Brevet FR2594975A1 — publié le 19870828

Touche de clavier comprenant un afficheur et clavier incorporant de telles touches La présente invention a pour objet une touche de clavier comprenant un afficheur pour la visualisation d'une information indiquant la fonction de cette touche. Cette fonction est dynamiquement modifiable, la fonction courante étant toujours rappelée sur l'afficheur. L'invention a également pour objet un clavier incorporant de telles touches. Ce clavier trouve notamment des applications dans les machines à écrire, et dans les terminaux d'impression ou de saisie des systèmes informatiques. Sur les claviers classiques, le nombre de fonctions différentes qui peuvent être affectées à une touche est en général très limité. Une touche de machine à écrire, par exemple, permet l'impression soit d'un caractère majuscule, soit d'un caractère minuscule. De plus, ces caractères étant gravés sur la touche, les fonctions associées à une touche ne sont pas modifiables. Un tel clavier, dont chaque touche a un nombre limité de fonctions fixes, ne répond pas aux besoins des utilisateurs dans de nombreux domaines, notamment dans des applications informatiques interactives, où le nombre très important de fonctions à réaliser conduirait à la création d'un clavier comportant un très grand nombre de touches. Pour éviter cela, il a été proposé d'adjoindre un afficheur à chaque touche du clavier, et de gérer l'affichage de chaque afficheur, donc la fonction associée à La touche, par un moyen de commande électronique, par exemple un système à microprocesseur. Ce système comprend, dans une mémoire, un ensemble de tableaux de fonctions, chaque tableau mémorisant une fonction pour chaque touche du clavier. Un tableau définit ainsi une configuration particulière du cLavier. Le: nombre de ces ensembles n'est limité que par la taille de La mémoire. Il est ainsi possible de doter chaque touche du clavier d'un nombre très élevé de fonctions. Des touches de clavier conformes à ce principe sont notamment décrites dans Les demandes de brevets FR-A-2 463 545, FR-A-2 552 254 et EP-A1-0 146 276. Dans chacun de ces documents, L'fficheur est intégré dans Le cabochon de la touche, et il est relié par des fils souples au système à microprocesseur. Cette structure présente deux inconvénients importants. Premièrement, les touches sont complexes à réaliser puisqu 'iL faut intégrer un afficheur dans chaque- cabochon. Il en résulte un coût de fabrication elevede chaque touche, donc de l'ensemble du'clavier. Deuxièmement, chaque afficheur est relié par des fils au système de microprocesseur. Ces fils doivent être soupLes pour autoriser le mouvement du cabochon, et donc de L'afficheur qui est inclus. Ces fils souples, reliés d'une part à un système fixe et d'autre part à un afficheur mobile, réndent la touche très fragile. L'invention a pour but de remédier aux incon vénients des-claviers connus, notamment en ce qui concerne le coût et la fragilité de ces cLaviers. L'invention consiste à dissocier mécaniquement l'afficheur et le cabochon. Ceci permet de simplifier grandement la réalisation de la touche. De plus, l'afficheur n'étant plus lié au cabochon, il peut être fixé au support de touche. La liaison entre l'afficheur et Le support de touche est alors rigide, ce qui élimine les défauts de fragilité des touches selon l'art antérieur. Plusieurs modes de réalisation de l'afficheur sont prévus. Cet afficheur peut être constitué d'un écran plat tel qu'un écran à diodes électroluminescentes, une cellule à cristal liquide ou autre. Dans ce cas, la touche peut etre aussi utilisée comme bouton de commande pour un appareil quelconque. L'afficheur peut également être constitué par un élément d'un tube cathodique dont l'image est renvoyée par un système optique vers la surface du cabochon. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue de côté d'une touche de clavier selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en perspective de la touche de clavier de la figure 1 privée de l'afficheur et du support de touche, - les figures 3a et 3b illustrent une variante de réalisation du moyen de détection du mouvement du cabochon, - les figures 4a et 4b illustrent une autre variante de réalisation du mouvement de détection du cabochon, - la figure 5 illustre, dans le cas d'un clavier comprenant plusieurs touches, un principe de réalisation des moyens de détection du mouvement des touches permettant le codage de ces touches, - la figure 6 illustre un mode de réalisation des moyens de détection suivant le principe de la figure 5, - la figure 7 représente un mode de réalisation d'une rangée de touches, L'ensemble des afficheurs de ces touches étant réalisé au moyen d'un unique circuit intégré, - la figure 8 montre un clavier composé de plusieurs rangées de touches selon l'invention, - la figure 9 illustre une variante de réalisation d'un clavier selon l'invention dans lequel l'af ficheur de chaque touche est constitué par une zone d'un tube cathodique, - la figure 10 est une vue de côté d'une touche du clavier de la figure 9 et - les figures 11 et 12 représentent deux configurations d'un clavier selon l'invention. On a représenté sur Les figures 1 et 2 une touche de clavier selon L'invention. Cette touche se compose principalement d'un support de touche 4, d'un afficheur 6, d'un cabochon 8 et d'un moyen 10 de détection du mouvement du cabochon. Le support 4 sert de support mécanique pour L'afficheur 6 et le cabochon 8. IL permet également de réaliser les connexions électriques entre d'une part un moyen de commande électronique, par exemple un système à microprocesseur, et d'autre part L'afficheur 6 et le moyen 10 de détection de mouvement. A cette fin, Le support de touche 4 peut être notamment une carte à circuit imprimé. L'afficheur 6 est fixé soit directement, soit par l'intermédiaire d'un support 12 sur Le support de touche 4. Dans Le cas où L'afficheur 6 est un circuit intégré, les broches de ce circuit assurent simultanément la connexion électrique de l'afficheur avec le système à microprocesseur et la fixation mécanique de l'afficheur sur le support 4. Le cabochon 8 de la touche est également fixé au support de touche 4. Le moyen de fixation 14 du cabochon comprend une pièce 16 maintenue sur le support 4 par une vis 18 et une lame flexibte 2-0 reliant la partie 16 à une extrémité du cabochon 8. Cette lame flexible 18 autorise le mouvement du cabochon 8, lorsqu'une pression est exercée sur celui-ci dans le sens indiqué par la flèche. Sur les figures 1 et 2, la position du cabochon lorsque la touche est enfoncée a été représentée en trait mixte. L'enfoncement de la touche est détectée par Le moyen de détection 10. Dans la touche représentée sur les figures 1 et 2, ce moyen de détection est un dispositif à membrane scellée comprenant deux conducteurs 22 et 24 qui sont mis en contact lorsqu'une pression est exercée sur la membrane. Tout autre dispositif connu de l'homme de l'art peut être utilisé comme moyen de détection, notamment dispositif à aimant avec ampoule scellée, dispositif à photocoupleur ou dispositif tactiLe. L'afficheur 6 peut être à diodes électroluminescentes, à cristal liquide ou autre. Cet afficheur se compose de préférence d'au moins une matrice alphanumérique ; le nombre de matrices peut dépendre de la largeur de la touche. IL est bien clair que la partie supérieure du cabochon 8 située en regard de l'afficheur doit etre transparente. A cette fin, le cabochon 8 peut être réalisé dans une matière plastique transparente, et par exemple en plexiglas. Un soufflet d'étan chéité 26 peut être disposé entre liafficheur 6 et le cabochon 8 pour protéger l'afficheur 6 des poussières. La touche représentée sur la figure 1 montre, de manière particulièrement claire, le principe de la structure d'une touche selon l'invention. Dans cette touche, les fonctions d'affichage et de contact sont séparées, à La différence des touches à afficheur incorporé connues. Cette simplification de la réalisation d'une touche présente l'avantage d'une diminution du coût de fabrication de la touche et également d'une augmentation de sa fiabilité. Dans la touche représentée sur les figures 