EP0193556A1 - Clavier optique - Google Patents

Clavier optique

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Publication number
EP0193556A1
EP0193556A1 EP19850904263 EP85904263A EP0193556A1 EP 0193556 A1 EP0193556 A1 EP 0193556A1 EP 19850904263 EP19850904263 EP 19850904263 EP 85904263 A EP85904263 A EP 85904263A EP 0193556 A1 EP0193556 A1 EP 0193556A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
keys
keyboard
optical
key
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19850904263
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Souloumiac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0193556A1 publication Critical patent/EP0193556A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/968—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices
    • H03K17/969—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices having a plurality of control members, e.g. keyboard

Definitions

  • This patent relates to an optical keyboard characterized in that it comprises in particular keys taken into account by specific light means so that their ' simultaneous pressing with other keys can be identified without error.
  • the term "light” will be used here to designate not only the visible spectrum but also the radiant energy emitted in the non-visible spectrum. This light can be ambient light, light from infrared diodes, lasers, or any other light source.
  • the term "main light path” will designate, unless otherwise specified, all the means making it possible to conduct light through the keyboard from a source to a detector: focusing of a beam in any medium, empty optical channel whose walls can be reflective, duct formed of a transparent material.
  • "Optical fiber” is considered here as a particular category of optical conduits. The light path can take deviations in various successive directions using optical paths or. has reflecting devices such as mirrors, polished or chromed metals, prisms or any other device of this kind. These particular directions separating the main light ray into several secondary rays will be called “individual optical paths”.
  • By “combination key” we mean the keys which can be pressed simultaneously with other keys without interfering with the precise identification of any of them.
  • - Modularity the same light source, the same photodetector, which can participate in the identification of several different keys, the use of this technology allows the production of modular supports likely to be configured to meet specific requirements depending on customers.
  • - Ergonomics optical technology makes it much easier to adopt keyboard settings accessible to the user, in particular concerning the stroke of the keys and their sensitivity;
  • - Ecology traditional keyboards generally emit radio waves and the action of their contacts can generate sparks; the absence of this pollution deserves to be exploited in certain specific applications; thanks to optical links with electronic centers, it is possible to eliminate all electronics in the immediate vicinity of the keyboard.
  • An object of the present invention is the production of an optical keyboard for an office machine, a machine tool or a musical synthesizer for example; can detect several keys pressed simultaneously. This need is obvious for musical synthesizers.
  • Another object of the present invention is the production of an optical keyboard which comprises a support capable of receiving key configurations adopting various layout topologies.
  • the preferred embodiments of the present invention describe different embodiments of a keyboard, economical optics allowing the detection of several keys pressed simultaneously, while developing the modularity, ergonomics and ecology of such a keyboard.
  • the description below does not concern the electronic card and the software for processing the electrical signals sent to it by the keyboard.
  • This part * of the keyboard is well known. It is known in particular to give the signals coming from the photodetectors a frank and precise character in particular by using hystereses or optical codes in series.
  • the present invention relates to an optical keyboard comprising: a plurality of light sources, each source being arranged to send light in a given path traversing the keyboard; a plurality of photodetectors, each photodetector being arranged to receive light from a light path traversing the keyboard; and a plurality of keys each having a coupling position in which an optical coupling is ensured between at least one of said light sources and at least one of said photodetectors, and a non-coupling position in which said coupling is not insured; at least some of said sources and said photodetectors being arranged to each participate in the identification of several keys.
  • the optical keyboard of the present invention is characterized in that at least some of these keys are keys that n 1 combinantes action upon the optical paths of input and output of light to them clean and exclusive, the position of these combination keys being detected reliably regardless of the position of the other keys, combination or not, of the keyboard.
  • FIG. 1 shows an exploded and perspective view of an embodiment of a first optical keyboard
  • FIG. 2 shows a partial perspective view of an embodiment of a second optical keyboard
  • FIG. 3 shows a partial perspective view and partially exploded of an embodiment of a third optical keyboard
  • FIG. 4 shows a side view of an embodiment of a fourth optical keyboard
  • FIG. 5 shows schematically a partial view of an embodiment of a fifth optical keyboard
  • FIG. 6 is a schematic view of an embodiment of a sixth optical keyboard
  • - Figure 7 is a side view of a detail of a variant of the keyboard of Figure 6;
  • FIG. 8 is a schematic view of an embodiment of a seventh optical keyboard
  • Figure 9 is a logic diagram applicable to the keyboard of Figure 8.
  • FIGS. 10 and 11 are respectively a vertical section and a horizontal section through a first variant key for the keyboard of Figure 8;
  • FIG. 12 is a vertical section of a second variant of the key for the keyboard of FIG. 8.
  • the keyboard is formed by a rectangular hollow support 10. Keys 13 are arranged to penetrate more or less deeply into the hollow zone of this support where light beams intended to identify circulate. the keys pressed.
  • two arrays 11 of light sources are fixed on two side walls of the support 10, and two strips 12 of photodetectors are fixed on the two sides facing the walls carrying the sources.
  • the interval separating the optical components can be equal to the size of the cap of a key (13) except for certain keys which are combination keys (capital keys, for example) which have one or more specific row beams (14) or column, which may possibly be located on a plane higher than the other beams so that the depression of such a combination key does not disturb the other signals.
  • the bottom of the support can be lined with an elastic cushion intended to absorb the impact of the keys at the end of the stroke.
