Brevet FR2625339A1 — publié le 19890630

CLAVIER INFORMATIQUE La présente invention a pour objet un clavier informatique destiné en particulier, mais non exclusivement, à l'entrée de données dans un ordinateur ou analogue. On sait que de tels claviers, extrêmement répandus se composent d'un ensemble de touches, correspondant généralement à une répartition matricielle de contacts électriques ou optiques. Par un système d'exploitation approprié, il est ainsi possible de détecter l'enfoncement d'une touche déterminée par une modification déterminée des caractéristiques électriques de la matrice, une correspondance biunivoque étant établie entre la matrice et l'ensemble des touches. Afin de simplifier la construction de tels claviers, il est déjà connu de réaliser la matrice par impression des circuits et des composants capacitifs sur un support transparent par exemple en "MYLAR" (Marque déposée), dans le cas des claviers dits capacitifs, c'est-à-dire de claviers dans lesquels une liaison est établie par enfoncement d'une touche, cet enfoncement rapprochant deux armatures d'un condensateur. Une touche d'un tel clavier est représentée sur la figure 1 pour expliquer l'art antérieur dans le domaine. Une touche comprend un cabochon 1 généralement enclipsé sur un noyau plongeur 2 mobile à l'intérieur du support de touche et rappelé vers le haut par des ressorts (non référencés). Le noyau plongeur 2 est solidarisé à sa partie inférieure d'un piston 3 composite comprenant au moins une feuille métallique généralement en aluminium recouverte d'une couche isolante, qui, lorsque la touche est enfoncée, vient en regard d'une armature 4 imprimée sur la feuille isolante 5. Le rapprochement de l'armature 3 de l'armature 4 provoque, bien évidemment, une augmentation notable de la capacité du condensateur, et par suite, le passage du courant. Pratiquement, il n'existe dans la touche aucun passage de courant, mais l'armature 4 est séparée en deux parties désignées dans la technique par "driver" et "sens", la partie "driver" étant alimentée en courant en permanence, -alors que la partie "sens" de détection n'est alimentée que lorsque la touche est enfoncée, la liaison capacitive s'établissant à travers des capacités, respectivement 4, 3 et 3, 4, en série. Ce mode de connexion est fonctionnellement supérieur au mode de connexion par résistance qui implique un contact mécanique et, par suite, des variations de résistance de constriction en fonction de la force d'appui sur la touche et aussi des variations de résistance en fonction de l'usure des deux parties en contact. En effet, les claviers capacitifs présentent par rapport aux claviers résistifs, l'avantage d'assurer le "key roll over", c'est-à-dire, que dans le cas de l'appui simultané de touches, la détection de l'enfoncement de la dernière touche enfoncée est signalé. Ils permettent également la mise en place d'un balayage dynamique avec mesure de l'intensité par dérivation de la tension par rapport au temps, ce qui permet d'établir une liaison directe entre l'intensité du courant prélevé et la capacité d'une touche enfoncée puisque i = C. dV. dt Mais, malgré l'impression des connexions et composants sur un support transparent, ce qui élimine des opérations de câblage longues et coûteuses, la construction d'un tel clavier demande néanmoins beaucoup de temps, notamment en raison du fait que les touches doivent être implantées une à une, après gravure des cabochons. Un premier objet de la présente invention est la réalisation d'un clavier intégré, c'est-à-dire dans lequel toutes les touches peuvent être montées en même temps, se présentant sous la forme de couches multiples. Un second objet de l'invention est un clavier utilisant une technologie résistive-capacitive, conservant les avantages de la technologie capacitive en en supprimant certains inconvénients. Selon la présente invention, le clavier informatique comprenant un ensemble de touches, chacune correspondant topologiquement à un point de connexion d'une matrice, la matrice et les composants de celle-ci étant imprimés sur un support plan, est caractérisé en ce que les touches sont solidaires de noyaux plongeurs dont les extrémités portent sur une couche élastique, la couche élastique agissant sur un contact électrique, disposé au-dessous du noyau, le