1 et 2, le moyen de détection 10 est pris en tenaille verticalement entre le moyen de fixation immobile 16 et le cabochon mobile 8. On a représenté sur les figures 3a et 3b une variante de réalisation dans laquelle Le moyen de détection est pris en tenaille horizontalement. Sur ces figures, les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références. Le moyen de détection 28 du mouvement du cabochon 8 est fixé sur le support 4. Une extrémité 30 du cabochon 8 se trouve au-dessus et à proximité de ce moyen de détection. Lorsque la touche est enfoncée, comme on l'a représenté sur la figure 3b, l'extrémité 30 du cabochon 8 appuie sur le moyen de détection 28, ce qui réalise le contact électrique entre les deux conducteurs dudit moyen de détection. On a représenté sur les figures 4a et 4b une autre variante de réalisation du moyen de détection. Sur ces figures, les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références. Le moyen de détection est de type aimant à ampoule scellée. Il se compose d'un aimant 32 fixé sur une extrémité libre du cabochon 8 et d'une ampoule 34 fixée sur le support 4. Cette ampoule 34 se compose de deux conducteurs dis tant s. Lorsqu'une pression est exercée sur le cabochon 8, comme représenté sur la figure 4b, L'aimant 32 vient se placer à proximité de l'ampoule 34. Le champ magnétique créé par cet aimant 32 agit de la même manière (attraction ou répulsion) sur les deux conducteurs de l'ampoule 34 qui sont ainsi mis en contact. Les moyens de détection représentés sur les figures 1 à 4b sont des dispositifs comprenant deux conducteurs électriques qui sont mis en contact lorsqu'une pression est exercée sur Le cabochon 8 de la touche. Ces moyens de détection sont surtout adaptés au cas de claviers comprenant un nombre de touches peu élevé car le nombre de fils de connexion, et donc l'encombrement, augmente avec le nombre de touches. Pour un clavier composé d'un nombre important de touches, il est préférable de réaliser un codage des tou ches, ce qui permet de diminuer notablement le nombre de fils de connexion. La figure 5 ilLustre un mode de réalisation des moyens de détection permettant de réaliser un codage des touches, et ainsi de déterminer directement la touche enfoncée en fonction du signal reçu du moyen de détection. Chaque moyen de détection 38, 40 se compose d'une membrane 42, 44 en forme de calotte sphérique. La base circulaire de chaque membrane est recouverte d'un fil conducteur 46, 48 relié à une masse 50. Le codage des touches se fait, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, au moyen de quatre conducteurs parallèles 52, 54, 56 et 58 centrés sur les membranes 42 et 44 et disposés de manière à ne pas être en contact électrique avec les- conducteurs 46 et 48. Chaque membrane 42, 44 comprend en outre un conducteur 60, 62 ayant une géométrie particulière, afin de mettre en contact avec la masse 50 certains des conducteurs 52 à 58 lorsqu'une pression est exercée sur la membrane. A titre d'exemple, le conducteur 60 de la membrane 42 est conçu pour reLier chaque conducteur 52, 54, 56 et 58 à la masse 50 et le conducteur 62 de la membrane 44 les conducteurs 54 et 56. La détection d'une touche enfoncée se fait de la manière suivante. Sur une entrée E, un signal de tension identique est émis dans chaque conducteur 52, 54, 56 et 58. Si aucune touche n'est enfoncée, ces signaux ne sont pas déviés vers la masse 50 et sont reçus sur une sortie S. Au contraire, si par exemple la touche comportant le moyen de détection 38 est enfoncée, le conducteur 60 de la membrane 42 relie les conducteurs 52 à 58 à la masse 50. Les signaux reçus sur la sortie S sont alors nuls. Si au contraire c'est la touche comportant le moyen de détection 40 qui est enfoncée, seuls les signaux des conducteurs 52 et 58 sont reçus sur la sortie S. En affectant des poids différents, par exemple des poids binaires de valeurs respectives 1, 2, 4 et 8 aux conducteurs 52, 54, 56 et 58, on réalise un codage des touches. La touche ayant le moyen de détection 38 correspond au code 0 et la touche comportant te moyen