Brevet FR2914444A1 — publié le 20081003

Dispositif de pointage mobile en rotation autour de trois axes . L'invention concerne un dispositif de pointage destiné par exemple à la manipulation d'un appareil d'assistance à la navigation équipant un véhicule automobile. Un tel dispositif de pointage, encore appelé désignateur d'interface homme machine, permet entre autres à un utilisateur de naviguer dans un menu d'une interface afin d'interagir avec le système en question qui est par exemple un système d'aide à la navigation du type GPS. Un dispositif de pointage est un organe de commande qui traduit les déplacements qu'offre sa cinématique en ordres fonctionnels électroniques, ces derniers étant interprétés par un logiciel. Un tel dispositif de pointage comprend typiquement un bâti portant un pointeur qui est mobile en rotation autour de trois axes, deux de ces axes permettant à l'utilisateur d'incliner le pointeur respectivement vers la droite ou vers la gauche, et vers le haut ou vers le bas. Le troisième axe correspond à une possibilité de 25 faire pivoter le pointeur sur lui-même, par exemple pour faire défiler un menu déroulant de l'interface. Pour faciliter la manipulation du dispositif de pointage lors de la conduite de nuit, il est nécessaire que le pointeur lui-même soit rétro-éclairé, ce qui 30 permet à l'utilisateur de le localiser facilement, pour éviter de le déconcentrer de la conduite. Il apparaît que les dispositifs de pointage connus mettent en oeuvre des technologies complexes et par là même coûteuses, comme par exemple des capteurs de 35 mouvements à bobine inductive ou encore à effet Hall. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une architecture de dispositif de pointage de technologie simple autorisant sa production pour un faible coût de fabrication. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pointage comprenant un bâti portant un pointeur mobile en rotation autour d'un premier, d'un second et d'un troisième axe perpendiculaires les uns aux autres, ce pointeur comprenant un pied creux ayant une forme de révolution autour du premier axe, ce pied creux étant lié en mouvement au bâti par une liaison rotule, ce pied creux portant une calotte au moins partiellement opaque, ce dispositif comprenant également un circuit imprimé portant différents capteurs optiques liés en mouvement au pied creux pour identifier les mouvements du pointeur autour des trois axes ainsi qu'au moins une diode pour éclairer la calotte à travers le pied creux. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la calotte est solidarisée au pied creux par une liaison glissière orientée selon le premier axe, et comprenant une tige centrale traversant le pied creux et située en vis-à-vis d'un commutateur pour identifier un enfoncement de la calotte le long du premier axe, cette tige étant solidarisée au bâti par une liaison glissière orientée selon le premier axe. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un guide de lumière en matériau opaque ou transparent, ayant une forme de révolution autour du premier axe, entourant la tige tout en étant situé dans le pied creux pour guider la lumière émise par les diodes en direction de la calotte. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé porte quatre capteurs optiques situés au droit d'un bord circulaire inférieur du pied creux pour identifier la position en rotation du pointeur autour du second axe et autour du troisième axe. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un palier rigidement solidaire du bâti, une coiffe ayant une surface externe en forme de portion de sphère, engagée sur ce palier et liée à celui- ci par une liaison pivot orientée selon le premier axe, et dans lequel le pied creux présente une partie ayant une forme de portion de sphère s'engageant sur la coiffe pour assurer la liaison pivot liant le pied au bâti. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la coiffe comprend des doigts radiaux s'engageant dans des cavités correspondantes d'une face interne du pied pour interdire un mouvement relatif de rotation du pied par rapport à la coiffe autour du premier axe. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé porte au moins un capteur optique placé au droit d'un bord circulaire de la coiffe situé en vis-à-vis du circuit imprimé, et dans lequel ce bord circulaire porte des volets régulièrement espacés les uns des autres le long de ce bord circulaire, le capteur optique étant ainsi alternativement obturé puis non obturé lorsque le pointeur tourne autour du premier axe. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un système de rappel incluant un ressort maintenant une came en appui dans le fond d'une rigole circulaire à section en V réalisée à la périphérie du pied. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la calotte comprend un capot central entouré par un capot latéral, et dans lequel le capot central est lié au capot latéral par une liaison pivot orientée selon le premier axe, et dans lequel le capot central est lié à la tige par une liaison rotule qui interdit une rotation relative autour du premier axe. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de pointage selon l'invention ; La figure 2 est une vue déployée de la rigole circulaire crantée du pied creux ; La figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif de pointage selon l'invention ; La figure 4 est une vue de dessus du circuit imprimé du dispositif de pointage selon l'invention. Comme visible dans la figure 1, le dispositif de pointage selon l'invention qui est repéré par 1 comprend un pointeur 2 qui est porté par un bâti 3. Le pointeur 2 comprend un pied creux 4 ayant une forme de révolution autour d'un premier axe, à savoir l'axe repéré par z, et une calotte 6 portée par l'extrémité libre de ce pied creux 4, c'est-à-dire l'extrémité de ce pied 4 qui dépasse du bâti. La calotte 6 comprend un capot central 7 situé en vis-à-vis de l'intérieur de pied 4, et un capot latéral ou périphérique 8 qui entoure le capot central 7 ainsi que l'extrémité supérieure du pied. Le capot central 7 et le capot latéral 8 sont liés l'un à l'autre par une liaison pivot orientée selon l'axe z, alors que capot latéral est lié à l'extrémité libre du pied 4 par une liaison glissière orientée selon l'axe z. Le bâti 3 du dispositif porte un circuit imprimé fixe repéré par 9, situé dans le fond de ce bâti. Une tige centrale 11 s'étend parallèlement à l'axe z, depuis une face inférieure du capot central 7, jusqu'au circuit imprimé 9 qui est situé en vis-à-vis du pied creux 4. Cette tige 11 est liée au circuit imprimé et/ou au bâti 3 par une liaison de type glissière orientée selon l'axe z. Elle est d'autre part liée au capot central 7 par une liaison pivot prévue pour interdire une rotation du capot central 7 par rapport à la tige 11 autour de l'axe z. L'interdiction de rotation du capot central 7 est assurée avec une pièce intermédiaire 13 interposée entre l'extrémité de la tige 11 et la face inférieure du capot 7, pour constituer une liaison du type joint de Oldham. Cette pièce intermédiaire est apte à glisser le long de l'axe x par rapport à la face inférieure du capot central 7, et elle est apte à glisser le long de l'axe y par rapport à l'extrémité supérieure de la tige 11. A cet effet, cette pièce intermédiaire 13 comprend une première nervure dépassant de sa face supérieure, et une seconde nervure dépassant de sa face inférieur. Ces deux nervures s'étendent perpendiculairement l'une à l'autre, et elles sont engagées dans des rainures correspondantes réalisées respectivement dans l'extrémité supérieure de la tige 11, et dans la face inférieure du capot 7. Le capot central 7 peut ainsi être déplacé selon l'axe x ou l'axe y par rapport à l'extrémité supérieure de la tige 11, mais il ne peut pas pivoter autour de l'axe z par rapport à cette tige. Cette liaison est dimensionnée avec des jeux suffisants pour pouvoir être assimilée à une liaison rotule autour d'un point situé le long de la tige 11, mais interdisant une rotation du capot central 7 autour de l'axe z. En d'autres termes, la translation de la face inférieure du capot 7 par rapport à la pièce 13, le long de l'axe x est assimilable à une rotation de ce capot autour d'un axe parallèle à l'axe y et passant par un point situé le long de la tige 11. La translation de cette face inférieure le long de l'axe y est assimilable à une rotation autour d'un axe parallèle à l'axe x et passant par un point de la tige 11. Cette liaison pivot a son centre qui coïncide avec le centre d'une autre liaison pivot, détaillée plus