Brevet FR2518864A1 — publié le 19830624

CLAVIER A TOUCHES EN RELIEF La présente invention a pour objet un clavier à touches en relief. Un clavier a pour rôle de convertir une information mécanique (enfoncement d'une touche) en une information électrique codée caractérisant la touche. Le dispositif le plus couramment utilise pour remplir cette fonction est le contact électrique travail ou repos. Les touches à contact électrique sont de prix de revient élevé. D'autres claviers utilisent des transducteurs, par exemple à effet Hall, et sont également de prix de revient élevé. Une autre fonction d'une touche de clavier est la fonction d'acquittement. Elle est presque toujours remplie par un effet tactile. On convient que l'information est reçue quand l'opérateur a la sensation que la touche a achevé sa descente. La touche a, à cet effet, une course d'environ 2 mm, après quoi se produit un effet de butée. Un rappel de la touche produisant un effet d'enfoncement donné est également nécessaire à l'effet tactile. Cette fonction est généralement réalisée par un ressort, de préférence non linéaire, la non-linéarité de l'effort d'enfoncement renforçant l'impression tactile. En conséquence, le cott des claviers actuels provient du fait que chaque touche est un contact électrique ou un transducteur associé à un mécanisme individuel de rappel plus ou moins élaboré. Le clavier est réalisé par montage du nombre nécessaire de touches sur un support, associé à un circuit imprimé, de manière à réaliser un précodage matriciel. La présente invention a pour objet un clavier susceptible de réaliser les trois fonctions de conversion, d'acquittement et de codage, mais de coût de fabrication bien moindre que les claviers classiques. L'invention concerne ainsi un clavier à touches en relief, caractérisé en ce que les touches sont reliées entre elles par des liaisons souples formant un tapis solidaire des touches. Le clavier peut cornporter un second tapis disposé en dessous du premier et comprenant d'une part des éléments d'espacement souples disposés en dessous des liaisons souples, et d'autre part des dispositifs de commutation. Les liaisons souples peuvent être telles qu'elles produisent une force de rappel moins grande que les éléments d'espacement. Le second tapis peut comporter deux rangées de rainures formant une matrice, les rainures étant séparées par les éléments d'espacement. Chaque rainure peut alors comporter- à une extrémité un élément photo-émetteur et à son autre extrémité un élément photo-sensible relié à un circuit logique d'adaptation, cet ensemble constituant lesdits dispositifs de commutation, et les touches être disposées audessus des interstices. des rainures des deux rangées. Le clavier peut comporter une logique de commande pour renvoyer les signaux lumineux correspondant à une ligne et/ou à une colonne sur un seul élément - photo-sensible. Les rainures d'une même rangée'peuvent être parallèles. Selon un mode de réalisation avantageux, les rainures des deux rangées sont inclinées l'une par rapport à l'autre de 450 et les éléments d'espacement présentent chacun - une portion centrale et deux portions latérales orthogonales à la portion centrale et disposées chacune à une extrémité et de part et d'autre de la portion centrale. Selon l'invention, les touches peuvent être rapportées sur le premier tapis et être solidaires de celuici. Notamment, les touches rapportées peuvent. n'être solidaires du premier tapis que dans la région de leur axe. Les liaisons souples peuvent être plus longues que l'intervalle disponible entre les touches. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif, illustrée par les dessins ci-annexés ou: - les figures la et lb représentent en coupe une touche d'un clavier selon l'invention avant et après enfoncement, - les figures 2a et 2b représentent en coupe une touche d'un clavier suivant une variante de la figure 1, avant et après enfoncement, - les figures 3a et 3b représentent en coupe des variantes de l'invention en mettant en oeuvre un tapis portant des éléments d'espacement, - la figure 4 représente en coupe une touche rapportée selon l'invention, - la figure 5 représente la partie inférieure d'une variante opto-électronique de l'invention, - les figures Ga et 6b représentent un mode de réalisation de l'invention où les différentes rangées de touches sont en quinconce, - la figure 7 représente une variante simplifiée de clavier selon la figure 5. La figure la représente un clavier présentant des touches I. Celles-ci sont reliées entre elles par des liaisons souples 2. L'ensemble des touches 1 et des liaisons souples 2 forme un tapis qui peut être obtenu par moulage. Lors de l'enfoncement d'une touche 1 (figure lb), les liaisons souples 2 s'allongent et la touche 1 actionne un dispositif de commutation (contact électrique, etc...). La touche 1 reste rigide du fait de sa forme massive alors que les liaisons 2 sont minces et s'allongent facilement lors de l'enfoncement de