de détection 40 correspond au code 9. On conçoit aisément que, de manière générale, l'utilisation d'un nombre p de conducteurs parallèles permet de réaliser le codage de 2P touches de clavier. La figure 6 illustre un mode de réalisation d'un ensemble de membranes alignées. Cet ensemble se compose de trois plaquettes 64, 66, 68. La plaquette 64 comporte des orifices 69 régulièrement espacés recouverts chacun par une membrane 70 en forme de calotte sphérique. La base circulaire de chaque membrane comporte un conducteur relié à un fil d'échantillonnage 72. Celui-ci est mis cycliquement à la masse par le moyen de gestion du cLavier. Ceci permet de sélectionner une rangée du clavier. Une touche enfoncée de ladi- te rangee est identifiée par le code délivré par des conducteurs de la plaquette 68. Chaque membrane comporte, comme représenté sur la figure 5, un conducteur 73 dont la géométrie détermine le code associé à ladite membrane. La plaquette 68 comporte quatre conducteurs parallèles affectés des poids binaires respectifs 1, 2, 4 et 8. Une entretoise 66 sépare les plaquettes 64 et 68. Cette entretoise est munie d'orifices 74 correspondant aux orifices pratiqués sous les membranes 70 de la plaquette 64. Lorsqu'une touche est enfoncée, le conducteur représenté sur la membrane correspondante entre en contact avec certains conducteurs de la plaquette 68, ce qui détermine la touche enfoncée par simple lecture des signaux délivrés par lesdits conducteurs. La figure 7 illustre un mode de réalisation d'une rangée de touches. Les touches sont réalisées sur un support commun 4. Elles comprennent chacune un cabo chon 8, un moyen de détection 76 et au moins un afficheur 78. L'ensemble de touches représenté sur la figure 7 est particulièrement avantageux à réaliser, tant du point de vue de la simplicité de fabrication que du point de vue du coût. Les afficheurs 78 des touches sont de préférence des matrices d'affichage d'un même circuit d'affichage 80. Ce dernier est par exemple du type LC 94 30 160 de La société RTC comprenant 16 matrices de 5x8 points. Les connecteurs 82 de ce circuit sont alignés sur un même côté du circuit. L'autre côté peut donc être utilisé pour la fixation des cabochons 8 par des vis 18. De cette manière, une structure très compacte peut être obtenue. Les matrices de points ne recouvrent pas complètement la surface du circuit mais permettent au contraire de disposer sur la surface du circuit intégré 80 les moyens de détection de mouvement 76. Sur la figure 7, ceux-ci ont été représentés schématiquement par leur membrane. De manière préférée, ces moyens de détection sont conformes au mode de réalisation de la figure 6. Dans ce cas, le positionnement des moyens de détection se fait simplement par collage de la plaquette 68 sur le circuit intégré 80. La simplification de la fabrication d'une rangée de touches de clavier par rapport à l'art antérieur est évidente. Le coût du clavier en est ainsi diminué alors que sa fiabilité s'en trouve augmentée. Comme le montre la figure 8, un clavier peut être facilement réalisé par simple juxtaposition de plusieurs rangées de claviers. La fabrication des touches et des rangées de touches selon le principe de l'invention apporte une grande souplesse dans la réalisation du cLavier. Le clavier représenté sur la figure 8 se compose d'un ensemble de rangées de touches fixées sur un support commun 84. Chaque rangée de touches est fa briquée de manière indépendante, par exemple comme on l'a représenté sur la figure 7. Il suffit ensuite, pour réaliser le clavier de fixer plusieurs rangées de touches sur le support 84 et de réaliser les connexions électriques permettant le contrôle des touches et la gestion de L'affichage. A titre d'exemple, chaque rangée de touches se compose d'un support 4, d'un ensemble de cabochons 8 munis de moyens de fixation 16, 20 semblables à celui de La touche des figures 1 et 2, d'un afficheur 80 tel que représenté sur la figure 7 et d'un ensemble de moyens de détection de mouvements conforme à La représentation de la figure 6. Chaque rangée de clavier comporte