Brevet FR2953037A1 — publié le 20110527

/8 L'invention se rapporte à un clavier mécanique plat 15 doté d'une propriété tactile lui permettant de jouer le rôle d'un touchpad (pavé tactile) en plus de son rôle lié à l'enfoncement de l'une de ses touches. Un tel clavier mécanique doit en premier lieu offrir au doigt une surface plane de façon à ce qu'il puisse y glisser facilement comme il le fait sur un touchpad. Le brevet EP0805465 décrit un tel clavier 10, dont le schéma de base est montré sur la figure 1 et qui comporte deux types de touches : des touches P dites principales sur lesquelles l'utilisateur est invité à effectuer la frappe et des touches S dites secondaires qui comblent les vides laissés par les touches principales P. Ces touches secondaires S ont les propriétés suivantes : 1. elles ont la même hauteur que les touches principales P, 2. Lorsque l'une des touches principales P est entrainée vers le bas par la pression du doigt, elle entraîne elle-même vers le bas les touches secondaires S qui lui sont contiguës, 3. Lorsque la pression du doigt se relâche, elles ramènent vers le haut la touche principale P. La figure 2A montre une coupe verticale de ce clavier 10 lorsqu'aucune pression n'est exercée sur les touches : le clavier offre alors une surface plane au doigt de l'utilisateur. Les touches secondaires sont les seules à recevoir un ressort 11. Les butées 12 bloquent vers le haut les touches principales. La figure 2B montre le même clavier lorsque le doigt de l'utilisateur a exercé une pression suffisante sur la touche principale P : cette touche a été enfoncée jusqu'à ce que le contact électrique soit établi avec le socle du clavier et ses touches secondaires voisines S ont subi le même déplacement. Les autres touches principales P' de ces touches S sont en revanche restées en position haute. Tout se passe donc comme si la surface plane qui a accueilli le doigt au moment de la frappe était beaucoup plus grande que celle de la touche principale P, d'où un confort de frappe accru. La surface plane offerte au repos par ce clavier permet de plus d'y placer une couche C ayant des propriétés tactiles comme le montre la figure 3 et d'utiliser par conséquent le clavier sur un mode « touchpad ». Sauf pour les couches tactiles utilisant une technologie résistive, le déplacement du doigt sur la couche tactile C se fait par simple effleurement : une résistance à l'enfoncement analogue à celle des touches des claviers mécaniques actuels est donc suffisante pour éviter lors de cet effleurement tout enfoncement par inadvertance d'une touche quelconque du clavier. La couche tactile C doit en revanche être découpée en autant d'éléments qu'il y a de touches sur le clavier pour permettre aux dites touches de se déplacer indépendamment les unes des autres. Ces éléments reçoivent sur la figure 3 la référence CP ou la référence CS selon qu'ils sont placés au-dessus d'une touche principale P ou une touche secondaire S. La présente invention décrit dans le cas d'une couche tactile capacitive les modifications qu'il faut apporter tant au clavier mécanique selon le brevet EP0805465 qu'à la couche tactile elle-même pour permettre un bon fonctionnement tactile aussi bien que mécanique du clavier. /8 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 présente un clavier mécanique plat 10 selon le brevet EP0805465, La figure 2A montre une coupe verticale du clavier 10 lorsqu'aucune pression n'est exercée sur les touches ; la figure 2B montre le résultat de l'enfoncement d'une touche principale P par le doigt de l'utilisateur, - La figure 3 montre une coupe verticale du clavier 15 selon la présente invention, La figure 4 montre une coupe verticale d'une couche tactile fondée sur la technologie capacitive, mettant en évidence une électrode X et plusieurs électrodes Y, La figure 5 montre une coupe verticale de cette couche tactile lorsqu'elle placée sur le clavier mécanique 10, montrant les prolongements verticaux XXP et XXS des éléments conducteurs XP et XS l'électrode X qui appartiennent aux touches P et S, La figure 6 montre la même coupe verticale lorsque les éléments conducteurs XXP et XXS sont eux-mêmes prolongés le long des touches P et S, La figure 7 montre une électrode X traversant à la fois la touche secondaire S1 parallèle à l'axe des abscisses et la touche secondaire S2 parallèle à l'axe des ordonnées ainsi que la découpe correspondante de cette électrode X en deux éléments conducteurs XS 1 et XS2, La figure 8 montre l'expansion verticale XXS1 de l'élément conducteur XS1 sur la paroi d'une touche secondaire S1 traversée par une électrode X et l'expansion verticale YYS1 de l'élément conducteur YS1 sur la paroi de la touche secondaire S1, La figure 9A montre une variante de réalisation du clavier 15 selon l'invention dans laquelle les parois des touches principales et secondaires sont légèrement obliques ; la figure 9B montre le résultat de l'enfoncement d'une touche principale d'un tel clavier, La figure 10 montre une variante de réalisation du clavier 15 selon l'invention