bas, et par laquelle le pied creux 4 est lié au bâti 3. L'ensemble de la calotte 6 peut être enfoncée le long de l'axe z, en étant déplacée en translation par rapport au pied creux 4. Dans ce mouvement, la tige 11 qui a son extrémité supérieure en appui sur une face interne du capot central 7 est également déplacée en translation le long de l'axe z, de sorte qu'elle vient enfoncer un ou plusieurs des quatre commutateurs électriques repérés par 16. Ces commutateurs 16 sont portés par le circuit imprimé 9, et ils sont dédiés à la détection de l'enfoncement du pointeur. Ces commutateurs sont du type bouton poussoir, de sorte qu'ils assurent le maintien du pointeur 2, en l'occurrence de la calotte 6, en position sortie lorsque celui-ci est relâché. Le capot central 7 est fabriqué dans un matériau opaque de manière à permettre le rétroéclairage du 15 pointeur. A cet effet, le circuit imprimé 9 porte quatre diodes électroluminescentes repérées par 17 qui sont situées autour de la base de la tige. La lumière émise par ces diodes est conduite par un guide de lumière 12 en 20 matériau transparent ou opaque, qui est interposé entre le circuit imprimé 9 et la face inférieure du capot 7. Ce guide de lumière 12 est une pièce de révolution située à l'intérieur du pied creux tout en entourant la tige 11, il est rigidement solidarisé au bâti 3, c'est-àdire lié à celui-ci par une liaison de type encastrement. Le capot périphérique 8 est libre de pivoter autour de l'axe z, en entraînant en rotation le pied 4 auquel il est lié par une liaison glissière d'axe z, qui interdit par définition une rotation relative autour de l'axe z. 30 Durant ce mouvement, le capot central 7 reste immobile en rotation, du fait qu'il est lié au capot périphérique 8 par une liaison pivot d'axe z et du fait qu'il est lié à la tige 11 par une liaison interdisant une rotation autour de l'axe z, cette tige 11 étant elle-même liée au 35 bâti 3 par une liaison glissière d'axe z interdisant par définition une rotation relative autour de l'axe z. Le pied creux 4 est lié au bâti 2 par une liaison de type rotule, c'est-à-dire lui permettant de tourner par rapport au bâti 2 autour des trois axes x, y et z correspondant à un repère orthonormé direct. Plus particulièrement, le bâti comprend un palier 18, dépassant du fond de ce bâti 3 en étant rigidement solidaire de ce dernier. Ce palier 18 qui pourrait avoir une forme tubulaire est ici formé de quatre branches s'étendant parallèlement à l'axe z, situées autour de la tige 11 et du guide de lumière 12 qui entoure cette tige. Une coiffe 19, de forme générale hémisphérique est engagée sur ce pallier 18, de manière à être liée à celui-ci par une liaison pivot orientée selon l'axe z. Cette coiffe 19 présente une surface externe en forme de calotte de sphère, et une surface interne cylindrique ayant un chanfrein réduisant son diamètre à son extrémité supérieure de sorte qu'elle est immobilisée en translation par rapport au pallier 18 le long de l'axe z. A cet effet, le pied 4 comprend une portion inférieure 20 ayant une face interne hémisphérique qui s'emboîte sur cette coiffe 19 pour constituer avec elle une liaison de type rotule. En complément, la face interne hémisphérique du pied comprend deux cavités 21 et 22 dans lesquelles sont engagés deux doigts 23 et 24 portés par la coiffe 18 et dépassant radialement de celle-ci, parallèlement à l'axe x, en étant diamétralement opposés l'un à l'autre, pour interdire un mouvement de rotation du pied 4 par rapport à la coiffe 19 autour de l'axe z. Comme visible dans la figure 1, les cavités 21 et 22 ont chacune une hauteur, le long de l'axe z, supérieure au diamètre des doigts radiaux 23 et 24, ce qui permet au pied 4 de pivoter par rapport à la coiffe 19, autour de l'axe y, en plus de pouvoir pivoter autour de l'axe x. Les mouvements de rotation de la couronne 19, c'est-à-dire du pointeur, autour de l'axe z sont détectés par deux capteurs optiques 26 et 27 portés par le circuit imprimé 9. Ces capteurs comprennent chacun une source de lumière et une cellule photo-électrique situées en vis-à-vis l'une de l'autre et espacées l'une de l'autre le long d'un axe radial par rapport à l'axe z. Complémentairement, la coiffe 19 a son bord inférieur circulaire qui est prolongé