peut filtrer la lumière environnante continue pour améliorer la précision. [0015] Avantageusement, au moins une source d'onde est une diode électroluminescente infrarouge lointain ou proche. Ainsi, personne ne peut voir l'éclairage. Il est important de préciser que le capteur peut aussi fonctionner dans une large gamme spectrale d'émission de rayonnement visible ou non. [0016] De manière avantageuse, les composants récepteurs d'ondes sont 10 des photodiodes. Ainsi, on obtient une haute sensibilité angulaire pour un bas coût. [0017] Avantageusement, le capteur comprend en outre un micro-miroir mobile agencé pour diriger les ondes électromagnétiques émises. Ainsi une détection très haute définition peut être obtenue. 15 [0018] Un second aspect de l'invention est un véhicule automobile comportant au moins un système de saisie de données selon le premier aspect de l'invention. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit 20 d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - les figures 'I A et 1B représentent un dispositif de saisie de données selon la présente invention. - les figures 2A à 2C représentent un capteur de position selon la 25 présente invention [0020] La figure 1 A représente un exemple d'un dispositif de saisie de données sans contact, pouvant par exemple être monté dans un véhicule automobile, comprenant un écran 1 et un cadre 2 entourant l'écran 1. Le cadre 2 comprend au moins deux capteurs sans contact 31 disposés dans des coins du cadre 2 ou au moins deux capteurs sans contact 32 disposés sur les côtés du cadre 2. Une électronique spécifique pourra être développée de manière à activer un seul capteur à la fois et ainsi éviter tout phénomène d'éblouissement mutuel entre capteurs. [0021] La figure 1B représente un coin du cadre 2 dans lequel est monté un capteur de coin 31 représenté plus en détail sur la figure 2A. De préférence, le cadre 2 comprend deux surfaces planes 21 et 23 reliées par une paroi oblique 22. Chaque capteur 31 est monté dans le plan du cadre 2 de sorte à être pris entre ces surfaces et comprend une source d'ondes électromagnétique 311 et trois composants récepteurs d'ondes réfléchies 312, 313, 314 orientés dans des directions différentes de sorte à définir un volume adjacent au plan des capteurs de sorte à déterminer des informations de direction et de distance de la position d'un corps dans ce volume et devant l'écran. [0022] La figure 2A représente un premier mode de réalisation de capteur de coin 31 qui a une forme de cube coupé par un plan de coupe 30 orienté par sa normale à 45° en longitude et 45° en colatitudeet passant par trois de ses côtés de sorte que la source d'ondes 311 soit agencée sur le plan de coupe 30 et les trois composants récepteurs d'ondes 312, 323, 324 sur les côtés du cube coupés par le plan de coupe 30. [0023] La figure 2B représente un second mode de réalisation de capteur 31 comprenant une pluralité de sources d'ondes 311, 311', 311" agencées pour être mises en oeuvre successivement et orientées dans des directions différentes de sorte à ce que leurs émissions successives segmentent l'espace en différents étages. De préférence, chaque source 311, 311', 311" est implantée dans un sillon d'orientation réalisé dans le capteur 31. [0024] Enfin, la figure 2C représente un capteur de bord 32 qui comprend au moins deux sources d'ondes électromagnétique 321, 321' et au moins quatre composants récepteurs d'ondes réfléchies 322, 323, 324, 325. [0025] De préférence, la source d'onde 311, 311', 311", 321, 321' est une diode électroluminescente infrarouge et/ou émet une onde modulée et les composants récepteurs d'ondes 312, 313, 314, 322, 323, 324, 325 sont des photodiodes. Optionnellement, le capteur 31, 32 peut comprendre en outre un micro-miroir mobile agencé pour diriger les ondes électromagnétiques émises. [0026] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence au nombre de sources d'ondes et de composants récepteurs sur chaque capteur sans contact, aux différentes plages de fréquences et gammes spectrales des sources d'ondes et des composants récepteurs, aux caractéristiques géométriques des capteurs.The present invention generally relates to a non-contact data acquisition device capable of detecting a position of a body in a defined volume, for example facing a screen in a motor vehicle or in front of a vehicle. a flat surface in the presence of an operator. It is known in the prior art various data entry devices such as screens comprising different areas corresponding to various tasks that can be selected by indicating a particular area by means of a body, for example a finger, in front of a screen. For example, it is conventional to use a touch screen in which the area is indicated by establishing a contact between the body and the screen that is detected by the device. However, this type of means does not anticipate a change in the display of the screen as the approach of the finger. In particular it is not possible to magnify the area concerned by the finger approach which requires significant visual attention on a screen of reduced size and effort of the operator, especially the driver who diverts his attention from the road. There are other types of non-contact data capture devices such as devices in which the body is detected by infrared ray (IR) sensors that are intended to be cut by the body: these systems do not work however, at a small distance from the surface of the screen, for example 1 to 2 cm, and do not solve the problem stated above. Finally, there are camera-based devices coupled to image processing which, however, require intensive, complicated and expensive computer processing capabilities. Document FR 2 960 058 discloses a data acquisition device comprising a non-contact photoelectronic motion sensor comprising a plurality of external transmission facets, opaque bands for occultation of the light radiation and a means for concentrating the light. incident light to a photodiode inside the sensor, intended to be arranged around a screen to detect movements of a body near this screen. A problem of this type of device is that each sensor does not detect the light direction along three angular segments. As a result, a plurality of sensors is required to detect the motion and range of motion of an object. In addition, it does not detect motion in a direction perpendicular to the surface of the photosensor. [0005] Other works published in the journal Sensors and Actuators A 160 (2010) 60-68 by S. Viollet and N. Franceschini allow the use of few sensors but require a vibration of the sensors to improve the accuracy of location. which leads to a difficulty of realization by introducing mechanical stresses. An object of the present