  • the light sources are preferably supplied by pulses so as to extend their lifespan and to increase the point power of the beams which they deliver. They are successively lit in an order such that no photodetector 15. cannot confuse the light of its row or column with that of a neighboring source when a key is pressed. The risks of mutual interference are also reduced if the bars 11, 12 are replaced by mixed bars (not shown), each having a series of optical components alternating the light sources with the detectors. Alternatively, it is possible to provide , either a grid of walls insulating each of the channels / or from the outset an installation of conduits or optical channels in the support as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the stem of the keys can end in the form of a golf cane 16 which comes to interrupt, when pressed, a column light path and a row light path even if these are off the axis of the stem.
  • optical conduits FIG. 2
  • the shank of the fingerboard is equipped with a thin blade or two thin opaque blades profiled in T 17 which, to interrupt the light when the key is pressed, requires in the conduits only a thin cut 18 not causing excessive light leakage.
  • optical channels FIG.
  • the light source and the photodetector will be on the same side of the row and of the column, in which case the key rod will be equipped with a reflecting device returning the light to the corresponding photodetector when the key is pressed.
  • an optical detection support 20 provides a series of parallel light paths formed by conduits, by channels 21, or resulting from a scanning without materialization of conduits, in row or in column .
  • Each combination key is assigned an individual light path 22 among the paths of a series. This individual path is specific in that no other key apart from the combination key can close it, and, conversely, the combination key does not act on any of the paths intended for the identification of the other keys.
  • an individual optical path 27 can also be used to generate a "ready" signal indicating that a key is actually pressed and that the combination of the free and closed paths has a parallel code correctly identifying the key pressed. As shown in FIG.
  • this organization of the light paths offers great flexibility in determining the location of the keys.
  • a hole can be made to implant the stem of a key.
  • the latter 24 is pierced with orifices 23 in order to allow the light to circulate in the rest position.
  • the closing of certain orifices 23 forms a code specific to the key, thus enabling the photodetectors to identify it. It appears desirable to provide an upward offset of one of these closed orifices 27 so as to create the "ready" signal described above.
  • Reflective devices can also be substituted for the closed orifices in order to organize a detection by reflection.
  • the flexibility of setting up the keys can be further increased by arranging additional light paths 26 between two rows making it possible to have several intermediate rows.
  • FIG. 4 defines a detection in parallel.
  • a serial code bar code for example
  • parallel codes organize the detection of serial codes on the same row.
  • the keys emit a serial identification code on a single optical row.
  • This keyboard can be built by transposing the mechanical principles of old typewriters.
  • the keys 31 mounted on a lever 32 s * hinging around a central axis 38 are held in the rest position by means of a counterweight 33 or a spring bringing them back to a stop 34.
  • a device identification optic 35 which crosses one or more light paths 36 and causes the emission of an identification code by interruption or by reflection which is detected by one or more photodetectors.
  • One or more light paths individual 37 can also be arranged to allow the establishment of so-called "combining" keys.
  • the identification device 35 can be in the form of a window marked with a bar code identifying the corresponding key. When crossing a light path, this code is emitted as a series of pulses detectable by conventional means as is commonly seen at supermarket checkouts.
  • This identification device could also be of the parallel type (FIG. 4) or of the analog type (variety of colors or gray for example).
  • the embodiments described so far only allow restricted combinations either of keys which can be combined with any other key on the keyboard, or (in the case of FIG. 5 for example) because the keyboard allows a certain degree " of key combination in that, once it is fully depressed, a key no longer interferes with the detection of the passage of other keys from the rest position to the depressed position.
  • a matrix system makes it possible to identify any combination of keys pressed simultaneously.
  • a key is pressed reflecting means 43, only partially obstructing the circulation of light in the columns and in the rows, located at its base return the light collected on a column 41 to the photodetector of a row 42.
  • the columns are identified by their time position in a scanning sequence of the light sources, the rows are identified by their own photodetectors, and each key is identified by its column and row coordinates.
  • each light path (column and rows or row and columns) encloses, in fact, several separate individual optical paths therefore each is exclusively specific to the key which crosses the path.
  • the mirrors in the lower row will be able to return the light to photodetectors located on the right of the optical support and the mirrors in the next row 44 will return it to the left and so on.
  • the upper mirrors will be able to recover part of the remaining light.
  • the mirrors 45 of the highest row can be given a larger dimension. It is also possible to play, as for the rows, on the angle of the optical column paths.
  • distributor conduits 46 Such a conduit has a main facet 47 facing an optoelectronic component 48 and several facets secondary 49 facing the reflecting means specific to each key.
  • the conduit .distributor 46 has a shape such that the light passing through the main facet 47 and is adequately distributed between the secondary facets 49.
  • said optoelectronic component can be either a light source or a photodetector.
  • Each distributor conduit comprises a set of optical conduits. All are joined by one of their ends facing an optoelectronic component, the other end of each of these conduits facing a button which is specific to it.
  • the light path of each optical component therefore comprises all of the conduits with which the component is coupled, while each of these conduits constitutes an individual optical path specific to a particular key.
  • the resulting optical paths associate each light source 51 with several photodetectors 52 by forming several independent paths each of which is specific to a key 53.
  • the light sources are subjected to periodic scanning and are identified by the time of their ignition in the sweep period. With three light sources and three photodetectors can identify up to nine different keys.
  • the button 2B has an individual optical path 59 which is specific to it. In the example in FIG. 8, pressing the button 2B interrupts or lets light pass through this individual optical path.
  • the key is identified by photodetector B and * when the light source 2 is switched on.
