Brevet FR2637138A1 — publié le 19900330

AME~ORATIONS APPORTEES AUX CLAV?S OPTIQUES A MIROIRS La présente invention concerne plus particulièrement les claviers optiques à balayage, c'est-à-dire les claviers dont le nombre des composants optiques permet de gérer une quantité de touches supérieure à celle qu'autoriserait l'emploi de touches équipées d'éléments de détection et de connexion individuels. Du fait de la prolifération des microprocesseurs, les claviers à balayage sont devenus usuels sur des appareils tels que les calculatrices, les machines à écrire, les systèmes de traitement de texte, les ordinateurs, les synthétiseurs musicaux, les distributeurs automatiques, etc... Plutôt que d'utLiiser des touches à détection individuelle, c'est-à-dire des touches disposant chacune de connexions particulières avec le système qui les utilise, les touches sont connectées selon une matrice logique avec un inWertaco de balayage, qui informe le système, auquel le clavier est connecté, du résultat de ses scrutations concernant l'état des touches. Chaque touche est connectée à une intersection individuelle d'une matrice.Elle opère en produisant deux états stables : un état dans lequel les entrées et sorties correspondantes sont couplées et un second état dans lequel elles ne sont pas couplées. Dans un clavier optique, les signaux utilisés sont de la lumière visible ou plus généralement toute forme d'énergie radiante (rayons infrarouges ou ultraviolets par exemple). Ces signaux sont envoyés par les entrées, et les sorties du clavier sont scrutées pour déterminer si un couplage ou un non couplage s'est produit avec les signaux d'entrée. L'état de couplage ou de non couplage est assuré à chaque intersection de la matrice par un élément qui se déplace sous l'action de la touche correspondante. Cet élément prend généralement la forme d'un obturateur ou d'un miroir mobile. Dans un clavier électrique, le couplage ou le non couplage entre des matériaux conducteurs de courant est généralement assuré par des interrupteurs marche/arrêt, bien que d'autres composants tels les interrupteurs capacitifs, ou effet Hall, soient également répandus. A priori, les claviers optiques offrent de sérieux avantages par rapport aux claviers électriques. Par exemple, ils sont exempts de toute interférence électrique (en tant qu'émetteur, mais aussi comme récepteur). Ils offrent, par nature, une sécurité supérieure (pas d'étincelles dans des atmosphères explosives), les rebonds sont réduits à la source, la durée de vie des composants est accrue (pas d'usure des contacts)... Le problème majeur avec les claviers optiques matriciels réside dans le résultat, souvent aléatoire, produit par l'enfoncement simultané de deux ou plusieurs touches. Ce problème survient lors de frappes rapides : un opérateur peut taper à des vitesses supérieures à 10 caractères par seconde. De ce fait, plusieurs touches peuvent se trouver enfoncées à un moment donné. C'est le problème communément appelé "key rollover" : il importe que le système utilisateur puisse identifier les touches de manière fiable et dans l'ordre où elles ont été enfoncées. D'ailleurs, même sans frappe rapide, beaucoup de claviers imposent d'enfoncer plusieurs touches ensemble, comme la touche majuscule avec une autre, pour avoir accès à des signes ou à des fonctions déterminées. Ce problème est donc très général.Un autre problème, lié au premier, est celui des touches "fantômes" l'enfoncement d'une touche non sollicitée par l'opérateur est simulé par la combinaison d'autres touches, et le systeme utilisateur ne dispose d'aucun moyen pour connartre la réalité. Dans un clavier optique, le problème d'une identification fiable de n'importe laquelle des touches, même en présence de plusieurs touches enfoncées simultanément, est résolu si l'on parvient à garantir d'une part l'accès à la lumière de toutes les touches, quel que soit l'état des autres touches (couplage ou non couplage), et d'autre part. que chaque photodétecteur pourra "voir" toutes les touches qui lui sont associées, quel que soit l'état des autres touches. Ceci revient à dire qu'un trajet optique entre chaque source de lumière, et chacune des