Brevet FR2964760A1 — publié le 20120316

L'invention consiste en une amélioration du clavier « mécanique plat et tactile » décrit dans la demande de brevet INPI 10 00230. Ce clavier comporte trois types de touche, montrés sur la figure 1 : des touches P dites principales sur lesquelles l'utilisateur est invité à effectuer la frappe, des touches S dites secondaires qui comblent le vide entre deux touches principales voisines et des touches T dites tertiaires qui comblent le vide entre quatre touches secondaires voisines. Les touches tertiaires, secondaires et principales s'emboîtent les unes dans les autres comme montré sur la figure 2. Une touche principale P que le doigt de l'utilisateur entraîne vers le bas entraîne elle-même vers le bas ses touches secondaires S et tertiaires voisines T. Les touches tertiaires sont placées sur des ressorts à flambement qui ramènent vers le haut, lorsque la pression du doigt se relâche sur la touche principale, l'ensemble des touches qui ont été entraînées vers le bas. Les touches principales et secondaires sont fixées sur des ressorts 21 fonctionnant en extension, par exemple en forme de ciseaux (voir figure 3). Ces ressorts assurent la stabilité de leur course verticale et maintiennent le contact avec leurs touches voisines lorsque le clavier est au repos. Les trois types de touche de ce clavier selon la précédente invention sont composés de deux éléments superposés haut et bas comme montré sur la figure 1. Chaque élément haut et bas de chaque touche est traversé par des conducteurs électriques de sorte qu'au repos le clavier apparaît comme incorporant une grille GX d'électrodes X parallèles à l'axe des X et une grille GY d'électrodes Y parallèles à l'axe des Y. Ces grilles sont elles-mêmes reliées à un circuit de contrôle C (non visible sur les figures 1 et 2) qui est à même de détecter par variation de capacité la présence du doigt de l'utilisateur sur ou à proximité de la surface du clavier, lequel est donc à même de jouer un rôle de touchpad capacitif lorsqu'il est au repos. Ce clavier a cependant l'inconvénient suivant : lorsque le doigt se pose dessus puis se déplace sur sa surface, il exerce nécessairement une pression même légère sur la ou les touches où il se trouve et déforme localement, même légèrement, le clavier de sorte que la continuité électrique entre éléments conducteurs de chaque électrode concernée n'est plus parfaitement assurée. La figure 3 montre ainsi une coupe verticale du clavier au repos effectuée selon un plan qui coupe l'une des électrodes X de la grille GX : les touches P', S', P, S"et P" sont rigoureusement contiguës et la continuité électrique de cette électrode est assurée. La figure 4 montre au contraire le clavier lorsqu'une légère pression est exercée par le doigt sur la touche P : celle-ci s'est légèrement enfoncée et a fait légèrement pivoter les touches S' et S" respectivement vers la droite et vers la gauche en déformant légèrement les ressorts 21 sur lesquelles elles sont fixées et la continuité électrique entre S' et P et entre P et S" est rompue. Pour la même raison, quoique moins nettement, la continuité électrique entre les touches P' et S', ainsi qu'entre les touches S" et P", n'est pas assurée non plus. Le clavier selon la précédente invention ne peut donc fonctionner correctement en mode touchpad que si l'on impose à l'utilisateur de n'effleurer que très légèrement sa surface lorsqu'il veut déplacer un pointeur sur l'écran, ce qui est très contraignant, ou si l'on donne une raideur extrême aux touches qui le composent, ce qui n'est pas souhaitable non plus pour autant que cela soit techniquement réalisable. Un des avantages du clavier selon la présente invention est d'éviter cet inconvénient. Un second avantage est comme on le verra que son épaisseur est sensiblement inférieure à /6 celle du clavier selon la précédente invention parce que l'on peut y faire l'économie du circuit imprimé, situé sous les touches, qui établit sur les claviers conventionnels le contact électrique propre à l'enfoncement de chaque touche. 