verticalement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe z, par un ensemble de volets repérés par 18, régulièrement espacés les uns des autres le long de ce bord inférieur, et dont la disposition apparaît sur la figure 3. Chaque capteur optique 26 et 27 est situé au droit du bord inférieur de la coiffe 19, les volets 18 pouvant ainsi passer dans l'espace séparant la source lumineuse et la cellule photosensible de chaque capteur. Ainsi, les capteurs optiques 26 et 27 permettent de détecter les mouvements de rotation du pointeur autour de l'axe z : lorsque le pointeur tourne autour de l'axe z, ces capteurs passent alternativement de l'état électriquement ouvert à l'état électriquement fermé du fait qu'ils sont alternativement obturés par les volets 18. Les mouvements de rotation du pointeur 2 autour de l'axe x et de l'axe y sont quant à eux identifiés par un autre ensemble de capteurs optiques repérés par 28, 29, 31 et 32 qui sont également portés par le circuit imprimé 9. Ces quatre capteurs optiques sont du même type que les capteurs 26, et ils sont aussi orientés radialement par rapport à l'axe z. Ces quatre capteurs sont situés au droit d'un bord circulaire 33 du pied creux 4 qui correspond à l'extrémité de ce pied creux située en vis-à-vis du circuit imprimé 9, et ils sont uniformément répartis le long de ce bord circulaire, en étant espacés les uns des autres d'un quart de tour. Le bord circulaire 33 est prolongé par une paroi cylindrique 34 continue qui est concentrique à l'axe z. Les quatre capteurs optiques 28, 29, 31 et 32 sont portés par le circuit 9 en étant tous situés au droit de cette paroi. En position de repos, c'est-à-dire lorsque le pointeur n'est pas incliné ni autour de l'axe x, ni autour de l'axe y, la paroi cylindrique est située au dessus des capteurs optiques, de sorte qu'elle n'en obture aucun. Lorsque le pointeur 2 pivote dans le sens direct autour de l'axe x, la paroi 34 s'abaisse et vient s'interposer entre la source et la cellule photosensible du capteur 32. Lorsqu'il pivote dans le sens indirect autour de l'axe x, la paroi 34 s'interpose entre la source et la cellule du capteur 31. Lorsque le pointeur 2 pivote dans le sens direct autour de l'axe y, la paroi 34 s'abaisse et s'interpose entre la source et la cellule photoélectrique du capteur 29. Lorsqu'il pivote dans le sens indirect autour de l'axe y, cette paroi s'abaisse pour s'engager entre la source et la cellule du capteur 28. Les capteurs optiques portés par le circuit imprimé 9 qui sont tous représentés sur la figure 4 sont reliés à une unité de contrôle qui est ainsi capable d'identifier à tout moment la position du pointeur autour des axes x et y et z à partir des états de ces capteurs. En ce qui concerne l'enfoncement de la calotte 6, celui-ci est identifié par les capteurs repérés par 16. La position du pointeur 2 en rotation autour de l'axe z est quant à elle déterminée à partir des états des capteurs 26 et 29. Le pointeur 2 est ramené dans sa position de repos par plusieurs systèmes à came et ressort radiaux, repérés par 36 et 37 qui agissent sur la base du pied 4. Ces systèmes qui sont par exemple au nombre de quatre, sont portés par le bâti et régulièrement répartis autour de l'axe z, en étant espacés les uns des autres d'un quart de tour. Ils tendent d'une part à ramener le pointeur parallèle à l'axe z, et d'autre part à cranter les mouvements du pointeur 2 lorsqu'il pivote autour de l'axe z, ce qui en fait une roue cloquante. Chaque système à came et rappel, tels que les systèmes 36 et 37 comprend un ressort ayant une extrémité engagée dans un logement radial du bâti 3 et une autre extrémité portant une came qui est maintenue en appui dans une rigole circulaire 38 réalisée sur la paroi externe de la partie inférieure du pied 4. Cette rigole 38 qui est représentée dans la figure 2 a une section correspondant à la lettre V, lorsque vue dans un plan contenant l'axe z de révolution du pied. Ainsi, l'effort presseur exercé par les cames des systèmes 36 et 37 tend à faire pivoter le pied autour de sa liaison rotule pour que ces cames se positionnent au fond de la rigole à profil en V, ce qui tend par là même à ramener le pied parallèle à l'axe z. En ce qui concerne le retour du pointeur en position haute, celui-ci est assuré directement par les commutateurs électriques 16 qui sont du type bouton poussoir, et sont par là même pourvus d'organes de rappel élastiques tendant à les ramener en position haute. La tige 11 qui est en appui sur ces capteurs tout en étant liée en mouvement au reste du pointeur, en translation selon l'axe z coopère ainsi avec ces commutateurs pour ramener le pointeur en position sortie. Les commutateurs 16 sont par exemple du type microswitch, à contact or-carbone via silicone, et les capteurs optiques peuvent être de tout type connu. La ou les diodes électroluminescentes assurant le rétroéclairage sont par exemple des diodes du type LED. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pointage (1) comprenant un bâti (3) portant un pointeur (2) mobile en rotation autour d'un premier, d'un second et d'un troisième axe (x, y, z) perpendiculaires les uns aux autres, ce pointeur comprenant un pied creux (4) ayant une forme de révolution autour du premier axe (z), ce pied creux (4) étant lié en mouvement au bâti (3) par une liaison rotule, ce pied creux (4) portant une calotte (6) au moins partiellement opaque, ce dispositif comprenant également un circuit imprimé (9) portant différents capteurs optiques (26, 27, 28, 29, 31, 32) liés en mouvement au pied creux (4) pour identifier les mouvements du pointeur (2) autour des trois axes ainsi qu'au moins une diode (17) pour éclairer la calotte (6) à travers le pied creux (4). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la calotte (6) est solidarisée au pied creux (4) par une liaison glissière orientée selon le premier axe (z), et comprenant une tige centrale (11) traversant le pied creux (4) et située en vis-à-vis d'un commutateur (16) pour identifier un enfoncement de la calotte (6) le long du premier axe (z), cette tige (11) étant solidarisée au bâti (3) par une liaison glissière orientée selon le premier axe (z). 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant un guide de lumière (12) en matériau opaque ou transparent, ayant une forme de révolution autour du premier axe (z), entourant la tige (11) tout en étant situé dans le pied creux pour guider la lumière émise par les diodes en direction de la calotte. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (9) porte quatre capteurs optiques (28, 29, 31, 32) situés au droit d'un bord circulaire inférieur (33) du pied creux (4)pour identifier la position en rotation du pointeur (2) autour du second axe (y) et autour du troisième axe (x). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant un palier (18) rigidement solidaire du bâti (3), une coiffe (19) ayant une surface externe en forme de portion de sphère, engagée sur ce palier (18) et liée à celui-ci par une liaison pivot orientée selon le premier axe (z), et dans lequel le pied creux (4) présente une partie ayant une forme de portion de sphère s'engageant sur la coiffe (19) pour assurer la liaison pivot liant le pied au bâti (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la coiffe comprend des doigts radiaux (23, 24) s'engageant dans des cavités correspondantes (21, 22) d'une face interne du pied (4) pour interdire un mouvement relatif de rotation du pied (4) par rapport à la coiffe (19) autour du premier axe (z). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le circuit imprimé (9) porte au moins un capteur optique (26, 27) placé au droit d'un bord circulaire de la coiffe (19) situé en vis-à-vis du circuit imprimé (9), et dans lequel ce bord circulaire porte des volets (18) régulièrement espacés les uns des autres le long de ce bord, le capteur optique (26, 27) étant ainsi alternativement obturé puis non obturé lorsque le pointeur tourne autour du premier axe (z). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un système (36, 37) de rappel incluant un ressort maintenant une came en appui dans le fond d'une rigole circulaire à section en V réalisée à la périphérie du pied (4). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la calotte (6) comprend un capot central (7) entouré par un capot latéral (8), et dans lequel le capot central (7) est lié au capot latéral (8) par une liaison pivot orientée selon le premier axe (z), et dans lequel le capot central (7) est lié à la tige(11) par une liaison rotule qui interdit une rotation relative autour du premier axe (z).