Brevet FR2604658A1 — publié le 19880408

CLAVIER A BALAYAGE MATRICIEL La présente invention concerne les claviers du type bureautique, industriel, téléphonique ou grand public, par exemple, où la touche enfoncée est identifiée grâce è un couple de coordonnées d'une matrice logique à deux dimensions. Les claviers des machines à écrire traditionnelles sont disposés physiquement sous la forme d'une matrice de quatre rangées et de seize colonnes contenant chacune environ 15 à 16 touches se trouvant souvent en décalage par rapport à l'axe des colonnes. Chaque touche peut être associée avec un couple spécifique de coordonnées défini physiquement comme une entrée de colonne et une sortie de rangée (ou vice versa). Selon qu'elle est ou non enfoncée, chaque touche opère ou non un couplage entre une entrée et une sortie qui lui est propre dans la matrice. Une technique répandue pour déterminer les touches qui sont enfoncées dans ce type de claviers consiste à injecter une série de signaux d'interrogation dans chaque colonne à tour de rôle, et de scruter toutes les rangées à chacune de ces occasions pour définir si une condition de couplage est réalisée sur une ou plusieurs d'entre elles. Le signal d'injéction peut être optique ou électrique par exemple. Il est habituel de représenter les touches d'un tel clavier comme les points de croisement de son circuit ou diagramme logique qui prend la forme d'une matrice de lignes d'entrée (de colonnes par exemple) croisant des lignes de sortie. Dans une réalisation électrique d'un tel clavier, cette représentation est aisément reproduite physiquement en utilisant un circuit imprimé double face, avec les lignes de colonne imprimée sur une des faces, les lignes de rangée sur l'autre, et des interrupteurs individuels établissant- une connection entre les deux faces par des moyens appropriés. Toutefois, des problèmes demeurent dans la mesure ob, par exemple, les touches peuvent être disposées physiquement dans une matrice de 4 rangées d'environ 20 touches alors qu'elles sont scrutées comme 5 rangées de 16 touches.Autrement dit la disposition physique peut ne pas coincider absolument avec la disposition logique. Une telle réalisation peut se révéler difficile dans l'hypothèse d'un clavier utilisant un balayage optique pour scruter. le clavier, et les tentatives de reproduire une telle matrice logique d'interrupteurs n'ont pas connu jusqu'à présent de succès commercial. Une des raisons tient à la nature rigide des connections et des interrupteurs optiques. On peut citer en exemple de ces difficultés le clavier optique décrit par le brevet U.S. 4.417.824 (Peterson et al). La présente invention a d'abord pour objectif de fournir une construction physique d'un clavier optique à balayage aisée à reproduire. Cependant, elle peut également être appliquée aux claviers électriques par exemple, leur fournissant en particulier un moyen de rendre plus facile l'adaptation d'une disposition physique des touches sur un clavier à telle ou telle matrice logique déterminée. La présente invention propose un clavier à balayage de type matriciel comportant une matrice logique d'une première série de M trajets de signaux croisant une seconde série de N trajets de signaux avec un nombre de touches identifiables de façon distincte qui ne peut dépasser les MxN points possibles de croisement, chaque touche pouvant fournir deux états différents de couplage logique entre la première et la seconde série de trajets de signaux avec lequel elle est associée, ledit clavier étant caractérisé en ce qu'il est physiquement constitué de deux parties distinctes:: une première partie comportant M groupes de N trajets de signaux connectés en parrallèle qui se développe physiquement sans disposition en croisement, avec chaque trajet de signal divisé en une première portion et une deuxième portion qui sont associées par une desdites touches afin de fournir deux états de couplage entre lesdites portions; et une deuxième partie connectée aux dites secondes portions desdits MxN trajets de signaux de ladite première partie, cette deuxième partie ayant MxN trajets de signaux qui se croisent pour créer N groupes, comportant chacun M trajets connectés en parallèle, dont chacun desdits M trajets est connecté à l'un des N trajets de chacun des dits M groupes de la première partie. L'idée essentielle de l'invention est que la création d'une première partie dans le clavier simplifie sa structure physique et l'implantation des connections en écartant l'obligation de chevauchement des trajets de signaux. Cette simplification facilite l'implantation des touches, tandis que la création d'une seconde partie facilite la standardisation des composants et simplifie les chevauchements de trajets de signaux en éliminant la présence des touches dans le voisinage immédiat des chevauchements. Etant donné que beaucoup des avantages particuliers qui résultent de la séparation physique du clavier en deux parties distinctes