Brevet FR2597988A1 — publié le 19871030

Titre: Pmelioration des claviers optiques à balayage matriciel La présente invention concerne les claviers optiques à balayage matriciel utilisés comme terminal d'entrée, des machines bureautiques ou des intruments de musique par exemple. Les touches des claviers optiques à balayage matriciel sont 10 disposées selon une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière formée de trajets optiques, chaque touche agissant sur un trajet optique particulier allant d'une entrée vers une sortie de lumière. L'action d'une touche modifie l'état du couple entrée/sortie sur son trajet spécifique, et le circuit pilote de balayage connecté aux-dites 15 entrées et sorties détecte le changement intervenu. Cette scrutation s'opère en injectant à tour de rôle dans chaque série d'entrées de lumière un signal d'interrogation et en observant l'état de toutes les sorties pour détecter laquelle d'entre elles a éventuellement été affectée par la touche qui lui est associée. La plupart du temps d'un clavier optique à balayage matriciel est dans la pratique consacré à scruter un clavier dont les touches sont au repos. Dans cette situation d'inactivité, ce qui importe c'est d' inspecter toutes les touches assez souvent pour être sûr que lorsque l'utilisateur appuiera l'une d'entre elle, il est impossible que le 25 fait échappe au circuit pilote en scrutation. Quand une action est détectée le circuit pilote de balayage ::: :: :: | V:::0:::; :::: 0.:: :: :::::: 10 : :: : :::00: : f 0: 0 - 0 20 : : A: : :: -, ::: ::: 0 *:: :: : ::: et : u R doit accomplir deux fonctions: continuer à scruter le clavier tout en suivant le déroulement des opérations concernant la touche qui est en action et en rapportant les étapes de ce déroulement à l'équipement que sert le clavier. Il est habituel de concevoir un circuit pilote de balayage de telle sorte qu'il garantisse un maximum de fiabilité même dans le pire des cas. Ceci conduit à prendre des précautions importantes tant dans la sélection des équipements utilisés que dans la conception des logiciels; le terme "logiciel" étant ici utilisé dans un sens très large couvrant toutes les méthodes qui peuvent être utilisées pour exécuter utilisées pour obtenir l'exécution d'une séquence d'actions nécessaires, qu'elles prennent la forme d'instructions données à un processeur ou d'un circuit logique entièrement cablé. Les réalisations préférentielles de la présente invention visent à réduire les précautions, ou du moins à diminuer leur caractère astreignant, qui sont nécessaires à la fiabilité du balayage des claviers optiques. Elles obtiennent ce résultat en rendant superflues certaines marges fixes de temps habituellement allouées aux opérations d'émission ou de détection pour des raisons de sécurité et en accroissant la puissance et la sensibilité efficace des composants tout en la calibrant au plus près des besoins. La présente invention concerne un clavier optique à balayage matriciel uauportant une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière formée de chemins optiques, avec des touches disposées sur chaque trajet optique liant les entrées et les sorties de telle sorte qu'un enfoncement produira un changement, qui pourra être détecté par le circuit pilote de balayage connecté aux-dites entrées et sorties de lumière pour relever de telles modifications dans un couple entrées/sorties en injectant périodiquement un signal d'interrogation à 5 tour de rôle dans chaque entrée et en scrutant la présence d'éventuelles modifications du signal sur chaque sortie, modification(s) indiquant qu'une ou plusieurs touches liée à la dite entrée ont été enfoncées, le dit circuit pilote de balayage étant caractérisé par le fait que le rythme de balayage est variable et peut être augmenté 10 à des vitesses aussi élevées que le bon déroulement des opérations dans les conditions d'utilisation le permet. Par exemple, l'intégralité du clavier pourrait être balayée et scrutée durant les temps d' inactivité au moins deux fois plus rapidement que pendant les périodes o une ou plusieurs touches sont en cours de traitement. D'une manière générale, 15 plutôt que de prendre pour référence des temps estimés accrus par des marges de sécurité, la durée des séquences de scrutation se modèle directement sur le temps de réaction des composants. En outre, tous les moyens sont mis en oeuvre pour diminuer les temps liés à 1' inertie des composants en augmentant leur sensibilité et en limitant leur 20 rémanence. Une des raisons pour laquelle un rythme variable de scrutation est rendue possible est que l'absence de rebond qui caractérise les claviers optiques rend inutile la présence de routine anti-rebonds, qui obéissent à un rythme périodique fonction du temps attendu des rebonds. 