un connecteur 88 sur lequel arrive les conducteurs des moyens de détection pour Le codage des touches, et les conducteurs pour la commande du circuit intégré d'affichage 80. Les différentes rangées de clavier sont reliées par des câbles en nappe 90 et des connecteurs 94 à un moyen de gestion 92 du clavier. Ce moyen de gestion est par exemple un système à microprocesseur. il fonctionne de manière connue pour scruter l'état des touches du clavier et pour commander, en fonction de la touche enfoncée et en fonction du programme qu'il exécute, la modification de l'affichage d'un ou plusieurs afficheurs. On a décrit, en référence aux figures 1 à 8, une touche de clavier et un clavier selon l'invention dans lesquels l'afficheur est un écran plat par exemple un écran à diodes électroluminescentes ou un écran à cristal liquide. Ces écrans sont intéressants, notamment parce qu'ils sont peu volumineux. Cependant, ils présentent l'inconvénient d'un affichage monochrome. Ceci peut constituer un handicap dans certaines applicatirons. On a représenté sur la figure 9 une variante de réalisation d'un clavier selon l'invention dans le quel l'affichage n'est pas réalisé par un écran plat mais par une partie d'un écran à tube cathodique. Le clavier 96 se compose de touches selon l'invention composées chacune d'un support transparent, d'un cabochon, d'un moyen de fixation de ce cabochon sur le support et d'un moyen de détection du mouvement de cabochon. Le clavier 96 peut être conforme au clavier représenté sur la figure 8 dans lequel les afficheurs sont supprimés et dans lequel les supports 4 de rangées de touches et Le support 84 sont transparents. Le système représenté sur la figure 9 comprend donc, outre le clavier 96, un tube cathodique 98 dont une faible partie I de l'écran sert d'afficheur au clavier 96. Le clavier 96 et le tube cathodique 98 sont fixés sur un bâti 100. L'image de la partie I de l'écran est renvoyée sous les touches du clavier 96 au moyen d'un miroir 102 fixé également sur le bati 100. Le système représenté sur la figure 9 présente l'avantage que le tube cathodique 98 est utilisé de manière classique sur une partie importante L de cette surface. Seule une faible partie l de cette surface est réservée pour constituer les afficheurs des touches du clavier. On réalise ainsi deux fonctions différentes au moyen d'un seul dispositif d'affichage. L'utilisation de la surface d'un tube cathodique pour constituer les afficheurs du clavier 96 présente par ailleurs les avantages d'un coût moindre par rapport à l'utilisation d'un écran plat et permet également de réaliser un affichage en couleur. L'image projetée sur la surface I du tube cathodique 98 étant renvoyée vers le clavier 96 par l'ìn- termédiaire d'un miroir 102, il est clair que cette image doit être inversée. Ceci ne pose pas de problème particulier.Il suffit de programmer le système de con trôle d'écran gérant l'affichage sur le tube cathodique 98 pour utiliser un premier ensemble de caractères contenus dans une première mémoire pour L'affichage sur la partie L de la surface du tube, et pour utiliser un deuxième ensemble de caractères contenus dans une deuxième mémoire pour L'affichage sur la partie I du tube. Les caractères contenus dans la deuxième mémoire sont simplement les caractères inversés de la première mémoire. Le système optique de renvoi de l'image de la partie I de la surface du tube vers le clavier 96 se compose au moins du miroir 102. Il peut être avantageusement complété par un moyen de focalisation pour focaliser l'image renvoyée par le miroir au niveau du clavier. La touche représentée sur la figure 10 est pourvue d'un tel moyen de focalisation. Cette touche est identique à la touche représentée sur la figure 2. Elle comporte de plus une lentille de focalisation 104, qui est par exemple disposée dans un orifice pratiqué dans le support de touche 4. Cette lentille ramène l'image renvoyée par le miroir sur la face supérieure transparente du cabochon 8. On a représenté sur la figure 11 un clavier comprenant des touches selon L'invention. Ce clavier 106 