touches qui lui sont associées, ne doit jamais etre totalement obturé, et que le trajet optique séparant chaque photodétecteur de chacune des touches qui lui sont associées ne doit jamais non plus être totalement obturé. Cette condition fondamentale est appelée ici "la condition de liberté des trajets optiques", étant entendu qu'une liberté partielle peut etre tolérée dès lors qu'elle autorise un passage suffisant de lumière vers le photodétecteur le moins bien placé. Un clavier optique satisfaisant à cette condition de liberté des trajets optiques est celui représenté par le brevet US-A-4,417,824 (Paterson), dans lequel chaque source de lumière éclaire un premier moulage de plastique transparent qui constitue un membre de transmission de colonne, et dans lequel chaque photodétecteur est alimenté par un second moulage en plastique t-ansparent qui constitue un membre de transmission de rangée. Le membre de transmission de colonne emprunte des formes complexes comprenant cinq sorties différentes en forme de lentille, précédées elles-mêmes d'un double miroir du type périscope pour amener la lumière sur un niveau plus bas selon un angle orthogonal.Les membres de transmission de rangée apparaissent plus réguliers, sous la forme de barres rectilignes avec des facettes disposées à intervalles réguliers pour recevoir la lumière grâce à des lentilles correspondant aux lentilles de sortie citées plus haut. Il résulte de l'ensemble une structure optique à trois couches (couche de colonnes, couche de lentilles, couche de rangées) qui est trop épaisse pour certaines applications, et qui laisse peu de flexibilité pour déterminer l'emplacement des touches. L'objet de la présente invention est un clavier optique à balayage formé d'un bloc optique comportant : une face supérieure assez large pour coopérer avec les touches ; une face inférieure dont les dimensions sont voisines au moins un bord joignant la face supérieure à la face inférieure ; des entrées de lumière et des sorties de détection, formant des trajets lumineux disposés en matrice logique dont les intersections appareillent une paire d'entrée de lumière et de sortie de détection ; des réflecteurs couplant les entrées de lumière et les sorties de détection aux intersections, de telle sorte que la "condition de liberté des trajets optiques", ici définie, soit respectée ; conçu pour recevoir des obturateurs opérés sélectivement par des touches pour créer ou supprimer un couple de lumière entre les entrées de lumière et les sorties de détection, et caractérisé en ce que, en premier lieu, les réflecteurs sont fixes, et qu'en second lieu, une part importante des trajets optiques suivis par la lumière sont creux. Un mode de réalisation de ce bloc optique est décrit, à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 indique le schéma de principe qui régit le bloc représenté par la figure suivante - la figure 2 représente deux vues partielles d'un mode de réalisation d'un bloc optique dans lequel se croisent un canal creux et un conduit optique. La figure 1 indique le schéma de principe qui régit la réalisation d'un bloc optique représenté par la figure suivante. La lumière part d'une source lumineuse 1 qui est allumée en un temps t, et est réfléchie grâce à trois déviateurs IA, 1B et 1C, vers trois photodétecteurs A, B et C. Au temps tll, ce sont les déviateurs 2A, 2B et 2C, qui sont sollicités. L'action d'une touche est identifiée parce que son obturateur vient modifier l'un des 9 couples 1A à 3C. Selon un mode de réalisation (Figure 2), le bloc optique est formé d'un support I, dont la forme préférentielle est rectangulaire. A l'intérieur de ce bloc sont répartis d'un côté des entrées de lumière 2, et de l'autre, des photodétecteurs 3. Des touches sont agencées pour actionner des obturateurs 4, grâce à une force mécanique ou magnétique pour masquer l'accès des photodétecteurs 3 à la lumière qui les balaie via les réflecteurs 5 à partir des sources lumineuses 2. L'ensemble est enfermé dans une boite opaque. Les sources lumineuses sont alimentées par impulsions successives. A chaque balayage, un réflecteur 5 est sollicité pour envoyer la lumière à tous les