Brevet FR2912232A1 — publié le 20080808

-1- La présente invention concerne un périphérique d'entrée de pointage optique suspendu à trois dimensions pour ordinateur ou assimilé permettant à un utilisateur de mobiliser son poignet. LA PROBLÉMATIQUE L'utilisation de la souris, qui requiert un positionnement particulier et prolongé des mains, des bras et des épaules, a une incidence sur les risques de développer des troubles musculosquelettiques au niveau du cou, des épaules, des mains et des poignets. C'est du moins ce que conclut une étude menée par la Commission européenne de recherche en biomédecine et santé, appelée PROCID (Prevention of Muscular Disorders in Operation of Computer Input Devices). La posture idéale pour un utilisateur stipule que les avant-bras et les cuisses doivent être positionnés de façon perpendiculaire par rapport au dos qui doit lui-même être perpendiculaire au plancher ; les coudes et les genoux doivent être à angle droit et les pieds toucher le sol. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des périphériques d'entrée pour ordinateur, appelés communément souris de type mécanique ou optique, qui glissent sur une surface plane et d'autres périphériques, appelés communément trackball de type optomécanique qui sont constitués d'une base fixe sur laquelle sont positionnés un émetteur, un récepteur de faisceau optique ainsi que des commandes et d'une boule non suspendue tournant dans les trois rotations de l'espace, brevets références US 2002/0145588 Al en date du 10 octobre 2002 et GB 2 156 497 A en date du 9 octobre 1985. Les utilisateurs ont tendance à utiliser de tels périphériques en ayant un appui carpien ou en immobilisant le poignet ce qui risque dans le temps d'engendrer des troubles musculosquelettiques. On connaît par ailleurs des périphériques d'entrée, brevet référence US 5 528 265 A en date du 18 juin 1996 dont le fonctionnement repose sur l'adhérence entre une sphère pendulaire et une boule du périphérique dont les surfaces sont rugueuses afin de n'avoir aucun glissement relatif. Un tel dispositif ne permet pas : • de perdre le contact entre la .sphère pendulaire et la boule du périphérique nécessitant à ce périphérique d'être suspendu à la sphère pendulaire afin de balayer toute la surface des grands écrans actuels. • de l'utiliser dans les avions (accélérations) ou dans l'espace comme dans la station spatiale internationale iss (gravité). 2912232 -2On connaît aussi des périphériques d'entrée, brevets références FR 2 858 072 A en date du 23 juillet 2003, EP 1 020 786 A en date du 19 juillet 1999, WO 97/09709 en date du 13 mars 1997, F'R 2 880 436 en date du 7 juillet 2006 et US 5 589 828 en date du 31 décembre 1996 et GB 2 317 000 en date du 11 mars 1998 reposant sur des technologies d'asservissement comme les dispositifs de pointage appelés communément joystick. Ils sont utilisés pour la manipulation virtuelle d'objets générés par des logiciels spécifiques ou des jeux vidéo et ne permettent pas obtenir la rapidité de déplacement ni la précision du pointeur à l'écran comme le font les dispositifs de pointage mécanique, optique ou opto-mécanique dans l'utilisation des systèmes d'exploitation et d'un grand nombre de logiciels. Ces technologies n'utilisent pas d'émetteur et de récepteur optique où il est impossible de les intégrer et ne permettent pas d'avoir des amplitudes de rotation importantes pouvant atteindre des valeurs de 120 pour mobiliser le poignet de l'utilisateur. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour but en consommant moins d'énergie de proposer un périphérique d'entrée de pointage optique suspendu à trois dimensions pour ordinateur ou assimilé présentant les avantages des dispositifs de pointage mécanique, optique ou opto-mécanique actuels en permettant de mobiliser le poignet de l'utilisateur avec de grandes amplitudes sans changer sa posture idéale. DESCRIPTION DES DESSINS • La figure 1 est une vue en coupe longitudinale dans le plan (x, y) qui montre la coque et le support de carte électronique suspendus par rapport à la sphère centrale. • La figure 2 est une vue en coupe longitudinale dans le plan (x, y) qui montre la coque et le support de carte électronique en position de compression lorsque la 60 main de l'opérateur (non représentée) est posée sur la coque. • La figure 3 est une vue en coupe longitudinale dans le plan (x, y) qui montre la coque et le support de carte électronique en position de compression et l'inclinaison de l'ensemble mobile. • La figure 4 est une vue en coupe longitudinale dans le plan (x, y) qui montre un 65 exemple de représentation de l'invention. • La figure 5 est une vue qui montre un éclaté de l'invention. • La figure 6 est une vue en perspective qui montre un exemple de la forme extérieure de l'invention. 2912232 -3- BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION 70 Ce dispositif comporte en effet selon une première caractéristique une base fixe composée d'un pied surmonté d'une sphère centrale pleine constituée d'une surface rugueuse et irrégulière détectable par un composant électronique optique enrobée d'une couche lisse et transparente de faible épaisseur. Cette base pourra être posée sur une table, sur le sol ou faire partie intégrante d'un châssis. 