invention is to meet the disadvantages of the prior art documents mentioned above and in particular, first of all, to provide a contactless data entry device at very low cost. , simple and precise. [0007] For this purpose, a first aspect of the invention relates to a non-contact data acquisition device comprising at least two non-contact sensors in a plane arranged to define a detection volume adjacent to the plane of the sensors, characterized in that said The sensors comprise at least one electromagnetic wave source and at least three reflected wave receiving components oriented in different directions and are arranged to detect the angular position of a body in the detection volume. Thus, a body can be detected and located without contact at a high distance (a few tens of centimeters) accurately and inexpensively. [007] Advantageously, the device further comprises a screen surrounded by a support on the corners of which are located at least two sensors. Thus, the sensors make it possible to select data on a screen. [0009] A particularly advantageous embodiment consists in that said sensors comprise a plurality of wave sources arranged to be implemented successively and oriented in different directions so that their successive transmission segment the detection volume into different floors. In this way, the volume is separated into different stages which are successively analyzed which makes it possible to obtain information on the orientation of the body in addition to its position for a high resolution detection. [0olo] Advantageously, each source is located in an orientation groove made in the sensor to ensure the segmentation of the illuminated volume. [0011] Optionally, a convergent or divergent or more complex lens-type device may be added at the interface of the transmitters or receivers to modify the wave path in order to optimize the operation of the sensor. Advantageously, the frame further comprises or instead of angle sensors at least one non-contact sensor disposed on a side 20 in which the sensor comprises at least two electromagnetic wave sources and at least four receiving components. reflected waves. In this way, the accuracy can be improved. [0013] Advantageously, the sensor has a cube shape cut by a sectional plane oriented by its normal at 45 ° in longitude and 45 ° in colatitude and passing through three of its sides so that the wave source is arranged. on the cutting plane and the three wave receiving components on the sides of the cube cut by the plane of section. This realization makes it possible to have a good definition on 1/8 of a spherical volume in front of him. A particularly interesting embodiment is that the wave source emits a modulated wave. In this way, continuous ambient light can be filtered to improve accuracy. Advantageously, at least one wave source is a far infrared or near-infrared light emitting diode. So, no one can see the lighting. It is important to specify that the sensor can also operate in a wide spectral range of radiation emission visible or not. [0016] Advantageously, the wave-receiving components are photodiodes. Thus, a high angular sensitivity is obtained for a low cost. Advantageously, the sensor further comprises a mobile micro-mirror arranged to direct the emitted electromagnetic waves. Thus a very high definition detection can be obtained. [0018] A second aspect of the invention is a motor vehicle comprising at least one data entry system according to the first aspect of the invention. Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description which follows of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example and illustrated by the accompanying drawings. , in which: - Figures 1A and 1B show a data capture device according to the present invention. FIGS. 2A to 2C show a position sensor according to the present invention. FIG. 1A represents an example of a non-contact data acquisition device that can for example be mounted in a motor vehicle, comprising a screen 1 and a frame 2 surrounding the screen 1. The frame 2 comprises at least two non-contact sensors 31 arranged in corners of the frame 2 or at least two non-contact sensors 32 arranged on the sides of the frame 2. A specific electronics may be developed so as to activate a single sensor at a time and thus avoid any phenomenon of mutual glare between sensors. Figure 1B shows a corner of the frame 2 in which is mounted a wedge sensor 31 shown in more detail in Figure 2A. Preferably, the frame 2 comprises two plane surfaces 21 and 23 connected by an oblique wall 22. Each sensor 31 is mounted in the plane of the frame 2 so as to be caught between these surfaces and comprises an electromagnetic wave source 311 and three reflected wave receivers 312, 313, 314 oriented in different directions so as to define a volume adjacent to the plane of the sensors so as to determine direction and distance information of the position of a body in that volume and in front of the screen. Figure 2A shows a first embodiment of wedge sensor 31 which has a cube shape cut by a sectional plane 30 oriented by its normal 45 ° in longitude and 45 ° in colatitudeand passing through three of its sides so that the wave source 311 is arranged on the cutting plane 30 and the three wave receiving components 312, 323, 324 on the sides of the cube cut by the cutting plane 30. [0023] FIG. a second sensor embodiment 31 comprising a plurality of wave sources 311, 311 ', 311 "arranged to be implemented successively and oriented in different directions so that their successive transmissions segment the space into different Preferably, each source 311, 311 ', 311 "is implanted in an orientation groove made in the sensor 31. [0024] Finally, Fig. 2C shows an edge sensor 32 which comprises at least two sources of electromagnetic waves 321, 321 'and at least four reflected wave receiving components 322, 323, 324, 325. [0025] Preferably, the wave source 311, 311', 311 ", 321, 321 'is a light emitting diode infrared and / or emits a modulated wave and the wave receiving components 312, 313, 314, 322, 323, 324, 325 are photodiodes. Optionally, the sensor 31, 32 may further comprise a mobile micro-mirror arranged to direct the electromagnetic waves emitted. It will be understood that various modifications and / or improvements obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described in this description without departing from the scope of the invention defined by the appended claims. In particular, reference is made to the number of wave sources and receiver components on each non-contact sensor, at the different frequency ranges and spectral ranges of the wave sources and receiver components, to the geometric characteristics of the sensors.