  • each key 53 has at least two positions in one of which the light is coupled between its optical path of arrival 54 towards its optical path of departure 55, and in the other of which the light is not coupled. It is also possible to construct keyboards with three key positions, for example two extreme positions (rest, pressed) which are identical and an intermediate position (of short duration) between said extreme positions.
  • the optical keyboards also facilitate the measurement of the key press speed either through the light variation, or by positioning the light paths on two different levels, or by constructing the rods of the keys so that they emit several signals on the optical paths during a sinking cycle, in order to enrich the messages transmitted by the user. This applies to all the embodiments described by this patent.
  • the reflecting device can be the user's finger, in which case the key is only a place intended to receive it.
  • the reflecting device can be a reflecting surface actuated by a mechanical device. The reflection is carried out near the button of the optical path of arrival to the optical path of departure.
  • These two conduits can be joined into a third conduit by an optical connector on the market.
  • the key leaving the rest position sends a first signal, then the mask ⁇ 8 interrupts this signal which reappears again when pressed.
  • the time separating these two signals can be measured by the electronic system which can deduce the speed at which the key is pressed and the strike force of the user.
  • the third signal emitted by the key which returns to the rest position can be used for verification functions.
  • FIG. 12 shows a key 53 having a shutter 56 which in the depressed position interrupts the coupling between the optical paths 54 and 55.
  • the device cutting the light can be designed in various ways.
  • the example shown in Figure 12 is that of a very thin opaque screen. It is also possible to provide a blade pierced with one or more holes the size of the optical conduit whose reflective edges participate in the conduction of light.
  • the individual optical paths are normally materialized in the form of flexible conduits, possibly sheathed (FIG 8), optical fibers for example. Having an appropriate length, they can be connected to keys fixed on a separate plate in an arrangement which can vary according to the needs of the customers.
  • the conduits can also be embedded in a support, preferably optically insulating, which is then drilled and cut to receive the keys, their rods and their springs.
  • the contact or reflection mechanisms can be enclosed in a sealed assembly using an elastic membrane or magnetic devices.

Landscapes

  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Input From Keyboards Or The Like (AREA)

Abstract

Clavier optique comportant notamment: une pluralité de sources lumineuses (51), chaque source étant disposée pour envoyer la lumière sur un trajet donné parcourant le clavier; une pluralité de photodétecteurs (52), chaque photodétecteur étant disposé pour recevoir de la lumière d'un trajet lumineux parcourant le clavier; et une pluralité de touches (53) ayant chacune une position de couplage dans laquelle un couplage optique est assuré entre au moins une desdites sources lumineuses et au moins un desdits photodétecteurs. Ce clavier est caractérisé en ce qu'au moins certaines de ces touches sont des touches combinantes qui n'interviennent que sur des chemins optiques (54, 55) d'entrée et de sortie de la lumière qui leur sont propres et exclusifs, la position de ces touches combinantes étant détectée quelle que soit la position des autres touches, combinantes ou non, du clavier.

Description

CLAVIER OPTIQUE
Le présent brevet concerne un clavier optique caractérisé en ce qu'il comprend notamment des touches prises en compte par des moyens lumineux spécifiques afin que leur ' enfoncement simultané avec d'autres touches puisse être identifié sans erreur.
Pour la simplicité de la description, le terme "lumière" sera ici utilisé pour désigner non seulement le spectre visible mais aussi l'énergie radiante émise dans le spectre non visible. Cette lumière peut être la lumière ambiante, la lumière provenant de diodes infrarouges, de lasers, ou de toutes autres sources lumineuses. Le terme "trajet lumineux principal" désignera, sauf autres précisions, tous les moyens permettant de conduire la lumière à travers le clavier d'une source vers un détecteur: focalisation d'un faisceau dans un milieu quelconque, canal optique vide dont les parois peuvent être réfléchissantes, conduit formé d'une matière transparente. La "fibre optique" est ici considérée comme une catégorie particulière de conduits optiques. Le trajet lumineux peut emprunter des déviations dans diverses directions successives grâce à des conduits optiques ou . a des dispositifs réfléchissants tels les miroirs, les métaux polis ou chromés, les prismes ou tout autre dispositif de ce genre. Ces directions particulières séparant le rayon lumineux principal en plusieurs rayons secondaires seront appelées "chemins optiques individuels". Par "touche combinante" on désignera les touches qui peuvent être enfoncées simultanément avec d'autres touches sans gêner l'identification précise d'aucune d'elles.
Il existe un certain nombre de propositions visant à remplacer les claviers mécaniques ou électriques par des claviers optiques. Elles définissent le plus souvent une matrice de trajets lumineux arrangés de sorte à permettre aux tiges des touches de les couper sélectivement en leurs divers points de croisement. Des sources de lumière envoient des faisceaux lumineux sur sur des trajets correspondants aux-dites sources vers des photodétecteurs qui en détectent la présence ou l'absence. Ainsi, le brevet américain US-A-3.056.030, publié le 25 septembre 1962, définit une machine à écrire dont les touches lorsqu' elles sont enfoncées obturent la lumière qui circule au croisement de deux jeux de trajets lumineux. Toutes les touches actionnées peuvent être identifiées en déterminant quels sont les trajet lumineux de rangée et de colonne qui sont interrompus.
D'autres, en particulier le brevet GB-B-1.407.406, publié le 24 septembre 1975, proposent de remplacer les obturateurs par des miroirs qui effectuent une déviation de la lumière d'un trajet lumineux disposé en rangée vers un autre trajet lumineux disposé en colonne (ou vice versa) . Ce système permet notamment de réduire le nombre des composants optiques utilisés.