la touche de manière à procurer une force de rappel choisie en fonction de l'effet tactile recherché. On obtient ainsi à la fois la course et la force de rappel nécessaires à la fonction d'acquittement, et la rigidité de la touche contribue à la qualité de l'effet tactile. Les liaisons élastiques 2 assurent en outre le guidage des touches 1. Selon la figure 2a, les liaisons élastiques 3 sont plus longues qu'il n'est nécessaire pour occuper l'espace, ou intervalle disponible, entre les touches. Au repos, elles présentent donc une cambrure. Après enfoncement (figure 2b), les liaisons élastiques 3 sont tendues et allongées, ce qui permet d'obtenir les courses- plus importantes que dans le cas des figures la et lb. Selon la figure 3a, les touches 1 et les liaisons élastiques 2 sont disposées au-dessus d'un tapis 4 pourvu d'éléments d'espacement 5. Les éléments d'espacement 5 sont disposés en-dessous des liaisons élastiques 2 et viennent renforcer l'effet de rappel élastique de celles-ci. Préférentiellement, les éléments d'espacement 5 débordent, comme représenté sur les bords 6 des touches 1. Selon la figure 3b, les liaisons élastiques 3 sont plus longues comme dans le cas des figures 2a et 2b. Dans cette variante, ce sont les éléments d'espacement 5 qui produisent la majeure partie de la force de rappel des touches 1. Aussi bien dans le cas de la figure 3a que de la figure 3b, les éléments d'espacement 5 sont d'un seul tenant avec le reste du tapis 4 ce qui permet de fabriquer le tapis 4 en une seule opération de moulage, ou bien ils sont rapportés sur le tapis 4 ce qui présente l'avantage d'un choix plus approprié des matériaux. Les liaisons souples peuvent être réalisées de manière telle qu'elles produisent une force de rappel moins grande que les éléments d'espacement. L'essentiel de l'effort d'enfoncement est alors absorbé par les éléments d'espacement et l'influence sur les touches adjacentes est minimisee. Selon la figure 4, les touches 1 sont rapportées sur un tapis souple 7. Le tapis 7 présente des pions 8 venant de moulage, dans lesquels s'insère la touche , avec fixation par collage. La longueur disponible pour l'allongement des liaisons élastiques (2, 3, est ainsi augmentée, puisque la touche n'est plus solidaire des liaisons élastiques sur toute sa surface inférieure, mais seulement au niveau de son axe. Selon la figure 5, les éléments d'espacement 3 du tapis 4 sont de section carrée et définissent entre eux deux rangées de rainures 10 et 1 1 correspondant respectivement à des colonnes et à des lignes de manière à former une matrice. A une extrémité de chaque ligne et de chaque colonne, est disposé un élément photo-émetteur 12 tel qu'une diode. A l'autre extrémité de chaque ligne et de chaque colonne, est disposé un élément photo-récepteur 13. L'axe des touches 1 est centré sur l'intersection des lignes et des colonnes 10. La position des touches, 1 est représentée en pointillé.Lors de l'enfoncement d'une touche 1, les quatre éléments d'espacement 5 en contact avec celle-ci sont comprimés élastiquement, et la ligne 10 et la colonne 11 correspondantes forment des canaux de lumière au moins partiellement obturés. Il suffit alors de régler un circuit logique d'adaptation 15 produisant en sortie des signaux logiques par exemple TTL correspondant à un précodage classique. Il suffit pour effectuer ce réglage de définir un seuil pour les signaux délivrés par les éléments photo-récepteur 13, ce seuil correspondant à un enfoncement donné des touches 1. En-dessous de ce niveau, le circuit d'adaptation produit un signal de niveau logique 1 par exemple et O au-dessus de ce niveau, pour chacun des éléments photo-récepteurs 13 concernés.Ceci permet également de prendre en compte l'enfoncement induit plus faible des touches adjacentes lors de l'enfoncement d'une touche donnée. Selon les figures Ga et 6b, les touches 1 des différentes lignes ou rangées sont en quinconce; Les colonnes sont donc inclinées de 450 par rapport aux rangées. Les éléments d'espacement qui se présentent sous forme de rangées comprennent une portion centrale 16 et deux portions latérales 17 et 18 disposées chacune à une extrémité de la portion centrale 16 et de part et d'autre de celle-ci. Les portions latérales 17 et 18 sont orthogonales à la portion centrale 16. Chaque portion latérale 17 se trouve en regard d'une portion latérale 18 correspondant à un autre élément d'espacement. L'intervalle 19 entre une portion latérale 17 et la portion latérale 18 en regard définit un canal de passage des rayons lumineux équivalent à une ligne 11 de la figure 5, et délimité par les pointillés 20. D'autre parties rangées successives des éléments d'espacement sont décalées puisque, comme on l'a définit plus haut, une portion latérale 17 est en regard d'une portion latérale 18. Ce décalage correspond à l'angle de 450 d'inclinaison des colonnes par rapport aux rangées. L'écart d entre les éléments d'espacement est choisi de telle manière que