dépendent pour l'essentiel de la technologie spécique utilisée, ils seront mentionnés dans la description particulière propre à chaque réalisation. Les réalisations de la présente invention sont décrites à titre d'exemple par les dessins suivants: - la figure 1 donne un diagramme d'un fragment d'un clavier à balayage électrique simple réalisé suivant l'invention; - la figure 2 fournit une vue similaire montrant une réalisation dtun clavier à balayage électrique plus élaboré qui tire parti de la flexibilité offerte par l'invention en proposant une matrice logique qui diffère sensiblement de la disposition des touches; - la figure 3 est un diagramme d'un clavier à balayage optique réalisé suivant l'invention avec des fibres optiques; - la figure 4 fournit un diagramme d'un second type de clavier à balayage optique suivant l'inventi,on, utilisant une pile de distributeurs pour guider la lumière;; - et la figure 5 donne un diagramme d'un fragment d'un troisième clavier optique à balayage suivant l'invention, utilisant un seul distributeur pour croiser la lumière. La figure 1 donne une vue d'un fragment du milieu d'un clavier adoptant la disposition traditionnelle alphanumérique avec 16 colonnes de touches réparties sur 4 rangées. Dans cette figure, les touches et les interrupteurs qui leur sont associés sont représentés par des cercles comportant la lettre ou le chiffre qu'elles produisent. Chaque touche agit sur un interrupteur électrique qui.couple les entrées et sorties qui lui sont propres et les découple lorsqu'elle est relâchée.Le couplage peut s'opérer par un contact électrique direct, ou par des moyens capacitifs ou autres, Chaque interrupteur de touche est connecté en série (éventuellement avec une diode pour permettre au "key rollover" à touches multiples d'être décodé) à un premier trajet de signal qui lui est propre, courant sur une direction généralement verticale (Fig. 1) et parallèle à celle des premiers trajets de signaux des autres touches. Une première portion de chaque premier trajet de signal est en ligne pointillée et est en connection avec chaque touche sur la colonne correspondante Cn. Une deuxième portion de chacun des premiers trajets de signaux, également en pointillés, connecte chaque touche avec le second trajet de signal correspondant, matérialisé sur la figure en lignes continues, qui conduit à la rangée correspondante Rn. Les premières portions de trajets de signaux des premiers trajets de signaux sont donc connectées électriquement en parallèle en 16 groupes de 4 trajets chacun (seulement 4 des 16 groupes sont représentés sur la figure), tandis que les secondes portions de trajets de signaux sont connectés électriquement en parallèle en 4 groupes de 16 trajets (seulement 4 des 16 trajets par groupe sont représentés sur la figure). Chaque touche est identifiée de façon unique par un numéro de colonne et de rangée. Ainsi, par exemple, la lettre "R" est dans la rangée R2 et la colonne C5. Selon des procédés usuels, un circuit pilote (non représenté) injecte des signaux d'interrogation dans chaque rangée successivement et scrute les colonnes pour détecter une touche enfoncée. Selon une solution alternative, le circuit pilote pourrait injecter des signaux dans les colonnes et scruter les rangées. Dans les deux cas, une fois que le circuit pilote a établi que la touche R2-C5 était enfoncée, les coordonnées géographiques arbitraires de la touche sont alors converties dans le code du symbole correspondant à la touche, "R" par exemple peut être encodé en chiffre octal 62 dans un encodage à 6 bits. Jusqu'à présent la description du clavier concerne un clavier traditionnel à balayage matriciel. La nouveauté repose dans la répartition en parallèle de la première partie P1 de trajets de signaux, celle, qui reçoit les interrupteurs, les croisements de trajets qui sont nécessaires dans un clavier à balayage étant réunis dans la seconde partie P2, où il n'y a normalement pas d'interrupteurs. Bien que les interrupteurs se trouvent toujours sur les croisements logiques des trajets, ils sont physiquement connectés en séries sur un dispositif de trajets qui ne se croisent pas. Comme représenté sur la figure 1, un clavier électrique à balayage selon la présente invention offre l'avantage d'autoriser une structure très simple de cablage dans sa partie P1. Une technologie de circuits imprimés double face peut être utilisée à cette fin, les trajet verticaux de signaux par exemple parcourrent la face inférieure du circuit, les trajets horizontaux sont sur la. face supérieure, et les interconnections sont réalise par des trous permettant l'implantation de materiaux conducteurs. Selon une solution alternative, les trajets de signaux pourraient etre faits sous la forme de cables plats gainés, et les touches comprendre des moyens de connection et de sectionnement afin d'établir deux connections sur l'un des conducteurs des dits cables et de d'interrompre le conducteur sélectionné sur le