Le recours à la technologie optique, en particulier lorsque les claviers sont utilisés avec des systèmes électroniques, offre de sérieux avantages:
- La pobustesse: de par leurs contacts électromécaniques les claviers traditionnels sont fragiles; la technologie optique permet d'atteindre une durée de vie et une fiabilité très supérieures ainsi que des performances exceptionnelles en milieu hostile.
- La vitesse de transmission: l'absence de rebonds, inévitables lorsqu'on utilise des contacts électriques, rend superflu le traitement de ce phénomène par logiciel et permet d'accélérer très sensiblement la vitesse de l'interface clavier.
- La modularité: une même source lumineuse, un même photodétecteur, pouvant participer à l'identification de plusieurs touches différentes, l'emploi de cette technologie permet la fabrication de supports modulaires suceptibles d'être configurés pour répondre à des dispositions particulières en fonction de la clientèle. - L'ergonomie: la technologie optique rend beaucoup plus facile l'adoption de réglages du clavier accessibles à l'utilisateur concernant en particulier la course des touches et leur sensibilité; - L'écologie: les claviers traditionnels émettent généralement des ondes radioélectriques et l'action de leurs contacts peut générer des étincelles; l'absence de ces pollutions mérite d'être exploitée dans certaines applications particulières; grâce à des liaisons optiques avec les centres électroniques, il est possible d'éliminer toute électronique du voisinage immédiat du clavier.
Tous ces avantages n'ont pas été développés par les brevets précités, mais surtout l'emploi économique de la technologie optique dans les claviers se heurtait jusqu'à présent à une difficulté grave. En effet, dans les systèmes décrits plus haut une touche enfoncée bloque l'accès aux - photodétecteurs de toutes les touches situées en amont sur le même trajet et l'accès à la lumière de toutes les touches situées en aval. En conséquence, de tels claviers sont incapables d'assurer une,détection fiable de certaines combinaisons de touches enfoncées simultanément. Dans le clavier américain décrit dans US-A-3.056.030, des erreurs sont possibles, le système étant amené à considérer comme enfoncées des touches qui ne le sont pas (ou inversement selon le logiciel) . Dans l'hypothèse du miroir, selon GB-B-1.407.406, seule la touche la plus rapprochée du photodétecteur peut être prise en compte.
Un objet de la présente invention est la réalisation d'un clavier optique d'une machine de bureau, d'une machine- outil ou d'un sythetiseur musical par exemple; pouvant détecter plusieurs touches enfoncées simultanément. Ce besoin est manifeste pour les synthétiseurs musicaux. Pour les machines électroniques il tient à deux raisons. La première est que plusieurs caractères ou plusieurs commandes sont obtenus par le jeu combiné de deux touches ou davantage. C'est notamment le cas des caractères majuscules. C'est aussi le cas des fonctions de commande obtenues par la combinaison de la touche contrôle avec un caractère. La seconde est que beaucoup d'opérateurs frappent à une vitesse telle que lorsqu'ils appuient sur une touche, d'autres demeurent encore enfoncées. Un autre objet de la présente invention est la réalisation d'un.clavier optique qui comprend un support pouvant recevoir des configurations de touches adoptant diverses topologies d'implantation.
Lés réalisations préférées de la présente invention décrivent différents modes de réalisation d'un clavier, optique économique autorisant la détection de plusieurs touches enfoncées simultanément, tout en développant la modularité, l'ergonomie et l'écologie d'un tel clavier. La description ci- dessous ne s'intéresse pas à la carte électronique et au logiciel de traitement des signaux électriques qui lui sont envoyés par le clavier. Cette partie*du clavier est bien connue. On sait en particulier donner aux signaux en provenance des photodétecteurs un caractère franc et précis notamment en recourant à des hystérèses ou à des codes optiques en série. La présente invention concerne un clavier optique comportant: une pluralité de sources lumineuses, chaque source étant disposée pour envoyer la lumière dans un trajet donné parcourant le clavier; une pluralité de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant disposé pour recevoir de la lumière d'un trajet lumineux parcourant le clavier; et une pluralité de touches ayant chacune une position de couplage dans laquelle un couplage optique est assuré entre au moins une des dites sources lumineuses et au moins un des dits photodétecteurs, et une position de non-couplage dans laquelle ce dit couplage n'est pas assuré; au moins certains des dites sources et des dits photodétecteurs étant disposés pour participer chacun à l'identification de plusieurs touches.
Le clavier optique de la présente invention est caractérisé en ce qu'au moins certaines de ces touches sont des touches combinantes qui n1 interviennent que sur des chemins optiques d'entrée et de sortie de la lumière qui leur sont propres et exclusifs, la position de ces touches combinantes étant détectée de manière fiable quelle que soit la position des autres touches, combinantes ou non, du clavier.
Plusieurs modes de réalisations de l' invention sont décrites, à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels:
- la figure 1 représente une vue éclatée et en perspective d'un mode de réalisation d'un premier clavier optique;
- la figure 2 représente une vue partielle en perspective d'un mode de réalisation d'un deuxième clavier optique;
- la figure 3 représente une vue partielle en perspective et partiellement éclatée d'un mode de réalisation d'un troisième clavier optique;
- la figure 4 représente une vue latérale d'un mode de réalisation d'un quatrième clavier optique;
- la figure 5 représente schématiquement une vue partielle d'un mode dé réalisation d'un cinquième clavier optique;
- la'figure 6 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un sixième clavier optique; - la figure 7 est une vue latérale d'un détail d'une variante du clavier de la figure 6;
- la figure 8 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un septième clavier optique;
- la figure 9 est un schéma logique applicable au clavier de la figure 8;
- les figures 10 et 11 sont respectivement une section verticale et une section horizontale à travers une première variante de touche pour le clavier de la figure 8;
- la figure 12 est une section verticale d'une deuxième variante de touche pour le clavier de la figure 8.