contact comprenant au moins deux plages conductrices disposées en regard l'une de l'autre, connectées à la matrice et au moins l'une d'elles étant portée par une feuille imprimée flexible. Ainsi, la couche élastique assure la fonction de retour de la touche dans sa position de repos après qu'elle ait été enfoncée, et permet d'établir un contact isolé entre les deux plages conductrices. Par ailleurs, la construction du clavier est grandement simplifiée dans la mesure où celui-ci présente une structure en couches introduites successivement dans un carter, à savoir une première couche portant des contacts une couche d'isolation percée de trous aux endroits des contacts une seconde couche portant des contacts et des composants tels que des condensateurs une couche isolante de matériau élastique et une couche de touches montées coulissantes dans un carter. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque point de contact correspondant à une touche, est constitué par une cellule incluant un interrupteur mécanique et un condensateur connectés en série. Le condensateur, qui peut être imprimé de part et d'autre de la couche isolante correspondante, présente l'avantage, par rapport à la technique classique des claviers capacitifs, d'avoir une valeur C fixe. Ainsi, quelle que soit la qualité mécanique du contact établi par l'interrupteur, la réponse du condensateur sera franche c'est-à-dire que, dès que l'interrupteur est fermé, le condensateur se charge rapidement, cette charge étant détectée par le balayage dynamique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent - la figure 1, une touche de clavier capacitif connu - la figure 2, le schéma électrique d'une cellule de contact selon l'invention - la figure 3, un schéma de principe d'un interrupteur selon l'invention - la figure 4, un schéma de branchement d'une cellule de contact - la figure 5, une vue en coupe verticale dans deux plans perpendiculaires selon les lignes V-V et 5-5 de la figure 6 d'un clavier selon l'invention - la figure 6, une coupe horizontale selon la ligne VI-VI de la figure 5. Sur la figure 2, conformément à une caractéristique de l'invention, une cellule de contact est constituée d'un condensateur 5 et d'un interrupteur 6. A chaque touche est associée une cellule de contact et vice-versa. C'est la fermeture du contact 6 qui va permettre la charge du condensateur 5. Il en résulte que, par un balayage dynamique, il sera possible de savoir si une touche est enfoncée ou non. La figure 3 est un schéma de principe montrant comment est réalisé un interrupteur 6 conformément à une caractéristique de l'invention. La matrice d'interconnexion comprend une feuille supérieure 8, par exemple en polyester ou plus généralement en une matière plastique souple. Cette feuille porte, espacées au pas des touches, sur sa face inférieure, des plages 7 conductrices de contact dont une seule apparaît sur la figure 3. Sur une seconde feuille 9, qui n'est pas nécessairement élastique, sont imprimées des plages 7, du côté intérieur. Entre les feuilles 8 et 9, est intercalée une feuille isolante 10 qui est percée aux endroits des plages de contact 7, c'est-à-dire aux points d'implantation des touches. Bien entendu, les plages 7 sont reliées électriquement avec des conducteurs (non représentés). Conformément à l'invention, le contact est établi par une pression sur la feuille 8, pression qui réalise un contact mécanique entre deux plages 7 et par suite, entre les conducteurs qui leur sont reliés électriquement. Alternativement, la plage conductrice 7 portée par la feuille 8 peut n'être pas alimentée, mais établir simplement un contact électrique entre deux plots alimentés portés par la feuille 9, comme dans le cas des condensateurs de l'art antérieur. La pression sur la feuille 8 est, bien entendu, exercée par le noyau plongeur 2 d'une touche à travers une feuille de caoutchouc 3 qui sera décrite ultérieurement. De préférence, et afin de simplifier la fabrication, les feuilles 8 et 9 sont obtenues à partir d'une même feuille imprimée sur un seul côté, et repliée en son milieu sur le masque 10. Après arrêt de la pression, la touche remonte dans sa position de repos par un retour élastique du caoutchouc, et la feuille 8 reprend sa position de repos par élasticité, de sorte que le contact