WO1987006782A1 - Clavier optique a sensibilite accrue - Google Patents

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    • 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

  • the present invention relates to the electronics of optical keyboards with matrix scanning used as input terminals, office machines or musical instruments for example.
  • the keys of the matrix scanning optical keyboards are arranged according to a logical matrix of light inputs and outputs formed of optical paths, each key acting on a particular optical path going from an input to a light output.
  • the action of a key modifies the state of the input / output pair on its specific path, and the scanning driver circuit connected to said inputs and outputs detects the change that has occurred.
  • This scanning is carried out by injecting in turn into each series of light inputs a interrogation signal and by observing the state of all the outputs to detect which of them has possibly been affected by the key which gives it is associated.
  • the sweeping pilot circuit must perform two functions: continue to scan the keyboard while following the sequence of operations concerning the key that is in action and report the stages of this sequence to the equipment used by the keyboard.
  • the preferred embodiments of the present invention aim to define the means of increasing the efficiency and reliability of the pilot circuit by increasing the sensitivity of the detection means.
  • the present invention relates to an optical keyboard with matrix scanning comprising a logic matrix of light inputs and outputs formed of optical paths, with keys arranged on each optical path linking the inputs and the outputs so that a depression will produce a change, which can be detected by the scanning driver circuit connected to said light inputs and outputs to detect such changes in an input / output pair by periodically injecting a interrogation signal in turn in each input and by scanning the presence of possible modifications of the signal on each output, said pilot circuit of scanning being characterized by the fact that it comprises means capable, for a given emission level, of increasing its sensitivity to the light arriving at said outputs.
  • One of the first means capable of increasing the sensitivity of said pilot circuit is to increase the scanning time of each of the photodetectors. But this first means has the defect of slowing down the keyboard scanning speed. This is why the present invention proposes to reduce the drawback inherent in this first means by varying the scanning speed of the keyboard as a function of the detection sensitivity either of each component or of the slowest of them.
  • the sensitivity of the receivers is to lose as little as possible in the operations of identification, coding and transmission of the messages transmitted by the keyboard. It consists in adopting a preferential positioning of the so-called “combinatorial” keys like the control key or the capital key - in the polling matrix. As these "combining" keys are intended to be combined with other keys, it is desirable to make
  • - Figure 2 shows a first type of optical keyboard subject to a signal
  • - Figure 3 shows a second type of optical keyboard subjected to a presignal
  • - Figure 4 shows a capacity supplying the light emitting transducers
  • FIG. 5 shows an elementary circuit for the detection of a light pulse with storage of information on the parasitic input capacity.
  • FIG. 1 shows the block diagram of the operation of the scanning driver circuit 1.
  • a time T1 it turns on a light source 3 (I) whose light is directed to several photodetectors 2 (ABC..GH). Each of them receives the light energy and testifies it to the pilot circuit by sending back a current which rises above a determined excitation threshold. The result of this scan is processed by the pilot circuit.
  • time T 2 it is the next light source in the sequence (which here bears the (II) which is put into operation, and so on, until the lighting of the last light source (XVI) which marks the end of a whole keyboard scan cycle.
  • One of the preferred solutions in the present embodiment consists in taking as the start of each scanning cycle of a light source the moment when the slowest of the photodetectors is capable of receiving new information reliably. This instant is determined by measuring the residual voltages at the terminals of the photodetectors with reference to a de-excitation threshold.
  • a pre-signal 9 (FIG. 2 and 3) can be used to carry out this measurement and to verify the correct operation of the keyboard by analyzing the reactions of the photodetectors 2. This light signal is sent to the photodetectors until all have delivered a determined excitation threshold. Once this threshold has been reached, it is ensured that all the photodetectors return to the deactivation threshold. If the operation of one or more photodetectors proves to be faulty during one of these measurements, an error message can be sent to the system to which the keyboard is connected.
  • FIG. 2 An exemplary embodiment of the verification signal is shown in FIG. 2. It relates to an optical keyboard traversed by pairs of fibers 23, 22 one of which brings light and the other reports the signal. These two fibers join towards a switch controlled by a key.