Claims

REVENDICATIONS1. Non-contact data capture device comprising at least two non-contact sensors (31) in a plane arranged to define a detection volume adjacent to the plane of the sensors, characterized in that said sensors comprise at least one electromagnetic wave source (311 and at least three reflected wave receiving components (312, 313, 314) oriented in different directions and arranged to detect the position of a body in the detection volume.

2. Non-contact data acquisition device according to claim 1, characterized in that it further comprises a screen (1) surrounded by a support (2) on the corners of which are located the at least two sensors (31). .

Non-contact data acquisition device according to claim 1 or 2, characterized in that said sensors (31) comprise a plurality of wave sources (311, 311 ', 311 ") arranged to be used successively and oriented in different directions so that their successive transmissions segment the detection volume into different stages.

4. Non-contact data acquisition device according to claim 3, characterized in that each source (311, 311 ', 311 ") is implanted in an orientation groove formed in the sensor (31).

5. Non-contact data acquisition device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the frame (2) further comprises 25 or instead of the sensors (31) at least one non-contact sensor (32) disposed on a side in which the sensor comprises at least two electromagnetic wave sources (321, 321 ') and at least four reflected wave receiving components (322, 323, 324, 325).

6. Non-contact data acquisition device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor (31) has a cube shape cut by a cutting plane (30) oriented by its normal to 45 ° in longitude and 45 ° colatitude and passing through three of its sides so that the wave source (311) is arranged on the cutting plane and the three wave receiving components (312, 323, 324) on the sides of the cube cut by the cutting plane.

Non-contact data acquisition device according to claims 1 to 6, characterized in that the wave source (311, 311 ', 311 ", 321, 321') emits a modulated wave.

8. Non-contact data acquisition device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one wave source (311, 311 ', 311 ", 321, 321') is a light emitting diode infrared.

9. Non-contact data capture device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sensor (31, 32) further comprises a mobile micro-mirror arranged to direct the electromagnetic waves emitted. 20

10. Motor vehicle comprising at least one data entry system according to one of claims 1 to 9.