comportant des touches principales P, des touches secondaires S entrainées vers le bas par les touches principales P et des touches tertiaires T entrainées vers le bas par les touches secondaires S, La figure 11 montre une variante de réalisation du clavier 15 selon l'invention dans laquelle les touches principales P sont dotées d'un ressort comme les touches secondaires S, La figure 12 montre une variante de réalisation du clavier 15 selon l'invention ne comportant pas de touches secondaires extérieures, lesquelles s'entendent comme les touches situées entre une touche principale et la partie extérieure au clavier du terminal d'accueil, - La figure 13 montre une variante de réalisation du clavier 15 selon l'invention comportant des touches tertiaires aussi bien que secondaires, mais ne comportant pas de touches secondaires ni tertiaires extérieures. /8 Dans de nombreuses réalisations actuelles de touchpad faisant appel à la technologie capacitive, la couche tactile C est constituée d'un substrat isolant 20 dans lequel sont incorporés une grille GX d'électrodes X parallèles à l'axe des abscisses et une grille GY d'électrodes Y parallèles à l'axe des ordonnées (voir par exemple le brevet WO/2006/086695). La figure 4 montre une coupe verticale d'une telle couche tactile C, effectuée parallèlement à l'axe des abscisses, coupant en son milieu une électrode X et transversalement plusieurs électrodes Y. Lorsque le doigt de l'utilisateur s'approche de la couche tactile, il crée un déséquilibre de charges sur les électrodes X et Y, lequel est analysé par envoi de signaux successifs et/ou multiplexés par le circuit de contrôle du dispositif. Ce dernier en déduit les coordonnées x et y du doigt sur le touchpad avec une précision largement supérieure à la distance entre électrodes X ou Y voisines. Si cette couche tactile C est placée sur le clavier 10 et par conséquent découpée en autant d'éléments tactiles CP ou CS recouvrant les touches P ou S (figure 5), la continuité électrique de chaque électrode X ou Y n'est plus assurée. En effet, la contiguïté des touches primaires avec leurs voisines secondaires du clavier mécanique ne peut être totale, car il faut ménager un espace 30, si petit soit-il, entre chaque touche secondaire S et ses voisines principales pour que cette touche, lorsqu'elle est entraînée par la frappe de l'une de ses deux voisines principales P, puisse se déplacer sans frottement avec sa voisine principale P' qui reste en position haute. Chaque électrode X se trouve en conséquence segmentée en autant d'éléments conducteurs indépendants XP ou XS que de touches P ou S traversées par elle. Une solution peut être apportée à ce morcellement de l'électrode X en prolongeant chaque élément conducteur XP ou XS le long des parois verticales de l'élément tactile CP ou CS auquel il appartient. Ces prolongements, désignés par XXP ou XXS sur la figure 5, sont donc des conducteurs qui se retrouvent face à face lorsqu'ils sont placés d'un côté et de l'autre de l'espace 30 qui sépare deux éléments tactiles CP et CS contigus. Ils constituent en conséquence une capacité électrique et si l'espace 30 est suffisamment étroit, cette capacité peut être suffisamment grande pour permettre à un signal électrique d'être transmis entre les deux conducteurs voisins XP et XS. Elle n'a en outre, étant verticale, que très peu d'influence sur la capacité horizontale créée entre le doigt et l'électrode X. L'éventuel et très léger déplacement vers le bas de la touche secondaire provoqué par l'effleurement du clavier par le doigt n'entraîne enfin qu'une diminution négligeable de cette capacité. Grâce à ce dispositif appliqué à toutes les électrodes X, la grille GX est à même de transmettre par effet capacitif un bref signal électrique et permet donc au circuit de contrôle de la couche tactile d'identifier l'ordonnée y de la position du doigt sur le clavier. De même la grille GY reste suffisamment conductrice pour permettre au circuit de contrôle d'identifier de l'abscisse x de la position du doigt sur le clavier. Afin d'augmenter les capacités verticales ainsi créées, les conducteurs XXP et YYP peuvent de plus être prolongés vers le bas tout le long des parois en regard l'une de l'autre des touches P et S auxquels ils appartiennent (figure 6). /8 La figure 7 fait apparaître la grille d'électrodes GX par transparence sur le clavier 15 selon l'invention. Certaines de ces électrodes traversent alternativement des touches principales et des touches secondaires. D'autres traversent alternativement des touches secondaires parallèles à l'axe des abscisses et des touches secondaires parallèles à l'axe des ordonnées. Les touches secondaires S1 et S2 de la figure 7 sont ainsi traversées par l'électrode X et sont pour la même raison traversées par une électrode Y non apparente sur la figure 7. La figure 8 montre alors la paroi verticale de la touche secondaire S1 qui est en contact avec la touche S2 : le conducteur XS 1 commun à x et à si y reçoit une expansion verticale XXS 1. De même le conducteur YS 1 commun à Y et à si