mécanique et électrique entre les plages 7 est rompu. La figure 4 représente un montage possible d'une cellule de contact. Dans ce cas, le diélectrique du condensateur 5 est constitué par la feuille isolante 10, par exemple en Mylar, d'une épaisseur de l/lOème de mm, par exemple. Bien entendu, après chaque balayage, un condensateur tel que 5, est déchargé et le clavier dans son ensemble est remis à zéro. Les figures 5 et 6 représentent une partie d'un clavier selon l'invention. On retrouve sur la figure 5, un cabochon de touche 1, un noyau plongeur 2, formant partie intégrante de la touche, le noyau étant terminé par un piston 13. La touche est avantageusement moulée en une matière plastique résistante. Le piston 13, s'insère dans une cavité d'une pièce en caoutchouc 3 qui s'étend sur toute la surface du clavier et présente, au-dessous de chaque touche, une forme générale en "M" dont les jambages extérieurs 15 sont d'épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur du reste de la pièce, le jambage intérieur 14 étant de même épaisseur que l'ensemble de la feuille. Le jambage 14 joue le rôle de. marteau destiné i amener en contact les plages conductrices 7 comme expliqué précédemment.La diminution d'épaisseur des parties 15 permet d'obtenir une plus grande souplesse d'enfoncement des touches. Les touches 1, 2, sont incluses dans un support commun 11 à l'intérieur duquel elles peuvent coulisser, par l'intermédiaire du noyau 2. Comme celà apparait sur la figure 6, la section -d'une touche est creuse, et chaque touche est guidée dans des rainures 19. Des nervures 16 qui ont pour but d'empêcher la rotation de la touche sur elle-même. La course d'une touche est limitée d'une part, vers le haut par une butée inférieure 17 et, d'autre part, vers le bas par une butée supérieure 18. La butée 18 coulisse dans une rainure 19. On a représenté sur la figure 5, à droite de la figure, une touche en position de repos, en traits pleins, et en position de travail, en traits mixtes. En position de travail, un contact électrique est établi, par contact physique entre deux plages conductrices 7 comme représenté sur la figure 3. La coupe de droite de la figure 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la figure 6, alors que la coupe de gauche est effectuée selon la ligne V-V de cette même figure. On obtient ainsi une structure simple et fiable, ne nécessitant qu'un temps de montage réduit par rapport aux claviers de la technique antérieure. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Clavier informatique comprenant un ensemble de touches dont chacune correspond topologiquement à un point de connexion d'une -matrice reliée à un système, la matrice et les composants passifs de celle-ci étant imprimés sur un support plan, caractérisé en ce que les touches (1) sont solidarisées avec des noyaux plongeurs (2) dont les extrémités portent sur une couche élastique (3), la couche élastique (3) agissant sur une plage conductrice (7) pour l'amener en contact avec au moins une seconde plage conductrice (7) également connectée à la matrice. 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche élastique (3) présente, au-dessus de chaque touche, une section en "M" dont les parois latérales (15) sont amincies par rapport à la partie centrale (14). 3. Clavier selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice comprend un ensemble de cellules de contact pouvant être fermées par appui sur une touche, chaque cellule comprenant un condensateur de valeur fixe (5) et un interrupteur (6). 4. Clavier selon la revendication 3, caractérisé en ce que, au moins l'un des contacts (7) d'un interrupteur (6) est imprimé sur une feuille plastique souple (8). 5. Clavier selon la revendication 4, caractérisé en ce que les composants (5, 7) des circuits de la matrice sont imprimés sur une feuille souple pliée en son milieu, de sorte que ses côtés (8, 9) viennent en regard l'un de l'autre, après insertion d'une feuille isolante (10) percée de trous au-dessous de chaque touche (1). 6. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de couches (9, 10, 8, 11) superposées à l'intérieur d'un carter. 7. Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appui sur le cabochon (1) d'une touche forme un contact entre deux électrodes (7) portées par la feuille (9).