Selon un premier mode de réalisation (FIG. 1) , le clavier est formé d'un support creux rectangulaire 10. Des touches 13 sont agencées pour pénétrer pius ou moins profondément dans la zone creuse de ce support où circulent des faisceaux lumineux destinés à identifier les touches enfoncées. A cet effet, deux barrettes 11 de sources lumineuses (dont une seule est représentée sur la figure) sont fixées sur deux parois latérales du support 10, et deux barrettes 12 de photodétecteurs sont fixées sur les deux cotés faisant face aux parois portant les sources. L'intervalle séparant les composants optiques peut être égal à la taille du cabochon d'une touche (13) sauf pour certaines touches qui sont des touches combinantes (les touches majuscules, par exemple) qui disposent d'un ou plusieurs faisceaux spécifiques de rangée (14) ou de colonne, qui peuvent être éventuellement situés sur un plan supérieur aux autres faisceaux de sorte à ce que l'enfoncement d'une telle touche combinante ne vienne pas perturber les autres signaux. Le fond du support peut être garni d'un coussin élastique destiné à amortir le choc des touches en fin de course.
Les sources lumineuses sont de préférence alimentées par impulsions de sorte à prolonger leur durée de vie et à augmenter la puissance ponctuelle des faisceaux qu'elles délivrent. Elles sont allumées successivement selon un ordre tel qu'aucun photodétecteur 15.ne puissent confondre la..lumière de sa rangée ou de sa colonne avec celle d'une source voisine quand une touche est enfoncée. Les risques d'interférences mutuelles sont également réduits si les barrettes 11, 12 sont remplacées par des barrettes mixtes (non représentées) , ayant chacune une suite de composants optiques alternant les sources lumineuses avec les détecteurs. Alternativement, il est possible de prévoir,, soit un quadrillage de parois isolant chacun des canaux/soit dès l'origine une implantation de conduits ou de canaux optiques dans le support comme représenté sur les figures 2 et 3.
La tige des touches peut se terminer sous la forme d'une canne de golf 16 qui vient interrompre, lorsqu'elle est enfoncée, un trajet lumineux de colonne et un trajet lumineux de rangée même si ceux-ci se trouvent hors de l'axe de la tige. Dans le cas de conduits optiques (FIG. 2), c'est à dire quand le trajet lumineux est un conduit plein ou vide, on recourt à d'autres modes d'interruption. Par exemple, la tige de la touche est équipée d'une fine lame ou de deux fines lames opaques profilées en T 17 qui, pour interrompre la lumière lorsque la touche est enfoncée, n'exige dans les conduits qu'une mince coupure 18 n'entraînant pas de fuites de lumière excessives. Dans le cas de canaux optiques (FIG. 3), c'est à dire quand le trajet lumineux prend la forme d'un conduit creux, on prévoit dans la tige une zone transparente 19 pour laisser circuler la lumière en position repos et une zone opaque pour l'interrompre lorsqu'elle est enfoncée. Dans les deux derniers cas, la liberté d'emplacement des touches peut être assurée par le fait que les conduits ou canaux sont disposés à un pas inférieur à la largeur de la tige, ce qui garantit, quel que soit l'emplacement retenu pour- percer l'orifice de la tige dans le support, que l'action d'une touche sera détectée dans au moins une colonne et au moins une rangée. Ainsi, à partir d'un même support optique il est possible de construire plusieurs claviers différents. Dans tous les cas décrits précédemment et dans la plupart des descriptions, qui vont suivre, il est possible de prévoir que la source lumineuse et le photodétecteur se trouveront du même coté de la rangée et de la colonne, auquel cas la tige de la touche sera équipée d'un dispositif réfléchissant renvoyant la lumière vers le photodétecteur correspondant lorsque la touche est enfoncée.
Selon un second mode de réalisation (FIG 4) , un support de détection optique 20 fournit une série de trajets lumineux parallèles formés de conduits,, de canaux 21, ou résultant d'un balayage sans matérialisation de conduits, en rangée, ou en colonne. Chaque touche combinante se voit affecter parmi les trajets d'une série un chemin lumineux individuel 22. Ce trajet individuel est spécifique en ce qu'aucune autre touche mise à part la touche combinante ne peut l'obturer, et, réciproquement, la touche combinante n'agit sur aucun des trajets destinés à l'identification des autres touches. Dans chaque rangée ou colonne un trajet optique individuel 27 peut être également utilisé pour générer un signal "prêt" indiquant qu'une touche est effectivement enfoncée et que la combinaison des trajets libres et obturés présente un code parallèle identifiant correctement la touche enfoncée. Comme le montre la figure 4, cette organisation des trajets lumineux offre une très grande souplesse pour déterminer l'emplacement des touches. En n'importe quel point d'une rangée du support, un trou peut être pratiqué pour implanter la tige d'une touche. Celle-ci 24 est percée d'orifices 23 afin de laisser circuler .la lumière en position repos. Lorsque la touche 25 est enfoncée, l'obturation de certains orifices 23 forme un code propre à la touche permettant ainsi aux photodétecteurs de l'identifier. Il apparaît souhaitable de prévoir un décalage vers le haut d'un de ces orifices obturés 27 de sorte à créer le signal "prêt" décrit plus haut.