25 Comme la contrainte temps réel n'existe pas pour les claviers optiques, les difficultés de faire varier le rythme des balayages sont réduites ou éliminées. Dans un clavier optique, les dites sorties conduisant aux transducteurs optoélectroniques connectés au circuit pilote de balayage ): 0 u5 :: 15: 25 peuvent être sollicitées en début de cycle de balayage par un présignal envoyé à tous les dits transducteurs afin de: vérifier que tous les transducteurs répondent effectivement, de déterminer le temps mis par le premier d'entre eux à répondre et le dernier d'entre eux à redescendre en dessous d'un seuil déterminé à l'avance, et donc vérifier le bon fonctionnement des dits transducteurs, et d'établir le plus court temps d'intervalle qui doit être alloué entre les signaux successifs d'interrogation qui sont envoyés. Une autre manière d'aborder la présente invention est de considérer le moindre besoin de "temps perdu" qu'autorise la réalisation par rapport à ce qui était avant. Du temps qui était autrefois perdu peut maintenant être utilisé car la pénalisation résultant du différentiel temps perdu estimé et temps perdu réel est considérablement réduite. En effet, les marges qu'on se donne pour envisager les pires conditions sont très rarement atteintes en pratique, et quand elles le seront cela voudra généralement dire que le clavier est devenu défectueux et qu'il y a intérêt à le remplacer rapidement. Ce gain de fiabilité apporté par un balayage variant en fonction des réactions réelles des divers composants est évidemiment très important pour l'utilisateur. En gagnant du temps, il est possible d'augmenter le naombre des scrutations du clavier et, ce faisant, d'améliorer les performances en matière de keyroll over. A cet égard, il convient de noter un positionnement préférentiel des touches dites combinatoires - coeme la touche majuscule ou la touche contrôle - dans la matrice de scrutation. En effet, le keyroll over est un facteur favorable à la mise en oeuvre de ces touches, dans la mesure o leur maintien en position active n'interdit pas une détection parfaite des autres touches du clavier. Comme les touches "combinantes" ont vocation 5 à se combiner avec d'autres touches, qu'elles précèdent généralement, il est logique de faire en sorte que ces touches se trouvent dans la première séquence de balayage des sources de lumière. Plusieurs modes de réalisations de ce clavier optique sont 10 décrits, à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 indique le schéma de principe qui régit le fonctionnement du circuit pilote de balayage; - la figure 2 représente un premier type de clavier optique soumis à un 15 présignal; - la figure 3 représente un second type de clavier optique soumis à un présignal; - la figure 4 représente une capacité alimentant les transducteurs émetteurs de lumière; - la figure 5 représente un circuit élémentaire pour la détection d'une impulsion lumineuse avec stockage de l'information sur la capacité parasite d'entrée. - La figure 1 indique le schéma de principe du fonctionnement du 25 circuit pilote de balayage 1. En un temps T1, il allume une source lumineuse 3 dont la lumière est dirigée vers plusieurs photodétecteurs 2 (ABC..GH). Chacun d'eux reçoit l'énergie lumineuse et le témoigne en renvoyant au circuit pilote un courant qui s'élève au dessus d'un seuil :: : ::: : :::: : à: : :::f:0 : : es :::: :: 10 0::::::::: ::: : D:: - 0 A:::::: ::: :: 0 A:: : 15 ::0: : V: :: : : :0 0,: : :::::: :; Ad: D ::: à: : : -::: :. : D:: :::: : 00::::::::: 0: ::., f ::: :::: -:: f D D : :: ::::::::: f:;: d'excitation déterminé. Le résultat de cette scrutation retourne pour traitement au circuit pilote. Puis dans le temps T 2, c'est la source lumineuse suivante dans la séquence (qui porte ici le N 2) qui est mise en opération, et ainsi de suite, jusqu'à l'allumage de la dernière source lumineuse qui marque la fin d'une scrutation de tout le clavier. On sait que les énergies revues par les photodétecteurs peuvent varier dans de grandes proportions et que la restitution des informations prend un temps qui varie selon l'énergie reçue. On veut s'affranchir au maximum de ces inégalités sans obligatoirement