  • This signal is here produced by providing specific fibers. Unlike ordinary fibers, the specific fibers 28 which allow the light source to emit a signal on the receiving transducers do not feel severed. When the light source 29 sends a pre-signal, all the receivers are therefore directly illuminated whatever the state of the keys. So we can also measure the reaction times of the different receivers, determine which is the first to activate and which is the last to deactivate, as well as accentuate the sensitivity of the receivers before sending the detection signal to light sources 23.
  • FIG. 3 Another embodiment (FIG. 3) relates to a keyboard with fixed mirrors. It consists of a hollow case 31 surrounded by several edges.
  • the optical unit is rectangular. Two of its adjacent edges comprise light means 33 and detection elements 32.
  • the reflectors are located inside the support at a point close to the intersections 35 of the emission rows and the columns of detectors. Light is returned from the columns 33 to the rows 32 by means of small reflectors 35 placed so that they do not interfere with each other.
  • a button 11 When a button 11 is pressed, it causes the shutter of one of these reflectors or on the contrary releases it from its shutter.
  • FIG. 4 gives an exemplary embodiment making it possible to very significantly increase the force of the emission of a light source 43 thanks to the presence of a reservoir capacitor 42 serving as a source of high instantaneous power.
  • a current limiting resistor 1 is provided in the circuit for allow the reservoir capacitor to be recharged before the next pulse.
  • a transistor-type switch 44 triggers the discharge of the reservoir capacitor through the light source 43, which here is an LED, when a control pulse is sent to its base.
  • FIG. 5 provides an exemplary embodiment making it possible to increase the sensitivity of the photodetectors: by means of a reset circuit 54 the parasitic input capacity 1 is discharged at a reference voltage, such as 0 volts through a switching device such as a CMOS 54 diode or relay under the control of a reset signal. Then the reset circuit
  • the capacitor 51 remains at 0 volts. When it receives a light pulse, the capacitor 51 charges at 5 volts and remains charged until the next reset signal. The output of the MOS amplifier 53 restores the state of the voltage on the capacitor 51 as an output.
  • Other means can be used to increase the sensitivity of the photodetectors, in particular if detection transistors are used . While most of the electronics are supplied with voltages such as around 5 volts, it appears preferable to supply the optical receiver transducers with a voltage several times higher in order to increase their sensitivity.

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

Clavier optique à balayage matriciel comportant une matrice logique d'entrées (3) et de sorties (2) de lumière constituée par des trajets optiques, avec des touches disposées sur chaque trajet optique liant les entrées et les sorties de telle sorte que l'enfoncement d'une d'entre elles produit un changement, détecté par le circuit pilote de balayage connecté auxdites entrées et sorties de lumière pour enregistrer ces modifications affectant chaque couple d'entrées (3)/sorties (2), en injectant périodiquement un signal d'interrogation à tour de rôle dans chaque entrée et en scrutant la présence d'éventuelles modifications de celui-ci sur chaque sortie. Ce clavier est caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (1, 4, 5) capables, pour un niveau d'émission donné, d'accroître la sensibilité à la lumière arrivant auxdites sorties dudit circuit pilote.

Description

Clavier optique à sensibilité accrue .
La présente invention concerne l' électronique des claviers optiques à balayage matriciel utilisés comme terminaux d'entrée, des machines bureautiques ou des intruments de musique par exemple.
Les touches des claviers optiques à balayage matriciel sont disposées selon une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière formée de trajets optiques, chaque touche agissant sur un trajet optique particulier allant d'une entrée vers une sortie de lumière. L' action d'une touche modifie l' état du couple entrée/sortie sur son trajet spécifique, et le circuit pilote de balayage connecté aux-dites entrées et sorties détecte le changement intervenu. Cette scrutation s'opère en injectant à tour de rôle dans chaque série d'entrées de lumière un signal d' interrogation et en observant l' état de toutes les sorties pour détecter laquelle d'entre elles a éventuellement été affectée par la touche qui lui est associée.