subsiste un canal de passage des rayons lumineux équivalent à une colonne 10 de la figure 5.Ce canal est délimité par les traits en pointille 21. Ces traits sont obtenus en joignant les points 23 des arêtes saillantes de jonction entre les portions centrales 16 et les portions latérales 18 des éléments d'espacement formant une même colonne inclinée de 45 , d'une part, et les points 24 des arêtes-saillantes de jonction entre les portions centrales 16 et les portions latérales 17 des éléments d'espacement adjacents -for mant une même colonne inclinée de 4P et correspondant à l'autre bord du canal de passage des rayons lumineux. Cette configuration est telle que des domaines 25 de forme sensiblement carrée sont délimités par quatre éléments d'espacement. Les touches 1 sont situées au-dessus de ces domaines. Selon un mode préféré, les liaisons souples 2 entre les touches produisent une force de rappel sensiblement moins grande que les éléments d'espacement (16, 17, 18) situés en-dessous. Dans ces conditions, lorsqu'une touche est enfoncée, I'essentiel de l'effort d'enfoncement est absorbé par les éléments d'espacement. La force transmise aux touches en général quatre, adjacentes à une touche 1 est alors insuffisant pour provoquer I'enfoncement induit de celles ci. Selon la figure 7, on utilise un circuit logique de commande 20 pour commuter successivement les éléments photo-émissifs 12 des lignes ét des colonnes. On peut alors utiliser un seul élément photo sensible 12 pour les lignes et un seul également pour les colonnes grâce à un dispositif de renvoi optique (A, B) (fibres optiques, miroirs de renvoi, etc...). Ainsi qu'il ressort de la description cidessus, le dispositif suivant l'invention peut être réalisé facilement par moulage, le cas échéant sur des longueurs importantes, des claviers individuels pouvant être obtenus par découpage. On choisira des matériaux moulables et présentant de bonnes caractéristiques mécaniques en- fatigue. Dans le cas des modes de réalisation des figures 4 et Ga et b, les éléments photo-émetteurs et récepteurs peuvent être faci lement fixés après découpage des tapis inférieur 4 et supérieur. R E V E N- D I C A T I O N S 1. Clavier à touches en relief, caractérisé en ce que les touches (I) sont réliées entre elles par des liaisons souples (2, 3, 7) formant avec les touches (I) un premier tapis. 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce quiil comporte un second tapis (4) disposé en-dessous du -premier et comprenant d'une part des éléments d'espacement (5, 16, 17, 18) souples disposés en-dessous des liaisons souples (2, 3, 7), et d'autre part des dispositifs de commutation. 3. Clavier selon la revendication 2, caractérisé en ce que les liaisons souples (2, 3, 7) sont telles qu'elles produisent une force de rappel moins grande que les éléments d'espacement (5, 16, 17, 18). 4. Clavier selon l'une des revendications 2 out3, caractérisé en ce que le second tapis (4) comporte deux rangées de rainures (10, 11) formant une matrice, les rainures (10, 11) étant séparées par les éléments d'espacement (5, 16, 17, 18). 5. Clavier selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque rainure (10, 11) comporte à une extrémité un élément photoémetteur (12) et à son autre extrémité un élément photo-sensible (13) relié à un circuit logique d'adaptation (15), cet ensemble constituant lesdits dispositifs de commutation et en ce que les touches (1) sont disposées au-dessus des intersections des rainures (10, 11) des deux rangées. 6. Clavier selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit logique de commande commutant successivement les éléments photo-émetteurs (12) et un renvoi optique (A, B) pour renvoyer les signaux lumineux correspondant à une ligne et/ou à une colonne sur un seul élément photo-sensible (13). 7. Clavier selon la revendication 6, caractérisé en ce que les rainures (10, 11) d'une même rangée sont parallèles. 8. Clavier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les rainures des deux rangées sont inclinées l-'une par rapport à l'autre de 450 et en ce que lesdits éléments d'espacement présentent chacun une portion centrale (16) et deux portions latérales (17, 18) orthogonales à la portion centrale et disposées chacune à une extrémité et de part et d'autre de la portion centrale. 9. Clavier selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments d'espacement délimitent des domaines (25) de forme carré, les touches (1) étant disposées au-dessus desdits domaines (25) 10. Clavier selon l'une des revendications I à 9, caractérisé en ce que les touches (1) sont rapportées sur le premier tapis (4) et sont solidaires de celui-ci. 11. Clavier selon la revendication 10, caractérisé en ce que les touches rapportées (1) sont solidaires du premier tapis (4) seulement dans la région de leur axe. 12. Clavier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les liaisons souples (3) sont plus longues que l'intervalle disponible entre les touches.