dit cable entre les-dites connections. Il est d'usage général de pratiquer des connections de ce type dans les cables plats avec des lames coupantes et sertissantes à travers l'isolation du cable, aussi ces méthodes ne sont-elles pas décrites ici. La deuxième partie P2 du clavier pourrait être réalisée aussi aisément, avec l'extrémité basse du cable plat de la première partie P1 connectée aux conducteurs appropriés du cable, en croisement des quatre conducteurs avec des connecteurs de sertissage disposés en diagonale. Quoique la seconde partie est représentée sur la figure 1 comme descendant à plat sous la première partie, il peut apparaître préférable de replier la seconde partie sous la première en suivant la première ligne de leur croisement. La configuration physique particulière choisie dépend des espaces qui sont disponibles autour du clavier et de l'épaisseur qu'il parait souhaitable de respecter. La figure 2 montre la même vue partielle.d'un clavier bureautique, fonctionnant de manière similaire à celui de la figure 1, sauf que les connections de colonnes sont faites grâce à un second dispositif de fils conducteurs croisés, et que les connections électriques permanentes (signalées par de petites croix) entre les sorties des colonnes et les premiers trajets de signaux, et entre les premiers trajets de signaux et les entrées des rangées sont, à première vue, réalisées au hasard. Toutefois, ces connections représentent en fait une matrice logique 8 x 8 (à la différence de la disposition physique 16 x 4), et en outre, le croisement logique attribué à chaque touche correspond à un code 6 bits pour cette touche. Ceci démontre la totale indépendance rendue possible entre la disposition physique et logique de la matrice par la séparation dans le clavier de la première partie P1 dans laquelle les touches établissent ou non un couplage sur les trajets de signaux qui la parcourrent en parallèle, et la seconde partie qui contient les croisements nécessaires au balayage et à la scrutation matricielle. Dans cet exemple de réalisations, la seconde partie comportant les croisements est divisée physiquement en deux portions: une portion de colonnes P2' dessinée au dessus de la partie P1 des interrupteurs et une portion de rangées P2" représentée en dessous de la partie'P1. Le code à 6 bits utilisé est défini dans la table 8 x 8 qui suit: colonne logique û 1 2 3 4 5 6 7 0 1( ) +,- .1 201234567 3 8 9:; = rangée logique 4 A B C D E F G SHI JKLMNO 6PQRSTUVW 7XYZ où les espaces blancs de la table représente iiivers caractères non imprimés et des symboles "blancs" tel l'espace, le nouvelle ligne etc. En comparant cette table avec la figure 2, on peut constater que "R" est logiquement cablé comme R6-C2, et que "6" est logiquement cablé comme R2-CS etc. En pratique, il est généralement considéré préférable d'inclure dans le logiciel le codage des codes géographiques en symboles logiques de sorte que n'importe quelle touche puisse être recodée à volonté. L'exemple de codage direct cité au dessus est surtout donné pour faciliter la compréhension. Il n'empêche que la flexibilité offerte par la figure 2 ouvre deux autres applications particulièrement intéressantes sur le plan pratique: premièrement, la disposition des touches sur les claviers des ordinateurs modernes est basée sur une matrice géographique d'environ 7 rangées sur 20 à 25 colonnes comportant généralement moins de 128 touches; la présente invention facilite l'organisation d'un tel clavier selon une matrice logique de 8 x 16, et simplifie en conséquence l'organisation de l'électronique de pilotage; deuxièmement, il y a une demande considérable pour des claviers ayant une disposition des touches personnalisée en fonction des besoins de la clientèle, qui doivent être compatible pour être connectés à un standard déterminé; la présente invention augmente très sensiblement la liberté d'implantation des touches sur les claviers en garantissant que leurs nouvelles coordonnées logiques s'accorderont avec les coordonnées physiques des touches équivalentes du clavier standard. La réattribution du code des touches par logiciel viendrait en ce cas en plus de la réorganisation physique. Par exemple, la touche " & peut être réattribuée par logiciel et devenir un message spécial tel que "caractérisé en ce que". Un clavier standard peut implanter la touche " & aux coordonnées géographiques R2-C15, alors qu'un clavier non standard la positionnerait en R1 C0. L'invention serait alors utilisée pour cabler la touche R1-CO afin qu'elle apparaisse aux coordonnées géographiques R2-C15, et ainsi les deux claviers seront les mêmes du point de vue du logiciel, qui continuera de remplacer " & par "caractérisé en ce que" sans considérer le clavier qui produit cette action. La figure 3 représente la même vue partielle dans un clavier constitué par des fibres optiques. Chaque touche agit comme un obturateur qui établit sur une fibre déterminée une position de couplage ou