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 montre en perspective la structure des touches principales P, secondaires S et tertiaires T selon la précédente invention, La figure 2 montre en perspective comment s'emboîtent les unes dans les autres les touches principales, secondaires et tertiaires selon la précédente invention, - La figure 3 présente une coupe verticale du clavier selon la précédente invention lorsqu'il est au repos, La figure 4 montre la déformation du clavier selon la précédente invention lorsque le doigt exerce sur une touche principale P une pression suffisamment légère pour ne pas déclencher l'enfoncement de ladite touche P et de ses voisines, La figure 5 présente des coupes verticales des touches tertiaires, principales et secondaires selon la présente invention, - La figure 6 présente une coupe verticale du clavier selon la présente invention lorsqu'il est au repos, - La figure 7 montre la déformation du clavier selon la présente invention lorsque le doigt exerce sur une touche principale P une pression suffisamment légère pour ne pas déclencher l'enfoncement de ladite touche P et de ses voisines, La figure 8 montre la déformation du clavier selon la présente invention lorsque le doigt exerce sur une touche secondaire S une pression suffisamment légère pour ne pas déclencher l'enfoncement de ladite touche S et de ses voisines, La figure 9 présente une vue de dessus d'une réalisation du clavier selon l'invention, La figure 10 présente une vue de dessus d'une autre réalisation du clavier selon l'invention. Pour éviter la rupture du contact électrique entre touches voisines au moment de l'enfoncement léger du clavier par le doigt de l'utilisateur, les touches tertiaires, principales et secondaires du clavier selon la présente invention ont des formes différentes de celles des touches du clavier selon la précédente invention. Ces formes sont mises en évidence sur la figure 5 grâce à des coupes verticales effectuées selon un plan de symétrie de ces touches. La forme d'une touche tertiaire T est celle d'un tronc de pyramide dont les parois sont concaves au lieu d'être planes, la forme d'une touche principale P est celle d'un tronc de pyramide inversé dont les parois ont une forme convexe. Les touches secondaires S ont quant à elles une forme plus complexe puisqu'elles remplissent le vide laissé entre leurs touches principales et tertiaires voisines, ces dernières étant elles mêmes voisines et contiguës par leurs arrêtes. /6 Leur coupe verticale effectuée selon un plan de symétrie traversant leurs deux voisines principales a donc la même forme que celle de la coupe d'une touche tertiaire, alors que leur coupe verticale effectuée selon un plan de symétrie traversant leurs deux voisines tertiaires a la même forme que celle de la coupe d'une touche principale (figure 5). On notera que les formes des parois de touche montrées sur la figure 5 ne concernent pas celles qui constituent la paroi extérieure du clavier, c'est-à-dire la paroi extérieure d'une de ses touches extérieures, qui peut être plane et verticale ou légèrement oblique. La figure 6 montre dans ces conditions une coupe verticale du clavier au repos, passant par une succession de touches principales et secondaires P', S', P, S" et P" et coupant l'une des électrodes X : les touches P', S', P, S"et P" sont rigoureusement contiguës et la continuité électrique de cette électrode est assurée. La figure 7 montre alors le résultat d'une pression légère exercée par le doigt sur la touche P : le léger enfoncement de cette touche P a comme précédemment fait pivoter les touches S' et S" respectivement vers la droite et la gauche, mais celles-ci ont glissé le long de la touche P et sont par conséquent restées en contact avec elles. Les rayons de courbure identiques de la paroi convexe d'une touche principale et concave de sa voisine secondaire permettent ce glissement sur toute la surface commune à ces deux parois. La continuité électrique de l'électrode X a donc été maintenue même si la surface de contact entre deux éléments conducteurs voisins a légèrement diminué. Cette diminution peut bien sûr entraîner une légère modification, par rapport à un simple contact du doigt au même endroit du clavier, des variations de capacité mesurées par le circuit de contrôle C. Cette