photodétecteurs. Les obturateurs placés devant les réflecteurs permettent une identification de chacune des touches même si plusieurs sont enfoncées simultanément. D'autres dispositions sont concevables. Pour élargir la dimension des faisceaux, on peut déplacer les réflecteurs de détection 5 du même côté que les autres composants optiques en installant, sur la paroi d'en face, un réflecteur de renvoi. En dehors de ses qualités de fiabilité concernant les combinaisons d'enfoncement de touches, l'intérêt de la présente disposition est de permettre d'obtenir une ouverture optimum des faisceaux et d'installer plusieurs lignes de réflecteurs, agencées de sorte que les lignes les plus proches des composants d'émission et de détection de la lumière n'obstruent pas les autres. Cette réalisation démontre l'utilité des réflecteurs fixes, étant donné la précision de l'orientation demandée. La lumière est donc interrompue par un obturateur avant d'avoir atteint le réflecteur. Dans la mesure où le support inférieur peut être réalisé en grande série à des coûts relativement faibles - en moulant par exemple non seulement celui-ci, avec éventuellement ses trajets optiques, mais aussi les réflecteurs, que l'on revêtira ensuite d'une couche réfléchissante - rien n'interdit de prévoir que les réflecteurs 5 seront en nombre supérieur à celui strictement nécessaire, de sorte à pouvoir sur un même boitier, implanter plusieurs configurations de touches différentes. Des couloirs optiquement isolants peuvent être aménagés pour améliorer la fiabilité de l'ensemble. Le nombre des réflecteurs placés dans une colonne étant souvent peu élevé, il en résulte une plus grande marge de manoeuvre pour fixer leur emplacement latéral relatif, afin notamment d'optimiser la disposition des réflecteurs en fonction de l'emplacement des touches.En ce cas, comme d'une manière générale, il est possible d'aménager devant chaque sortie de détection, des cônes ou des lentilles de réception, afin de faire converger un maximum de lumière vers la sortie de détection. Dans le mode de réalisation (figure 2), des rangées de conduits 3 se croisent perpendiculairement avec des colonnes de canaux optiques creux 2. Afin que tous les conduits récepteurs 3 puissent être éclairés simultanément, il faut soit que les sources lumineuses se situent légèrement plus bas, soit que les conduits récepteurs adoptent une légère déclinaison. La lumière est amenée des canaux 2 dans les conduites récepteurs grâce à des réflecteurs 5 placés en regard de facettes de réception 8 aménagées sur lesdits conduits. Ces facettes peuvent être protubérantes par rapport aux conduits récepteurs, comme dans l'exemple représenté par la figure 4, mais elles peuvent également être aménagées de manière concave. Des obturateurs 4 permettent de laisser circuler la lumière ou de la bloquer. Compte-tenu des lois qui régissent la lumière, il est possible d'intervertir les sources de lumière et les moyens de photodétection. 'REVENDICATIONS 1. Clavier à balayage comprenant un bloc optique sensiblement parallélépipédique dont la face supérieure reçoit les touches, au moins un bord reliant la face supérieure à la face inférieure, une pluralité d'entrées de lumière (2) et une pluralité de sorties de lumière (3) définissant une matrice de trajets de lumière, des intersections couplant une entrée (2) et une sortie (3), chaque intersection étant munie d'un réflecteur à facette (8), le bloc optique étant prévu pour recevoir des obturateurs (4) actionnés par les touches, caractérisé en ce que les réflecteurs (5) sont fixes, et sont suivis par des conduits de lumière pleins correspondant avec les sorties (3), les trajets de lumière (6) comprenant une partie vide et une parle pleine séparées par les obturateurs (4). 2. Clavier selon la revend4cation 1, comportant un bloc optique formé de canaux creux et de conduits optiques respectivement associés à une entrée de lumière (2) et à une sortie de détection (3), caractérisé que les réflecteurs (5) sont orientés vers les facettes (8) des conduits optiques. 3. Clavier selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que un obturateur (4) est disposé devant un réflecteur (5).