y reçoit une expansion verticale YYS 1. Grâce à ces deux conducteurs XXS 1 et YYS 1 et aux conducteurs équivalents XXS2 et YYS2 de la touche S2, deux capacités verticales sont là aussi créées à la jonction des touches S1 et S2, lesquelles facilitent la transmission d'un signal au même titre que celles qui sont à la jonction d'une touche principale et d'une touche secondaire. Si les pourtours des touches principales et des touches secondaires sont non pas parfaitement verticaux, mais légèrement obliques comme sur la figure 9A, il n'y a plus de frottements au moment de la frappe entre une touche secondaire S entraînée par sa voisine principale P et sa voisine P' restée en position haute. En effet la paroi de la touche S en contact avec la touche P' s'écarte de celle-ci du fait de son mouvement vers le bas et l'espace 30 entre les touches s'agrandit (figure 9B). La contiguïté entre les touches principales et secondaires voisines peut dans ces conditions être totale lorsqu'aucune pression n'est exercée par le doigt sur l'une des touches du clavier. Il est cependant souhaitable que la surface de contact des conducteurs appartenant aux touches principales et secondaires voisines soit la plus grande possible pour profiter malgré tout d'un effet capacitif et que les conducteurs XP et XS soient en conséquence prolongés là aussi par des conducteurs XXP et XXS le long des parois des touches P et S. L'éventuel et très léger déplacement vers le bas d'une touche secondaire provoqué par l'effleurement du clavier par le doigt est en effet à même d'entrainer une séparation, si minime soit-elle, entre ses parois et celles de ses touches principales voisines. Cette obliquité des parois des touches secondaires ne peut cependant pas être réalisée pour les parois qui sont en contact avec la paroi d'une touche secondaire voisine, car chaque touche secondaire doit pouvoir se déplacer vers le bas indépendamment de ses voisines secondaires. Si donc deux touches secondaires voisines S et S' avaient leurs parois en contact obliques, l'une d'entre elles entraînerait forcément l'autre dans son mouvement vers le bas. Pour éviter cet inconvénient, on peut doter le clavier mécanique 10, selon une variante de réalisation, de touches tertiaires dotées d'un ressort, en plus des touches principales et secondaires (figure 10). Dans cette réalisation, les touches principales entraînent vers le bas leurs touches secondaires voisines, qui ne sont pas dotées de ressorts mais qui entraînent elles-mêmes vers le bas leurs touches tertiaires T voisines. Celles-ci sont dotées de ressorts et ramènent donc les touches secondaires vers le haut lorsque la pression du doigt se relâche, lesquelles touches ramènent elles-mêmes les touches principales vers le haut. Aucune touche secondaire S n'est alors en contact avec une autre /8 touche secondaire et on peut donner une légère inclinaison aussi bien à ses parois en contact avec une touche principale qu'à celles qui sont en contact avec une touche tertiaire. Il n'y a donc plus aucun frottement d'une touche avec des touches voisines au moment de l'enfoncement du doigt sur le clavier. Il est là aussi souhaitable que la surface de contact des conducteurs appartenant à deux touches contiguës soit la plus grande possible. Un autre avantage de cette variante de réalisation est que les électrodes de la couche tactile C traversent alternativement des touches principales et secondaires comme l'électrode X de la figure 10, ou des touches secondaires et tertiaires comme l'électrode X', mais jamais deux touches secondaires voisines comme dans la réalisation précédente. Aucune paroi des touches secondaires (ni tertiaires) n'est en conséquence traversée à la fois par une électrode X et par une électrode Y. Une variante de réalisation du clavier est montrée sur la figure 11. Elle comporte comme le clavier de la figure 1 des touches principales et des touches secondaires, mais les touches principales y sont également dotées d'un ressort de compression 13. Un premier avantage de cette réalisation est que les forces qui s'exercent sur la partie du clavier qui s'enfonce vers le bas au moment de la frappe y sont réparties de façon plus homogène. Un deuxième avantage est qu'il n'y a plus besoin de placer, comme pour le clavier de la figure 2A, des butées 12 sous les touches principales pour les empêcher de se désolidariser de ses voisines secondaires, puisque les ressorts qui leur sont affectés suffisent à cette tâche : la dimension verticale du clavier en est donc diminuée d'autant. Un troisième avantage du placement de ressorts 13 sous les touches principales est de permettre de supprimer les touches secondaires qui bordent extérieurement le clavier et donc de diminuer, à taille égale des touches principales, les dimensions horizontales du clavier. La figure 12 montre le résultat de cette suppression : grâce à leur ressort 13, les touches principales extérieures ne subissent aucun porte-à-faux lors de leur mouvement vers le bas, surtout si ce ressort est placé le plus loin possible des touches