donnée est bien sûr prise en compte dans le logiciel de ce dernier. On notera que la touche P' voisine de S' a également pivoté (vers la gauche) quoique plus faiblement. En effet cette touche est soumise à une force vers le bas de la part de son ressort 21 et dans le même temps une pression vers le haut de la part des touches tertiaires qui l'entourent, à ceci près que les ressorts des touches tertiaires voisines (non visibles sur la figure 7) de la touche secondaire S' ont été légèrement enfoncées du fait de la pression exercée par le doigt sur la touche principale P. La touche P' a donc légèrement pivoté vers la droite de façon à rester en contact avec les dites touches tertiaires. Les touches S" et P" ont subi de la même façon un déplacement qui a maintenu à leur niveau la continuité électrique de l'électrode X. Bien sûr la figure 7 exagère beaucoup les déplacements des touches P', S', P, S" et P" par rapport à leur position initiale : la déformation locale du clavier par le doigt est dans la réalité à peine visible. La figure 8 montre le résultat d'une faible pression du doigt exercée sur une touche secondaire S : les jeux de forces contraires des ressorts en compression et en extension ont fait là aussi glisser très légèrement les touches voisines les unes sur les autres. Sa touche principale voisine P' par exemple est moins soutenue vers le haut par la touche S et ses voisines tertiaires (invisibles sur la figure) que son autre touche voisine S' et les voisines tertiaires de cette dernière : elle a donc pivoté vers la gauche. En fait la surface de contact entre le doigt et la surface du clavier dépasse largement la largeur d'une touche secondaire et la /6 pression du doigt ne s'exerce pas dans ce cas sur la seule touche S, mais également sur au moins l'une de ses touches principales voisines P' ou P", si bien que la déformation locale du clavier est encore plus minime, toutes choses égales par ailleurs, que sur la figure 7. Lorsqu'une légère pression est exercée sur une touche tertiaire, toutes ses touches principales et secondaires pivotent légèrement, pour les mêmes raisons que précédemment, vers cette touche. Lorsque c'est le doigt de l'utilisateur qui exerce cette pression, ce sont plusieurs des voisines de la touche tertiaire qui subissent cette pression en même temps et la déformation est là aussi très minime. Lorsque la pression du doigt exercée sur une touche principale dépasse un certain seuil, elle s'enfonce brusquement ainsi que ses voisines secondaires et tertiaires jusqu'à atteindre le socle du clavier et la continuité électrique des électrodes qui traversent ces touches est cette fois rompue : le circuit de contrôle C n'est donc plus en mesure d'identifier la position du doigt par la méthode capacitive, ce qui d'ailleurs n'a plus d'intérêt. Il est en revanche aisé de le programmer pour qu'il détecte quelles sont les électrodes des deux grilles GX et GY qui ont été coupées et par conséquent quelle touche a été enfoncée. Le clavier selon l'invention a donc le grand avantage de pouvoir détecter l'enfoncement d'une touche sans qu'il soit besoin de faire appel au circuit imprimé placé sous les touches des claviers actuels et dont le rôle est d'établir un contact électrique propre à chaque touche lorsque celle-ci est enfoncée. Il ne comporte aucun risque de fausse détection d'enfoncement d'une touche puisqu'un doigt simplement posé à sa surface ou glissant sur elle n'entraîne pas la rupture de la continuité électrique des grilles GX ou GY. Quand au contraire la pression a été suffisante pour déclencher l'enfoncement d'une touche principale P, celle-ci se déplace vers le bas de façon irréversible, par flambement, et atteint le socle du clavier au bout d'un temps tO qui est à peu près toujours le même quelle que soit la frappe. En effet c'est ce flambement des ressorts qui jusque-là s'opposaient à la pression du doigt qui détermine principalement la vitesse de ce déplacement et non la pression exercée par le doigt lui-même. Le circuit de contrôle C du clavier selon l'invention laisse en conséquence s'écouler la durée tO après la détection de la rupture de la continuité électrique des électrodes concernées