Des dispositifs réfléchissants peuvent également être substitués aux orifices obturés afin d'organiser une détection par réflexion. La souplesse d' implantation des touches peut encore être accrue en aménageant des trajets lumineux supplémentaires 26 entre deux rangées permettant de disposer de plusieurs rangées intermédiaires.
La réalisation de la figure 4 définit une détection en parallèle. En matérialisant un code série (code à barres par exemple) sur chacune des tiges de touches, il est également possible suivant un schéma similaire d'organiser une détection par codes séries. On peut, comme pour les codes parallèles, organiser la détection des codes séries sur une même rangée. Selon un troisième mode de réalisation (FIG 5) , les touches émettent un code d'identification série sur une seule rangée optique. Ce clavier peut être construit en transposant les principes mécaniques des anciennes machines à écrire. Les touches 31 montées sur un levier 32 s*articulant autour d'un axe central 38 sont maintenues en position repos grâce à un contrepoids 33 ou un ressort ramenant celles-ci vers une butée 34. Lorsqu'elles sont enfoncées, elles actionnent un dispositif optique d' identification 35 qui traverse un ou plusieurs trajets lumineux 36 et provoque l'émission d'un code d'identification par interruption ou par réflexion qui est détecté par un ou plusieurs photodétecteurs. Un ou plusieurs chemins lumineux individuels 37 peuvent également être aménagés pour permettre l'implantation de touches dites "combinantes".
Le dispositif d' identification 35 peut être en forme de fenêtre marquée d'un code barres identifiant la touche correspondante. En traversant un trajet lumineux ce code est émis comme une série d'impulsions détectables par des moyens classiques comme on en voit couramment aux caisses des supermarchés. Ce dispositif d'identification pourrait être également du type parallèle (FIG. 4) ou du type analogique (variété de couleurs ou de gris par exemple) . Les réalisations décrites jusqu'ici n'autorisent que des combinaisons restreintes soit de touches combinantes avec n'importe quelle autre touche du clavier, soit (cas de la figure 5 par exemple) parce que le clavier permet un certain degré "de combinaison des touches en ce que, une fois qu'elle est complètement enfoncée, une ,touche n'interfère plus avec la détection du passage d'autres touches de la position repos à la position enfoncée.
Selon un quatrième mode de réalisation (FIG. 6) , un système matriciel rend possible l'identification de n'importe quelle combinaison de touches enfoncées simultanément. Dans cet exemple, il n'y a plus qu'une source lumineuse par colonne 41 et un seul photodétecteur par rangée 42. Lorsqu'une touche est enfoncée des moyens réfléchissants 43, n'obturant que partiellement la circulation de la lumière dans les colonnes et dans les rangées, situés à sa base renvoient la lumière captée sur une colonne 41 vers le photodétecteur d'une rangée 42. Les colonnes sont identifiées par leur position temporelle dans une séquence de balayage des sources lumineuses, les rangées sont identifiées par leurs propres photodétecteurs, et chaque touche est identifiée par ses coordonnées de colonne et de rangée. Dans cette réalisation, chaque trajet lumineux (colonne et rangées ou rangée et colonnes) enferme, en effet, plusieurs chemins optiques individuels distincts donc chacun est exclusivement propre à la touche qui croise le trajet.
Pour permettre la détection de touches enfoncées simultanément sur une même rangée, c'est à dire pour éviter une interférence excessive entre les touches qui partagent une même source ou un même photodétecteur, on peut soit adopter des miroirs semi-réfléchissants, d'une intensité variant éventuel¬ lement avec la proximité de la source ou du détecteur, soit opter pour une disposition faisant que les touches les plus proches des sources ou des détecteurs ne masquent que partiellement l'accès à la lumière des touches situées derrière elles par rapport à la dite source ou par rapport au dit détecteur. Plusieurs moyens, qui peuvent éventuellement être associés, permettent d'atteindre ce résultat. Par exemple, il est possible en premier lieu de faire en sorte que la circulation de la lumière soit libre dans les rangées même quand toutes les touches sont enfoncées. Ceci peut être obtenu en positionnant les photodétecteurs 42 de rangée légèrement plus bas que la ligne des miroirs 43 et en adaptant en conséquence leur angle de réflexion. En second lieu, on peut faire alterner la direction .des chemins optiques dans les rangées et prévoir que les miroirs seront de dimensions inférieures à celles du faisceau lumineux. Les miroirs de la rangée basse pourront renvoyer la lumière vers des photodétecteurs situés sur la droite du support optique et les miroirs de la rangée suivante 44 la renverront vers la gauche et ainsi de suite. Le faisceau ayant tendance à s'élargir en montant vers le haut de la colonne, les miroirs supérieurs pourront récupérer une partie de la lumière restante. En troisième lieu il est possible de faire varier légèrement la hauteur des miroirs des touches enfoncées. On peut donner aux miroirs 45 de la rangée la plus haute une plus grande dimension. Il est: également possible de jouer, comme pour les rangées, sur l'angle des chemins optiques de colonne. Lorsque les distances des trajets dans les rangées ou colonnes sont longues, il peut s'avérer avantageux d'implanter des conduits distributeurs 46. Un tel conduit dispose d'une facette principale 47 faisant face à un composant optoélectro- nique 48 et de plusieurs facettes secondaires 49 faisant face aux moyens réfléchissants propres à chaque touche. Le conduit .distributeur 46 est de forme telle que la lumière passant par la facette principale 47 et répartie de manière adéquate entre les facettes secondaires 49. Comme la lumière obéit à un principe de - réciprocité, on,peut utiliser les conduits distributeurs aussi bien en émission qu'en réception. C'est à dire que le dit composant optoélectronique peut être soit une source lumineuse, soit un photodétecteur.