secondaires. Il faut bien sûr que l'ensemble des touches entraînées vers le bas au moment de la frappe offre au doigt la même résistance quelle que soit la touche principale frappée et donc que les touches principales de coin PC et les touches principales latérales PL (touches principales extérieures autres que les touches de coin) reçoivent des ressorts dont la raideur est supérieure à celle des touches principales intérieures PI. Si R est la raideur des ressorts des touches secondaires, on pourra par exemple donner la même valeur R à la raideur des ressorts des touches principales intérieures PI, la valeur 2*R à celle des touches latérales PL, et la valeur 3*R aux touches de coin PC. Dans tous les cas la raideur totale de l'ensemble des touches résistant à la pression du doigt au moment de la frappe sera égale à 5*R. Lorsque le clavier mécanique comporte des touches tertiaires, les touches principales peuvent également être dotées d'un ressort de compression 13 qui participe avec les ressorts des touches tertiaires voisines à la résistance offerte au doigt au moment de la frappe. Pour la même raison que précédemment, il est possible de supprimer dans ce cas les touches secondaires et tertiaires qui bordent extérieurement le clavier, à condition de doter d'un ressort 11 les touches secondaires extérieures SE de ce nouveau clavier, /8 les touches secondaires intérieures SI restant dépourvues de ressort (figure 13). Chacune de ces touches secondaires extérieures est alors maintenue vers le haut sans porte-à-faux par son propre ressort et par le ressort de sa voisine tertiaire. Lorsqu'une touche principale latérale PL est frappée, le doigt subit une résistance de la part du ressort 13 situé sous cette touche et des ressorts 11 situés sous ses deux voisines tertiaires et de ses deux voisines secondaires. De même lorsqu'une touche de coin PC est frappée, le doigt subit une résistance de la part du ressort 13 situé sous cette touche, du ressort 11 situé sous son unique voisine tertiaire et des ressorts 11 situés sous ses deux voisines secondaires. Il faut là aussi que l'ensemble des touches entraînées vers le bas au moment de la frappe offrent au doigt la même résistance quelle que soit la touche principale frappée. Pour cela on pourra par exemple, si R est la raideur des ressorts des touches tertiaires, donner la même raideur R aux touches secondaires extérieures et aux touches principales latérales PL, et la raideur 2*R aux touches principales de coin PC. Dans tous les cas la raideur totale de l'ensemble des touches résistant à la pression du doigt au moment de la frappe sera égale à 5*R. Il ne faut pas seulement que la résistance offerte au doigt au moment de la frappe soit la même quelle que soit la touche principale frappée. Il faut aussi que l'ensemble des touches enfoncées par cette frappe revienne d'un seul bloc vers le haut lorsque la pression du doigt cesse de s'exercer sur la touche principale et donc que celle-ci ne se déplace pas plus vite vers le haut que les touches secondaires et/ou tertiaires qui l'entourent. En d'autres termes il faut que la vitesse « naturelle » de retour de la touche principale soit inférieure à la vitesse « naturelle » de retour de ses voisines secondaires ou tertiaires, ce qui est difficile à réaliser si certaines touches principales ont des raideurs double ou triple de leurs voisines. Il est donc souhaitable que toutes les touches principales aient une raideur inférieure ou égale à celle de leurs voisines. Dans le cas où le clavier ne possède que des touches secondaires (figure 12), on pourra par exemple, si R est la raideur des touches secondaires intérieures SI, donner la valeur 0,1 *R à la raideur des touches principales intérieures PI et des touches principales latérales PL, la valeur 1,1*R à la raideur des touches principales de coin PC et la valeur 1,5*R à la raideur des touches secondaires extérieures SE. Toutes les touches principales auront dans ces conditions une raideur inférieure à celles de leur voisines et la raideur totale de l'ensemble des touches résistant à la pression du doigt au moment de la frappe sera égale à 4,1*R. Dans le cas où le clavier a des touches tertiaires (figure 13), il faut à la fois que les touches principales est une raideur inférieure à celle des touches secondaires et que les touches secondaires est une raideur inférieure à celle des touches tertiaires. On devra alors, si R est la raideur des touches tertiaires, donner une valeur nulle (ou négligeable) à la raideur des touches principales intérieures et latérales, et la valeur R à la raideur des touches secondaires extérieures SE et des touches principales de coin PC. La raideur totale de l'ensemble des touches résistant à la pression du doigt au moment de la frappe sera dans ces conditions, quelle que soit la frappe, égale à 4*R. La masse des touches tertiaires inférieures à celle des touches secondaires, ainsi que cette dernière inférieure elle-même à celle des touches principales, assureront ensuite le retour d'un seul bloc de l'ensemble des touches enfoncées.