75 Il comporte selon une deuxième caractéristique un ensemble support de carte électronique sur lequel est réalisé un plan perpendiculaire au rayon de la sphère centrale afin de positionner et de fixer une carte électronique sur laquelle est incorporé un émetteur de faisceau lumineux pour qu'il soit toujours dirigé sensiblement vers le centre de la sphère centrale. Cet ensemble est équipé de 80 bagues enserrant la sphère centrale afin de réaliser deux liaisons sphériques reliées entre elles par une liaison linéaire annulaire. Il comporte enfin selon une troisième caractéristique une coque extérieure amovible de manutention qui enveloppe l'ensemble support de carte électronique et la sphère centrale ainsi qu'une source d'énergie électrique par exemple une batterie, 85 de forme sphérique et comportant des boutons qui peuvent être situés autour de cette coque. La main de l'utilisateur manipule la coque qui positionne le centre de la sphère centrale dans le creux de la main. En position de suspension, une sphère centrale fixe (5) pleine ayant une surface irrégulière enrobée d'une couche lisse et transparente (4) et un support de 90 carte électronique (3) sur lequel est fixée sur un plan (P) une carte électronique (10) où sont incorporés un émetteur (11) générant un faisceau lumineux de longueur calibrée et un récepteur de lecture optique (12) enveloppés d'une coque extérieure sphérique amovible de manutention assurent à la fois, un positionnement du faisceau lumineux émis par l'émetteur de la carte électronique vers sensiblement le 95 centre de la sphère centrale (5) grâce à une liaison linéaire annulaire reliant deux liaisons sphériques permettant de faire pivoter autour de trois axes avec des amplitudes d'au moins 100 autour des axes x, z et de 360 autour d'un axe y, et une suspension de la carte électronique (10) par rapport à la sphère centrale (5) grâce à un moyen de suspension élastique permettant d'éloigner dans la direction de la 100 liaison linéaire annulaire la carte électronique (10) de la surface irrégulière de la sphère centrale (5), et un tarage de la suspension grâce à une bague de retenu (6) enserrant la sphère centrale (5) avec une bague de suspension (7) en contact avec 2912232 -4- la couche lisse et transparente (4) pour donner une valeur maximale et suffisante (1 maxi). Dans cette position ce dispositif peut être manipulé sans que le pointeur ne se 105 déplace à l'écran de l'ordinateur. En position de compression, la main de l'utilisateur est posée sur la coque. Elle comprime par son propre poids la suspension dans la direction de l'axe du cylindre (C) jusqu'à que la bague de suspension (7) qui comporte un rebord, vienne en butée dans le fond du support de carte électronique (3) provoquant un 110 écrasement de la suspension pour que la longueur du faisceau lumineux soit équivalente à la longueur calibrée de l'émetteur (11) pour donner une valeur minimale et suffisante (I mini). Dans cette position lorsque l'utilisateur manipule ce dispositif le pointeur se déplace à l'écran de l'ordinateur. Dans ces deux positions l'utilisateur peut manipuler la coque en mobilisant 115 son poignet sans changer sa posture idéale répondant aux besoins de celui-ci car la longueur du faisceau lumineux varie entre les deux positions décrites ci-dessus. Cette longueur varie jusqu'à trois millimètres maximum et n'a aucune incidence sur la posture. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION 120 En référence à la figure 1, 2 et 4, le dispositif est constitué d'une base composée d'un pied (9) et d'une sphère centrale fixe (5) pleine ayant une surface irrégulière enrobée d'une couche lisse et transparente (4) qui laisse apparaître la surface inférieure qui est détectable par un composant électronique optique, d'un support de carte électronique (3) d'une bague de retenu (6) d'une bague de 125 suspension mobile (7) d'un ressort hélicoïdal (8) d'une carte électronique (10) sur laquelle sont incorporés un émetteur de faisceau lumineux (11) et d'un récepteur de lecture optique (12), des commandes de souris (13) et d'une coque qui enveloppe le tout composée de deux hémisphères (1) (2). La carte électronique (10) est positionnée et maintenue en position sur le support de carte électronique (3). 