comporte, à titre d'exemple, trois rangées de 16 touches reconfigurables 108 selon l'invention et 12 touches classiques non reconfigurables 110. Pour ces dernières, la fonction est gravée sur le cabochon. Les touches classiques 110 peuvent bien entendu être remplacées par des touches reconfigurables 108 selon l'in- vention. Un tel choix peut être dicté par la nature de l'application envisagée. Deux des trois rangées de touches reconfigurables sont utilisées pour représenter les lettres de l'alphabet, et la troisième rangée des touches de fonction. Une touche de fonction F1 peut être utilisée pour modifier la configuration des deux autres rangées de touches par exemple pour passer du clavier français AZERTY au clavier anglais QWERTY. La même touche F1 peut servir à choisir une configuration parmi n configurations possibles (n7/2), chaque validation de cette touche faisant passer d'une configuration à la suivante dans une liste bouclée de configurations. Parmi les touches 110 non reconfigurables, on peut avoir les fonctions classiques "ESPACE", "RETOUR", saut de ligne ("LF"), répétition ("REP") , majuscule ("SHIFT"), échappement ("ESC"),.. On peut également prévoir une touche "CHIFFRES" pour passer à une configuration d'affichage des chiffres et une touche "SIGNES" pour passer à une configuration d'affichage de signes mathématiques. La sélection de l'une des touches de fonction F2, F3,... peut également permettre une utilisation interactive du clavier. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 12 le cas où deux des trois rangées de touches reconfigurables servent à afficher un message à l'utilisateur, et la troisième rangée contient la liste des réponses possibles à ce message. Comme on l'a représenté à titre d'exemple, une touche peut correspondre à une réponse positive (affichage du caractère "0") ; une touche à une réponse négative ("N") ; une touche à une demande d'informations complémentaires ("+") ; une touche à une demande de retour à la configiration antérieure du clavier ("-") ; et une touche au retour à une configuration de base ("L"). Les figures 11 et 12 présentent deux possibilités d'utilisation d'un clavier à touches reconfigurables. D'autres fonctions sont possibles, telles que l'affichage sur l'une des rangées de touches reconfigu rables du message tapé au moyen des autres touches. De manière générale, de très nombreuses configurations peuvent être réalisées, notamment si la gestion de ces configurations est assurée par un système à microprocenseur. REVENDICATIONS 1. Touche de clavier comprenant un support de touche (4), un cabochon (8) dont une partie au moins de La face supérieure est transparente, ledit cabochon étant relié audit support par des moyens de fixation (16) et pouvant être déplacé relativement audit support lorsqu'une pression est exercée sur sa face supérieure ; un moyen (10) de détection du mouvement du cabochon ; et un afficheur (6) pour transmettre un signal lumineux à travers la zone transparente du cabochon, ladite touche étant caractérisée en ce que L'afficheur est fixe par rapport au support de touche. 2. Touche de clavier selon la revendication 1, caractérisée en ce que L'afficheur est un écran plat. 3. Touche de clavier selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support de touche est, au moins en partie, transparent et en ce que L'afficheur est composé d'une surface d'un écran à tube cathodique, et en ce que ladite touche comprend un système optique de renvoi de L'image de la surface de L'écran vers Ladite touche. 4. Touche de clavier selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit système optique est un miroir (102). 5. Touche de clavier selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit système optique comprend en outre une lentille de focalisation (104) pour focaliser l'image de la surface de l'écran sur la face supérieure du cabochon de la touche. 6. Clavier comprenant un ensemble de touches et un système électronique de commande, caractérisé en ce qu'au moins certaines touches sont conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 5.