s' imposer des marges de sécurité du type doublement de la puissance et du temps nécessaire pour être certain que dans le pire des cas le signal ne sera pas ignoré. Une des solutions préférées dans la présente réalisation consiste à prendre commne début de chaque cycle de balayage d'une source de lumière le moment o le plus lent des photodétecteurs est apte à recevoir une nouvelle information de manière fiable. Cet instant est déterminé grâce à une mesure des tensions résiduelles aux bornes des photodétecteurs en référence à un seuil de désexcitation. Un présignal 9 (FIG. 2 et 3) peut être utilisé pour vérifier le bon fonctionnement du clavier en analysant les réactions des photodétecteurs 2. Ce signal lumineux est envoyé sur les photodétecteurs jusqu'au moment o tous ont franchi un seuil excitation déterminé. Une fois ce seuil atteint, on s'assure que tous les photodétecteurs reviennent bien au seuil de désexcitation. Si le fonctionnement d'un ou plusieurs photodétecteurs s'avère défaillant au cours d'une de ces mesures un message d'erreur peut être envoyé vers le système auquel le clavier est connecté. Un exemple de réalisation du présignal de vérification est 5 représenté par la figure 2. Il concerne un clavier optique parcouru de couples de fibres 3,2 dont l'une amène la lumière et l'autre rapporte le signal. Ces deux fibres se rejoignent vers un interrupteur commandé par une touche. Ce présignal est ici réalisé en prévoyant des fibres 10 spécifiques. A la différence des fibres ordinaires, les fibres spécifiques 8 qui permettent à la source lumineuse d'émettre un signal sur les transducteurs récepteurs ne sont pas sectionnées. Lorsque que la source lumineuse 9 envoie un présignal tous les récepteurs sont donc directement illuminés quelque soit l'état des touches. Ainsi on peut 15 aussi bien mesurer les temps de réaction des différents récepteurs, déterminer quel est le premier à s'activer et quel est le dernier à se désactiver, aussi bien qu'accentuer la sensibilité des récepteurs avant l'envoi du signal de détection sur les sources de lumière 3. Le second mode de réalisation (FIG.3) concerne un clavier à miroirs fixes. Il se compose d'un boitier creux 1 ceinturé de plusieurs bords. Dans l'exemple présenté par la figure 3, le bloc optique est rectangulaire. Deux de ses bords adjacents comportent des moyens lumineux 3 et des éléments de détection 2. Pour accroitre la puissance 25 et la sensibilité de l'ensemble, il est possible d'implanter des composants d'émission ou de détection sur le troisième, et voire le quatrième bord du boitier, ce qui revient en fait à implanter plusieurs matrices sur le même bloc optique (FIG.6). Les réflecteurs se trouvent disposés à 1' intérieur du support en un point proche des intersections 5 des rangées d' émission et des colonnes de détecteurs. La lumière est renvoyée des colonnes 3 vers des 5 rangées 2 grâce à des réflecteurs de petites dimensions 5 placés de sorte à ce qu' ils ne se gênent pas mutuellement. Lorsqu'une touche 11 est enfoncée, elle provoque l'obturation d'un de ces réflecteurs ou au contraire le libère de son obturateur. Dans cette réalisation, il est possible de prévoir une source 10 de lumière de présignalisation 9 et de lui réserver un trajet optique de présignalisation qui ne peut être interrompu par aucune touche. Une vérification similaire 8 (FIG.3) peut être réalisée pour s'assurer du bon fonctionnement des sources de lumière grâce à l'adjonction d'un photodétecteur spécifique, qui lors de la mise en opération de chacune 15 des sources de lumière pourra constater leur bon fonctionnement, mêmne si toutes leurs touches correspondantes sont enfoncées. Les figures 4 et 5 décrivent d'autres manières d'abréger les tempnçs et d'améliorer la fiabilité des signaux en d'augmentant la 20 puissance des sources de lumière et la sensibilité des omposants. La figure 4 donne un exemple de réalisation permettant d'accroitre très sensiblement la force de l'émission d'une source de lumière 3 grâce à la présence d'un condensateur réservoir 2 servant de source de grande puissance instantanée. Une résistance de limitation du courant 1 est 25 prévue dans le circuit pour permettre la recharge du condensateur réservoir avant 1' impulsion suivante. Un cumutateur du type transistor 4 déclenche la décharge du condensateur réservoir au travers de la source lumineuse 3, qui ici est une diode LED, lorsqu'une impulsion de commande est envoyée sur sa base. La figure 5 fournit un exemple de réalisation permettant 5 d'accroitre la sensibilité des photodétecteurs. Au moyen d'un circuit de Reset 4 la capacité parasite d'entrée 1 est déchargée à 0 volts au travers d'une diode 5 lors d'une impulsion. Puis le circuit de Reset 4 revient à 5 volts et la diode 5 se trouve bloquée. Dans le cas o la photodiode 2 ne reçoit pas de lumière, la capacité 1 demeure à 0 volts. 