130 En référence à la figure 1, position de suspension et position par défaut, le support électronique (3) sur lequel a été réalisé un cylindre repéré (C) de diamètre à peine supérieur à celui de la sphère centrale (5), un plan repéré (P) qui positionne l'émetteur du faisceau lumineux (11) de la carte électronique (10) dans l'axe du cylindre (G), un autre plan servant de butée et la bague de retenu (6) enserrent la 135 sphère centrale (5) avec la bague de suspension (7) par l'intermédiaire du ressort (8). Le support de carte électronique (3) est auto positionné et auto centré par 2912232 -5- rapport à la sphère centrale (5) par la poussée du ressort hélicoïdal (8) sur la bague de suspension mobile (7) jusqu'au contact de la bague de retenu (6) sur la sphère centrale (5) glissant dans le cylindre (C). Le support de carte électronique (3) est 140 alors suspendu à la sphère centrale (5). L'émetteur de la carte électronique (11) émet un faisceau lumineux, dont la longueur est calibrée pour être lu par le récepteur de lecture optique (12), dans l'axe du cylindre (C) passant toujours sensiblement par le centre de la sphère centrale (5) sur la couche lisse et transparente (4). Ce faisceau lumineux passe au travers de cette surface et se réfléchit sur la surface 145 irrégulière de la sphère centrale (5). Le récepteur de lecture optique (12) ne reçoit pas les informations sur les irrégularités de la surface car la longueur du faisceau est supérieure à la longueur calibrée et il ne peut pas transformer ces informations en signaux électriques. La carte électronique (10) est trop éloignée et le pointeur ne peut pas se déplacer à l'écran de l'ordinateur. Dans cette position on défini une 150 longueur maximale (I maxi) suffisante. Cette longueur est la distance entre le plan (P) et la surface de la couche lisse et transparente (4) passant par l'axe du cylindre (C). L'ensemble peut pivoter autour des trois axes de l'espace avec une grande amplitude lorsque l'utilisateur manipule, sans pousser dans la direction de l'axe du cylindre (C), la coque qui enveloppe cet ensemble. La consommation en énergie 155 dans cette position est alors minimale. En référence à la figure 2, position de compression, la main de l'utilisateur (non représentée) exerce une force par son propre poids sur la coque dans la direction de l'axe du cylindre (C), effort transmis à la couronne du support de carte électronique (3) qui translate avec la carte électronique (10) suivant l'axe du cylindre 160 (C) et comprime le ressort hélicoïdal (8) libérant le contact de la bague de retenu (6) avec la sphère centrale (5) jusqu'au contact du rebord de la bague de suspension (7) dans le fond du support de carte électronique (3) glissant dans le cylindre (C). Le faisceau lumineux est toujours dirigé dans l'axe du cylindre (C) passant sensiblement par le centre de la sphère centrale (5). Sa longueur a diminuée et elle est maintenant 165 équivalente à la longueur calibrée permettant au récepteur de lecture optique (12) de transformer les informations sur les irrégularités de la surface irrégulière de la sphère centrale (5) en signaux électriques traités par la carte électronique (10) pour déplacer le pointeur à l'écran de l'ordinateur. Dans cette position on défini une longueur minimale (I mini) suffisante. Cette longueur est la distance entre le plan (P) et la 170 surface de la couche lisse et transparente (4) passant par l'axe du cylindre (C). 2912232 -6- L'ensemble peut pivoter autour des trois axes de l'espace avec les mêmes amplitudes que dans la position de suspension lorsque l'utilisateur manipule, en poussant dans la direction de l'axe du cylindre (C), la coque qui enveloppe cet ensemble. 175 En référence à la figure 3, ce dispositif permet de faire évoluer, dans les deux positions définies ci-dessus, la coque avec trois rotations possibles autour des axes x, y, z de l'espace avec une amplitude d'au moins 100 sur les axes x, z et de 360 sur l'axe y. Ces deux positions définissent deux valeurs suffisantes, longueurs définies ci-dessus (I maxi) et (1 mini). L'amplitude de la longueur doit être la plus 180 faible possible pouvant varier jusqu'à trois millimètres au maximum. En référence à la figure 5 et la figure 6, la coque peut recevoir une pluralité de boutons (14) qui sont en relation avec les commandes de la carte électronique (13) repartis autour de l'axe du cylindre (C) de manière symétrique permettant l'utilisation du dispositif pour un droitier ou un gaucher. 185 L'invention n'est pas limitée aux modalités particulières qui viennent d'être décrites ni à l'environnement dans lequel elle peut évoluer. En particulier, selon une variante non illustrée, la base peut recevoir un capteur de force, qui permet de quantifier la force transmise par l'utilisateur et en cas de relâchement du membre supérieur, d'afficher dans un message à l'écran si l'effort 190 est considéré trop important. Cette valeur sera paramétrable. En particulier aussi, selon une variante non illustrée, la coque qui pince la couronne du support de carte électronique (3) composée de l'hémisphère (1) et de l'hémisphère (2) de forme sphérique est amovible. Ces deux hémisphères sont clipsés en enserrant la couronne. Elle peut être remplacée par une coque dont 195 l'hémisphère (1) comporte des ergots permettant de recevoir et de fixer d'autres périphériques de type manette de jeux ou lui donner la forme souhaitée. Bien que l'on ait illustré les moyens de suspension par des ressorts hélicoïdaux ces moyens peuvent en variante être constitués d'éléments en élastomère, de fluide, de ressorts à lame. La bague de suspension peut être 200 remplacée par au moins trois patins mobiles positionnés à 120 montés sur des éléments élastiques en contact sur la partie supérieure de la surface lisse (4) et la bague de retenu peut être remplacée par au moins trois patins positionnés à 120 sur le support de carte électronique (3) en contact sur la partie inférieure de la surface lisse (4) comme le montre la figure 4. 