Il importe d' inspecter toutes les touches assez souvent afin d'être sûr que lorsque l'utilisateur appuiera l'une d'entre elle, il sera impossible que le fait échappe au circuit pilote en scrutation. Quand une action est détectée le circuit pilote de balayage doit accomplir deux fonctions: continuer à scruter le clavier tout en suivant le déroulement des opérations concernant la touche qui est en action et rapporter les étapes de ce déroulement à l'équipement que sert le clavier.
Cette vitesse dépend de plusieurs facteurs, notamment de la puissance et la rapidité des sources de lumière et surtout de la sensibilité et la rémanence des moyens de détection. Les réalisations préférentielles de la présente invention visent à définir les moyens d'accroitre l'efficacité et la fiabilité du circuit pilote en accroissant la sensibilité des moyens de détection.
La présente invention concerne un clavier optique à balayage matriciel comportant une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière formée de trajets optiques, avec des touches disposées sur chaque trajet optique liant les entrées et les sorties de telle sorte qu'un enfoncement produira un changement, qui pourra être détecté par le circuit pilote de balayage connecté auxdites entrées et sorties de lumière pour relever de telles modifications dans un couple d'entrées/sorties en injectant périodiquement un signal d'interrogation à tour de rôle dans chaque entrée et en scrutant la présence d'éventuelles modifications du signal sur chaque sortie, ledit circuit pilote de balayage étant caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens capables, pour un niveau d'émission donné, d'accroitre sa sensibilité à la lumière arrivant aux dites sorties.
Un des premiers moyens capables d'accroitre la sensibilité dudit circuit pilote est d'augmenter le temps de scrutation de chacun des photodétecteurs. Mais ce premier moyen présente le défaut de ralentir la vitesse de scrutation du clavier. C'est pourquoi la présente invention propose de réduire l'inconvénient inhérent à ce premier moyen en faisant varier le rythme de scrutation du clavier en fonction de la sensibilité de détection soit de chaque composant soit du plus lent d'entre eux.
Ce rythme variable de scrutation est rendu possible sur les claviers optiques par l'absence de rebond qui les caractérise. La présence de routine anti-rebonds, obéissant à un rythme fixe fonction du temps attendu des rebonds, deviennet inutiles. Comme la contrainte temps réel n'existe pas pour les claviers optiques, les difficultés de faire varier le rythme des balayages sont réduites ou éliminées. Dans un clavier optique, les sorties de lumière conduisant aux transducteurs optoélectroniques connectés au circuit pilote de balayage peuvent être sollicitées en début de cycle de balayage par un pré-signal envoyé à tous les dits transducteurs afin de: vérifier que tous les transducteurs répondent effectivement, de déterminer le temps mis par le premier d'entre eux à répondre et le dernier d'entre eux à redescendre en dessous d'un seuil
déterminé à l'avance, et donc vérifier le bon fonctionnement des dits transducteurs, et d'établir le plus court temps d'intervalle qui doit être alloué entre les signaux successifs d'interrogation qui sont envoyés.
Une autre manière de gagner du temps, et donc d'accroitre
le temps disponible pour les opérations de scrutation et augmenter
la sensibilité des récepteurs, est d'en perdre le moins possible dans les opérations d'identification, de codage et de transmission des messages émis par le clavier. Elle consiste à adopter un positionnement préférentiel des touches dites "combinatoires" comme la touche contrôle ou la touche majuscule - dans la matrice de scrutation. Comme ces touches "combinantes" ont vocation à se combiner avec d'autres touches, il est souhaitable de faire en
sorte que ces touches se trouvent de préférence dans la première séquence de balayage des sources de lumière.
Plusieurs modes de réalisations de ce clavier optique
sont décrits, à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels:
- la figure 1 indique le schéma de principe qui régit le
fonctionnement du circuit pilote de balayage;
- la figure 2 représente un premier type de clavier optique soumis à un présignal; - la figure 3 représente un second type de clavier optique soumis à un presignal; - la figure 4 représente une capacité alimentant les transducteurs émetteurs de lumière;
- la figure 5 représente un circuit élémentaire pour la détection d'une impulsion lumineuse avec stockage de l'information sur la capacité parasite d'entrée.