10 Au moment o elle reçoit une impulsion lumineuse, la capacité 1 se charge à 5 volts et reste chargée jusqu'à la prochaine impulsion à 0 volts du circuit de Reset 4. La sortie de l'ampli M0S 3 restitue en sortie l'état de la tension sur la capacité 1. D'autres moyens peuvent être mis en oeuvre pour accroitre la sensibilité des photodétecteurs, 15 notamment dans l'hypothèse o des transistors de détection sont utilisés. Alors que la plupart de l'électronique est alimentée en 5 volts environ, i apparaît préférable d'alimenter les transducteurs récepteurs optiques avec un voltage plusieurs fois supérieur afin d'augmenter leur sensibilité. 15 20 25 REVENDICATIONS 1/ Clavier optique à balayage matriciel comportant une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière constituée par des chemins optiques, avec des touches disposées sur chaque trajet optique liant les entrées et les sorties de telle sorte que l'enfoncement d'une d'entre elles produit un changement, détecté par le circuit pilote de balayage connecté aux-dites entrées et sorties de lumière pour enregistrer ces modifications affectant chaque couple entrées/sorties, en injectant périodiquement un signal d'interrogation à tour de rôle dans chaque entrée et en scrutant la présence d' éventuelles modifications de celuici sur chaque sortie, modification(s) indiquant qu'une ou plusieurs touches liée(s) à la dite entrée ont été enfoncées, le dit circuit pilote de balayage (FIG.l) étant caractérisé par le fait que le rythme de balayage varie et peut augmenter à des vitesses aussi élevées que le bon déroulement des opérations dans les conditions d'utilisation le permet. 2/ Clavier optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en l'absence de touches enfoncées chaque cycle de balayage (FIG.l) d'une source de lumière comence au moment o le plus lent des photodétecteurs est apte à recevoir une nouvelle information de manière fiable. 3/ Clavier optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sorties conduisant à des transducteurs optoélectroniques connectées au circuit pilote de balayage peuvent être sollicitées en début de cycle de balayage par un pré-signal 9 (FIG.2 ET 3) envoyé à tous les dits transducteurs. 4/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée additionnelle 9 (FIG.2 et 3) connectée à chacune des dites sorties de lumière par des trajets optiques permanents non obturables par des touches, le dit présignal étant injecté via la dite entrée. / Clavier optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrée additionnelle (FIG.2) est connectée aux dites sorties par des conduits optiques 8. 6/ Clavier optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entrée additionnelle (FIG.3) est connectée aux dites sorties par des miroirs optiques fixes. 7/ Clavier optique selon les revendication 1 à 6, caractérisé en ce que 20 ledit présignal 9 (FIG.2 et 3) est également utilisé pour augmenter la sensibilité des dits transducteurs optiques. 8/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une sortie additionnelle 8 (FIG.2) est connectée aux dites 25 entrées pour en vérifier le bon fonctionnement. 9/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plupart de l'électronique est alimentée en 5 volts environ tandis que les dits transducteurs récepteurs optiques sont alimentés avec un voltage plusieurs fois supérieur afin d'augmenter leur sensibilité. / Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en qu'il cxmorte à chaque sortie une photo-diode 2 (FIG. 5) venant charger la capacité d'entrée d'un circuit MOS. 1V Clavier optique selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chacune des entrées de lumière est alimentée par un transducteur émettant de la lumière et dans lequel chacun de ces transducteurs est alimefnté par la décharge d'un condensateur de stockage permettant une intensité instantanée importante (FIG. 4). 20 25 12/ Clavier optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que certaines touches déterminées sont associées à des trajets optiques tels que leur état est examiné au début de la scrutation du clavier.