non couplage, en laissant ou en ne laissant pas passer la lumière selon qu'elle est ou non enfoncée, ou l'inverse. Dans cette réalisation, les fibres de colonne se répartissent en directions parallèles sur la surface plane d'un support de base (non représenté) et sont matérialisées sous la forme de traits gras. Les touches sont montées sur la surface supérieure du support de base. Des émetteurs (ou des récepteurs) de colonnes C4, C5, C6 et C7 sont représentés en face des colonnes -de fibres. Au bas de la rangée inférieure de touches C, V, B, N, ..., les fibres virent- selon un arc vers la droite en passant sous le support de base. Sous celui-ci, les fibres sont représentées en traits fins, et elles vont vers les récepteurs (ou émetteurs) R1, R2, R3 et R4. Les récepteurs peuvent être placés sous le support de base dans les intervalles des émetteurs de colonne.Dans l'hypothèse de 16 colonnes de 4 rangées, les récepteurs de rangées seraient disposés à un quart du pas séparant les émetteurs de colonnes. Selon une solution alternative (non représentée mais proche de la figure 1), les fibres virant en dessous de la colonne peuvent être connectés chacune, grâce à des coupleurs appropriés tels qu'il en existe couramment, sur une des quatres fibres collectrices conduisant aux 4 récepteurs R1, R2, R3 et R4. De même des fibres émettrices peuvent également être connectés en C4, C5, C6 et C7 (de manière similaire à la figure 2) pour assurer une liaison optique avec l'unité de traitement que dessert le clavier. Fonctionnellement cette réalisation est similaire à la réalisation décrite par la figure 1. Physiquement, la partie supérieure du support de base soutient une structure de fibres parallèles avec des touches placées sur une disposition ne comportant généralement aucun croisement, alors que sous la surface ou sur son exttémité inférieure s'opèrent les croisements nécessaires à l'organisation convenable du balayage, ce qui évite les contraintes pesant ordinairement sur le choix de l'emplacement des touches. Ce système évite aussi d'imposer aux fibres des virages trop serrés. Il peut également permettre de placer tous les émetteurs et les récepteurs sur un même coté du support. La lumière émise peut tout aussi bien appartenir au spectre visible. que recouvrir toute énergie radiante, y compris l'infrarouge et l'ultraviolet.Dans cet exemple, comme dans ceux qui suivent moyennant certaines adaptations, les émetteurs peuvent remplacer les récepteurs et vice-versa. La figure 4 représente une vue perspective d'un diagramme d'une seconde réalisation de clavier optique à balayage selon l'invention. Logiquement cette réalisation est équivalente à celle de la figure 3, comprenant une série d'émetteurs de colonnes C1, C2, C3, ..., faisant chacun face à un distributeur transparent 40 répartissant la lumière de l'émetteur sur une série de quatre premiers trajets de signaux. Ces trajets de lumière sont faits de tiges transparentes, comprenant chacune une première portion 41 et une seconde portion 42, avec une séparation entre chacune desdites portions pour. recevoir l'obturateur 43 commandé par la touche 45. L'extrémité opposée de ladite tige 42 fait face à son "périscope" respectif qui conduit la lumière après trois réflexions successives dans un matériau transparent vers une sortie sur laquelle se trouve le récepteur R1.La première surface réfléchissante du périscope fait descendre la lumière sur une seconde surface 47 de laquelle elle rebondit horizontalement vers une dernière surface réfléchissante située sous la sortie 48 qui la projette vers le récepteur R1. Dans cet exemple de réalisation on remarquera que les répartiteurs de lumière 40, les groupes de tiges 41, les "periscopes" collecteurs ont tous la même forme. Ce qui rend évidemment plus aisée leur fabrication. La dimension inférieure du periscope 49 a été exagérée afin de clarifier la représentation. L'avantage de cette structure par rapport à celle décrite dans le susmentionné USP 4.417.824 tient à la liberté offerte pour déterminer l'emplacement des touches (qui ne sont pas nécessairement solidaires des obturateurs comme représentés ici par souci de simplification) et la standardisation opérée dans les différents éléments de base. La figure 5 est uné vue en perspective d'fun troisième exemple de réalisation de clavier optique à balayage. Les émetteurs de colonne C1, C2, 03, ..., font face à un répartiteur 40 qui amène la lumière dans quatre conduits optiques comme précédemment (figure 4): les premiers trajets de lumière obéissent à la même disposition. La différence réside dans le mode de transport de la lumière de la fin des premiers trajets de lumière jusqu'aux récepteurs de rangées R1, R2, R3 et R4. Chaque premier trajet de lumière fait face à sa facette de prisme déflecteur monté sur une barre optique 50 qui transmet la lumière du premier trajet de lumière horizontalement dans le second selon un angle déterminé et avec éventuellement une focalisation du faisceau, pour atteindre après deux réflexions successives le récepteur. La première de ces réflexions est opérée vers le bas grâce à la facette 51 et la facette 52 oblige la lumière à reprendre son chemin horizontal vers celui des récepteurs Ri, R2, R3 et R4 qui- est associé à la touche considérée. La réalisation de la figure 5 se présente comme une large tranche de matière transparente avec des facettes réflectrices 51 et 52 grâce à un traitement de la surface.