avant d'envoyer le signal d'enfoncement de la touche P à la couche logicielle supérieure du terminal. Il envoie de plus un deuxième signal dès que cette continuité électrique a été rétablie par le retour dans leur position initiale de la touche P et de ses voisines. Le clavier selon l'invention est donc en mesure de détecter comme un clavier actuel non seulement une frappe brève et normale, mais aussi un appui long ou continu. La figure 9 montre dans ces conditions une vue de dessus d'une réalisation sans circuit imprimé du clavier selon l'invention. Les touches tertiaires y sont dotées d'un ressort à flambement 20 qui contrairement à ceux des claviers actuels n'établit aucun contact électrique lorsqu'il est en position basse. Les touches principales et secondaires sont fixées sur un ressort travaillant en extension 21, par exemple un ressort en forme de ciseaux. Un piston 22 est fixé sous chaque touche principale P qui frappe en fin de course le socle du clavier : il faut en effet que le clavier apporte au doigt la même sensation de retour de /6 force que les claviers actuels. Il faut par ailleurs que les électrodes X et Y soient en permanence reliées électriquement au circuit de contrôle C. Pour cela chacune de leurs extrémités se prolonge par un ressort vertical conducteur 23, l'autre extrémité de ce ressort étant fixée sur le socle de clavier et en continuité électrique avec un conducteur qui ramène le courant vers le circuit de contrôle. Les ressorts 23 travaillent en compression lorsqu'ils sont enfoncés par la touche principale ou secondaire extérieure à laquelle ils sont attachés, afin de permettre aux touches principales extérieures du clavier d'offrir à la pression du doigt une résistance équilibrée et de même intensité que celle qui est offerte aux touches principales intérieures. Si comme sur la figure 9 chaque touche principale est traversée par trois électrodes Y (invisibles sur cette figure), chaque touche principale latérale haute ou basse PY reçoit trois ressorts 23. On voit de même sur la figure 9 que les touches principales sont traversées par deux électrodes X puisque les touches principales latérales gauche et droite PX reçoivent deux ressorts 23, et que les touches secondaires sont traversées par une seule électrode X ou Y puisque les touches secondaires latérales ne comportent qu'un ressort 23. L'épaisseur d'un tel clavier est semblable, à course égale des touches, à celle d'un clavier actuel. En effet, si les touches (plus précisément les capuchons de touche) doivent y avoir une épaisseur supérieure à celles des touches des claviers actuels afin de recevoir les deux grilles d'électrodes GX et GY, le circuit imprimé des claviers actuels n'existe plus et la hauteur totale des ressorts à flambement 21 situés sous les touches tertiaires s'y trouve diminuée parce qu'ils ne sont plus dotés d'un mécanisme établissant en fin de course un contact physique et électrique avec ledit circuit imprimé. Si l'on place, ce qui est souhaitable, le circuit de contrôle et les conducteurs qui l'alimentent sous l'espace ou évoluent les ressorts, l'épaisseur totale de ce « clavier touchpad » selon l'invention n'en est pas moins à peine supérieure, toutes choses égales par ailleurs, à celle d'un clavier actuel. La figure 10 montre une variante de réalisation du clavier selon la figure 9. Les ressorts extérieurs y sont soit des ressorts à flambement 24, soit des ressorts 25 à raideur nulle ou négligeable. Les premiers sont placés sous les touches secondaires latérales et sous les touches principales « de coin » à raison d'un par touche. De même raideur que les ressorts des touches tertiaires, ils permettent à eux seuls d'offrir aux touches principales extérieures une résistance identique à celles que subissent les touches principales intérieures. Les ressorts 25 ont quant à eux pour unique rôle de relier électriquement les électrodes X et Y au circuit de contrôle C du clavier. Cette réalisation a aussi l'avantage, lorsque le doigt exerce une pression légère sur les touches extérieures du clavier, d'entrainer la même et minime déformation locale du clavier que lorsque cette pression s'exerce sur les touches intérieures.