Enfin il est possible d'obtenir des variations de signal plus contrastées en renversant la logique d'identification. A savoir: en position repos, tous les miroirs de toutes les touches dévient la lumière vers les photodétecteurs; en position enfoncée, les touches sont identifiées par le fait que leurs miroirs ne dévient plus la lumière vers les photodétecteurs. Chaque fois qu'une touche est enfoncée, l'interruption de son chemin optique individuel est constatée par le photodétecteur correspondant.
Dans le mode "de réalisation décrit par la figure 6 tous les chemins optiques identifiant les touches sont spécifiques et toutes les touches peuvent se combiner entre elles. Il en va de même pour le dernier type de réalisation des figures 8 à 12, dans lesquels une forme propre extrême de conduit distributeur est utilisée.
Chaque conduit distributeur comporte un ensemble de conduits optiques. Tous sont réunis par une de leurs extrémités face à un composant optoélectronique, l'autre extrémité de chacun de ces conduits faisant face à une touche qui lui est propre. Le trajet lumineux de chaque composant optique comprend donc l'ensemble des conduits avec lesquels le composant est couplé tandis que chacun de ces- conduits constitue un chemin optique individuel propre à une touche particulière. Comme le montrent les figures 8 et 9, les chemins optiques qui en résultent associent chaque source lumineuse 51 à plusieurs photodétecteurs 52 en formant plusieurs chemins indépendants dont chacun est propre à une touche 53. Les sources lumineuses sont soumises à un balayage périodique et sont identifiées par le moment de leur allumage dans la période de balayage. Avec trois sources lumineuses et trois photodétecteurs on peut ainsi identifier jusqu'à neuf touches différentes. Avec douze sources lumineuses et huit photodétecteurs on peut identifier jusqu'à quatre vingt sçize touches différentes. Ainsi comme le montrent les figures 8 et 9, la touche 2B possède un chemin optique individuel 59 qui lui est propre. Dans l'exemple de la figure 8, l'enfoncement de la touche 2B interrompt ou laisse passer la lumière sur ce chemin optique individuel. La touche est identifiée grâce au photodétecteur B et*au moment de l'allumage de la source lumineuse 2.
Comme on le voit sur les figures 10 à 12, chaque touche 53 a au moins deux positions dans l'une desquelles la lumière est couplée entre son chemin optique d'arrivée 54 vers son chemin optique de départ 55, et dans l'autre desquelles la lumière n'est pas couplée. On peut aussi construire des claviers à trois positions de- touches, par exemple deux positions extrêmes (repos, enfoncé) qui sont identiques et une position intermédaire (de courte durée) entre les-dites positions extrêmes. Les claviers optiques facilitent en outre la mesure de la vitesse d'enfoncement des touches soit au travers de la variation lumineuse, soit en positionnant les trajets lumineux sur deux niveaux différents, soit en construisant les tiges des touches de sorte à ce qu'elles émettent plusieurs signaux sur les trajets optique au cours d'un cycle d'enfoncement, afin d'enrichir les messages transmis par l'utilisateur. Ceci vaut pour toutes les réalisations décrites par le présent brevet. Ainsi, les figures 10 et 11 décrivent une touche 53 ayant une surface réfléchissante 57 qui sert à coupler les chemins optiques 54 et 55 quand elle est enfoncée. Le dispositif réfléchissant peut être le doigt de l'utilisateur, auquel cas la touche n'est qu'un emplacement destiné à le recevoir. Le dispositif réfléchissant peut être une surface réfléchissante actionnée par un dispositif mécanique. La réflexion est opérée à proximité de la touche du chemin optique d'arrivée vers le chemin optique de départ, Ces deux conduits pouvant être réunis en un troisième conduit par un connecteur optique du marché. En prévoyant par exemple une zone 58 non réfléchissante à mi-hauteur du dispositif réfléchissant 57, chaque enfoncement d'une touche donnera lieu à trois variations de lumière sur l'un des photodétecteurs 52. La touche quittant la position repos envoie un premier signal, puis le masque §8 interrompt ce signal qui reparait à riouveau en position enfoncée. Le temps séparant ces deux signaux peut être mesuré par le système électronique qui pourra en déduire la vitesse d'enfoncement de la touche et la force de frappe de l'utilisateur. Le troisième signal émis par la touche qui rejoint la position repos peut servir à des fonctions de vérification.
La figure 12 présente une touche 53 ayant un obturateur 56 qui en position d'enfoncement interrompt le couplage entre les chemins optiques 54 et 55. Le dispositif coupant la lumière peut être conçu de diverses manières. L'exemple montré par la figure 12 est celui d'un écran opaque très fin. On peut prévoir également une lame percée d'un ou plusieurs trous de la taille du conduit optique dont les bords réfléchissants participent à la conduction de la lumière. Les chemins optiques individuels sont normalement matérialisés sous forme de conduits souples, éventuellement gainés (FIG 8) , des fibres optiques par exemple. Ayant une longueur appropriée, ils peuvent être connectés à des touches fixées sur une plaque distincte selon une disposition qui peut varier selon les besoins de la clientèle. Les conduits peuvent également être noyés dans un support, de préférence optiquement isolant, qui est ensuite percé et découpé pour recevoir les touches, leurs tiges et leurs ressorts. Les mécanismes de contact ou de réflexion peuvent être enfermés dans un ensemble étanche grâce à une membrane élastique ou à des dispositifs magnétiques.