- Selon une alternative équivalente, les rayons de lumière se propagent dans un espace vide de la même forme. Dans chacun des cas, cette première réalisation décrit un des moyens de prendre avantage des propriétés de la ^ lumière sans équivalent. dans le domaine électrique: les croisements sont similaires à ceux des fibres optiques de la figure 3 mais il n'y a pas de moyens physiques de croisement. En d'autres termes, les rayons peuvent se traverser l'un l'autre selon des angles variés sans interférer. Le danger d'interférence est lié au risque de faisceaux~ trop ouverts se répendant vers des récepteurs autres que celui d'affectation. Ces effets peuvent être marginalisés par un relatif éloignement des récepteurs l'un de l'autre (comme dans la figure 3) et également en focalisant la lumière provenant de chaque premier trajet de lumière grâce à une lentille qui serait, par exemple, moulée à la sortie de chaque premier trajet de lumière ou sur la barre 50 de déflection, ou une combinaison des deux. Plusieurs variantes de cette invention sont réalisables. Ainsi par exemple, dans la présente réalisation toutes les touches sont situées en décalage dans les colonnes comme sur les anciennes machines à écrire. S'il apparait souhaitable de placer physiquement les touches sur des colonnes à angle droit avec les rangées, il est possible de décaler les premiers trajets de lumière en conséquence. REVENDICATIONS 1/ Clavier è balayage du type matriciel comportant une matrice logique d'une première série de M trajets de signaux croisant une seconde série de N trajets de signaux avec un nombre de touches identifiables de façon distincte qui ne peut dépasser les MxN points possibles de croisement, chaque touche pouvant fournir deux états différents de couplage logique entre la première et la seconde série de trajets de signaux avec lequel elle est associée, ledit clavier étant caractérisé en ce qu'il est physiquement constitué de deux parties distinctes:: une première partie comportant M groupes de N trajets de signaux connectés en parrallèle qui se développe physiquement dans une disposition ne comprenant généralement pas de croisements, avec chaque trajet de signal divisé en une première portion et une deuxième portion qui sont associées par une desdites touches afin de fournir deux états de couplage entre lesdites portions; et une deuxième partie connectée aux dites secondes portions desdits MxN trajets de signaux de ladite première partie, cette deuxième partie ayant MxN trajets de signaux qui se croisent pour créer N groupes, comportant chacun M trajets connectés en parallèle, dont chacun desdits M trajets est connecté à l'un des N trajets de chacun des dits M groupes de la première partie. 2/ Clavier selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite seconde partie dans laquelle se croisent les trajets de signaux est -située dans une région substantiellement plane située derrière et généralement parallèle au plan formé par la première partie. 3/ Clavier selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits trajets de signaux sont des trajets électriques et en ce que la seconde partie dans laquelle les trajets de signaux se croisent est divisée en deux moitiés comportant une moitié d'entrées correspondant à une des dites première et seconde partie des dits premiers trajets de signaux, et une moitié de sorties correspondant à l'autre des dites première et seconde partie, chacune des dites moitiés comprenant une série de lignes d'entrées et de sorties qui sont isolées pour croiser physiquement les dits premiers trajets de signaux, chaque premier trajet de signal étant connecté électriquement à une seule ligne d'entrée et à une seule ligne de sortie sur un seul point de croisement des dites moitiés. 4/ Clavier selon les revendications 1 et 2, caractérisé en que lesdits trajets de signaux sont des trajets optiques de lumière et en ce que la seconde partie du clavier comporte un ensemble de moyens transparents ou espaces à travers lesquels lesdits trajets de lumière sont guidés sans se croiser matériellement mais qui croise physiquement les dits premiers trajets de lumière. 5/ Clavier selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dits trajets de signaux sont des trajets optiques de lumière et en ce que la seconde partie du clavier comprend un seul moyen transparent ou un espace à travers lequel se croisent lesdits trajets de lumière sans que ledit moyen ou espace comprenne des éléments physiques de croisement.