2912232 -7- 205 Ce dispositif peut évoluer dans un milieu sans gravité (espace), ou dans un milieu subissant des accélérations exernple dans un avion, un bateau, une voiture. A titre d'exemple non limitatif, ta coque aura des dimensions de l'ordre de 50mm à 100mm de diamètre. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à toutes les 210 personnes qui utilisent des dispositifs de pointeur mécanique, optique ou optomécanique. REVENDICATIONS 1. Périphérique d'entrée de pointage optique pour ordinateur ou assimilé caractérisé en ce que une sphère centrale fixe (5) pleine ayant une surface irrégulière enrobée d'une couche lisse et transparente (4) et un support de carte électronique (3) sur lequel est fixée sur un plan (P) une carte électronique (10) où sont incorporés un émetteur (Il) générant un faisceau lumineux de longueur calibrée et un récepteur de lecture optique (12) enveloppés d'une coque extérieure sphérique amovible de manutention assurent à la fois, un positionnement du faisceau lumineux émis par l'émetteur de la carte électronique vers sensiblement le centre de la sphère centrale (5) grâce à une liaison linéaire annulaire reliant deux liaisons sphériques permettant de faire pivoter autour de trois axes avec des amplitudes d'au moins 100 autour des axes x, z et de 360 autour d'un axe y, et une suspension de la carte électronique (10) par rapport à la sphère centrale (5) grâce à un moyen de suspension élastique permettant d'éloigner dans la direction de la liaison linéaire annulaire la carte électronique (10) de la surface irrégulière de la sphère centrale (5), et un tarage de la suspension grâce à une bague de retenu (6) enserrant la sphère centrale (5) avec une bague de suspension (7) en contact avec la couche lisse et transparente (4) pour donner une valeur maximale et suffisante (I maxi). 2. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la liaison linéaire annulaire est assurée par la surface lisse et transparente (4) de la sphère centrale (5) glissant dans un cylindre (C) réalisé sur le support de carte électronique (3). 3. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les liaisons sphériques sont assurées par la bague de suspension mobile (7) et la bague de retenu (6) enserrant la sphère centrale (5) et glissant sur sa surface lisse et transparente (4) guidée par le cylindre (C). 4. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la suspension élastique est assurée par au moins un ressort hélicoïdal (8) poussant le support de carte électronique (3) de la surface lisse et transparente (4) de la sphère centrale (5) par l'intermédiaire de la bague de suspension (7) toujours dans la direction de l'axe du cylindre (C). 5. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 4 caractérisé en ce que la bague de suspension (7) est constituée par au moins trois patins 2912232 -9- mobiles positionnés à 120 montés sur des éléments élastiques en contact sur la 35 partie supérieure de la surface lisse (4). 6. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bague de retenu (6) est constituée par au moins trois patins positionnés à 120 sur le support de carte électronique (3) en contact sur la partie inférieure de la surface lisse (4). 40 7. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la coque extérieure sphérique amovible de manutention pince par des moyens de clipsage réalisés sur deux hémisphères (1) et (2) une couronne du support de carte électronique (3). 8. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 7 caractérisé 45 en ce que l'hémisphère (1) comporte des ergots permettant de recevoir et de fixer d'autres périphériques de type manette de jeux. 9. Périphérique d'entrée de pointage optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bague de suspension (7) comporte un rebord contre lequel le support de carte électronique (3) vient en butée sous l'action de l'utilisateur dans la direction 50 de l'axe du cylindre (C) provoquant un écrasement de la suspension pour que la longueur du faisceau lumineux soit équivalente à la longueur calibrée de l'émetteur (11) pour donner une valeur minimale et suffisante (I mini). 10. Périphérique d'entrée de pointage optique selon l'une des quelconques revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur de la force transmise par 55 l'utilisateur peut être mesurée au moyen d'un capteur de force incorporé à la base d'un pied (9) permettant de quantifier la force transmise et en cas de relâchement du membre supérieur de l'utilisateur, d'afficher dans un message à l'écran si la valeur de l'effort est considéré trop important.