Sur l'ensemble des claviers décrits par ce brevet, il est aisé d'adapter des réglages manuels de longueur de course (2 à 5mm par exemple) et de sensibilité des touches (1 à 5mm par exemple). Comme le montre l'exemple de la figure 4, même si les trajets lumineux se trouvent sur un ou plusieurs plans 26, ils sont normalement sollicités par les touches à un niveau d'enfoncement sensiblement comparable. On peut donc aménager un réglage 30 de la course et de la sensibilité des touches en disposant une plaque mobile 28, sur laquelle viennent buter 29 les touches en position repos sous l'effet des ressorts de rappel, permettant d'écarter ou de rapprocher les touches du support optique, grâce à des vis 30 ou à une barrette comportant plusieurs cales correspondant aux différents réglages.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Clavier optique comportant: une pluralité de sources lumineuses (11, 36, 41, 51), chaque source étant disposée pour envoyer la lumière sur un trajet donné parcourant le clavier; une pluralité de photodétecteurs (42, 52) , chaque photodétecteur étant disposé pour recevoir de la lumière d'un trajet lumineux parcourant le clavier; et une pluralité de touches (13, 24, 31, 53) ayant chacune une position de couplage dans laquelle un couplage optique est assuré entre au moins une des dites sources lumineuses et au moins un des dits photodétecteurs, et une position de non-couplage dans laquelle le dit couplage n'est pas assuré; au moins certains des dites sources et des dits photodétecteurs étant disposés pour participer chacun à 'l'identification de plusieurs touches; le clavier étant caractérisé en ce qu'au moins certaines de ces' touches sont des touches combinantes qui n' interviennent que sur des chemins optiques (14, 22, 37, 54, 55) d'entrée et de sortie de la lumière qui leur sont propres et exclusifs, la position de ces touches combinantes étant détectée de manière fiable quelle que soit la position des autres touches, combinantes ou non, du clavier.
2/ Clavier selon la revendication 1 caractérisé en ce que les chemins optiques individuels (14, 22, 37) réservés aux touches combinantes sont réalisés sous forme de trajets lumineux venant de sources lumineuses et allant à des photodétecteurs spécifiques.
3/ Clavier selon la revendication 1 dans lequel chaque touche partage une source lumineuse (41, 51) avec d'autres touches affectées au trajet lumineux correspondant à cette source, et partage également un photodétecteur (42, 52) avec d'autres touches affectées au trajet lumineux correspondant à ce photodétecteur, l'identité d'une touche étant déterminée par le couple source lumineuse et photodétecteur auxquel elle est affectée, le clavier étant caractérisé en ce que chaque touche combinante en position de couplage ne prend qu'une fraction de la lumière vena «nt de la source à laquelle elle est affectée et ne masque qu'une fraction au plus de la lumière, venant éventuellement d'.autres touches en position couplage, afin que chaque touche combinante dispose de ses propres chemins optiques dans les dits trajets lumineux.
4/ Clavier selon la revendication 3 caractérisé en que les dits trajets lumineux s nt matérialisés sous la forme de plusieurs conduits (54, 55) optiquement isolés conduisant la lumière par des chemins optiques indépendants entre chaque touche et la source (51) ou le photodétecteur (52) qui lui sont affectés.
5/ Clavier selon la revendication 3 caractérisé en ce que les dits trajets lumineux sont réalisés sous forme de faisceaux, conduits ou de canaux (40) optiques de dimension transversale suffisamment grande pour permettre à chaque touche, en position de couplage, de n'agir que sur une fraction de cette dimension transversale.
6/ Clavier selon la revendication 3 caractérisé en ce les dits trajets lumineux sont matérialisés sous forme de distributeurs optiques (46) ayant une facette principale (47) associée à la source (48) ou au photodétecteur correspondant et une pluralité de facettes secondaires (49) , chacune étant associée à une touche.
7/ Clavier selon la revendication 3 caractérisé en ce que les touches combinantes assurent leur couplage par des moyens réfléchissants (45) partiellement transparents pour laisser des chemins optiques propres aux autres touches combinantes partageant les mêmes sources lumineuses ou les mêmes détecteurs.
8/ Clavier selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en que chaque touche actionne un dispositif d'identification provoquant la formation d'un code (23, 35) sur des trajets optiques.
9/ Clavier optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le pas des trajets lumineux est inférieur ou .égal à l'encombrement des tiges de touches.
10/ Clavier selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les signaux d'enfoncement (57) émis par les tiges des touches permettent à une électronique associée au clavier de calculer la vitesse d'enfoncement des touches.
11/ Touche pour' un clavier optique selon la revendication 8 caractérisée en ce que sa tige (24) est percée d'orifices disposés selon un code (23) .
12/ Touche pour un clavier-optique selon la revendication 8 caractérisée en qu'elle est montée sur une tige (32) qui actionne une fenêtre (35) comportant un code d'identification.
13/ Touche pour clavier optique selon une quelconque des revendications 1, 3, 5 et 7 caractérisée en ce que sa tige est constituée de deux lames (17) profilées en T et dont les jambages ont des longueurs différentes.
14/ Touche pour un clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que la base de la tige possède la forme d'une canne de golf (16) de sorte à pouvoir intercepter des trajets lumineux qui seraient décentrés par rapport à son axe d'enfoncement.
15/ Clavier comportant un composant de clavier selon une des revendications précédentes.
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FR8413810 1984-09-07
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