La figure 1 indique le schéma de principe du fonctionnement du circuit pilote de balayage 1. En un temps T1, il allume une source lumineuse 3 (I) dont la lumière est dirigée vers plusieurs photodétecteurs 2 (ABC..GH). Chacun d'eux reçoit l'énergie lumineuse et le témoigne au circuit pilote en lui renvoyant un courant qui s'élève au dessus d'un seuil d'excitation déterminé. Le résultat de cette scrutation est traité par le circuit pilote. Puis dans le temps T 2, c'est la source lumineuse suivante dans la séquence (qui porte ici le (II) qui est mise en opération, et ainsi de suite, jusqu'à l'allumage de la dernière source lumineuse (XVI) qui marque la fin d'un cycle de scrutations de tout le clavier.
On sait que les énergies reçues par les photodétecteurs peuvent varier dans des proportions sensibles et que le temps de restitution des informations peut également varier selon les composants et l'énergie reçue. Une méthode pour s'affranchir de de ces contraintes consiste à se donner des marges de sécurité du type doublement ou triplement du temps d'émission nécessaire pour obtenir un signal sur un composant de qualité médiocre. Sans apporter de certitude absolue, cette méthode fournit une garantie assez sérieuse de ne pas voir le signal ignoré dans le pire des cas. Mais une telle solution présente l'inconvénient d'être par définition lente et consommatrice d'énergie.
Une des solutions préférées dans la présente réalisation consiste à prendre comme début de chaque cycle de balayage d'une source de lumière le moment où le plus lent des photodetecteurs est apte à recevoir une nouvelle information de manière fiable. Cet instant est déterminé grâce à une mesure des tensions résiduelles aux bornes des photodétecteurs en référence à un seuil de désexcitation.
Un présignal 9 (FIG. 2 et 3) peut être utilisé pour effectuer cette mesure et vérifier le bon fonctionnement du clavier en analysant les réactions des photodétecteurs 2. Ce signal lumineux est envoyé sur les photodétecteurs jusqu'au moment où tous ont.franchi un seuil d'excitation déterminé. Une fois ce seuil atteint, on s'assure que tous les photodétecteurs reviennent bien au seuil de désexcitâtion. Si le fonctionnement d'un ou plusieurs photodétecteurs s'avère défaillant au cours d'une de ces mesures un message d'erreur peut être envoyé vers le système auquel le clavier est connecté.
Un exemple de réalisâtion du présignal de vérification est représenté par la figure 2. Il concerne un clavier optique parcouru de couples de fibres 23, 22 dont l'une améne la lumière et l'autre rapporte le signal. Ces deux fibres se rejoignent vers un interrupteur commandé par une touche.
Ce présignal est ici réalisé en prévoyant des fibres spécifiques. A la différence des fibres ordinaires, les fibres spécifiques 28 qui permettent à la source lumineuse d'émettre un signal sur les transducteurs récepteurs ne sent pas sectionnées. Lorsque que la source lumineuse 29 envoie un présignal tous les récepteurs sont donc directement illuminés quelque soit l' état des touches. Ainsi on peut aussi bien mesurer les temps de réaction des différents récepteurs, déterminer quel est le premier à s'activer et quel est le dernier à se désactiver, aussi bien qu'accentuer la sensibilité des récepteurs avant l'envoi du signal de détection sur les sources de lumière 23.
Un autre mode de réalisation (FIG.3) concerne un clavier à miroirs fixes. Il se compose d'un boitier creux 31 ceinturé de plusieurs bords. Dans l'exemple présenté par la figure 3, le bloc optique est rectangulaire. Deux de ses bords adjacents comportent des moyens lumineux 33 et des éléments de détection 32. Pour accroitre la puissance et la sensibilité de l'ensemble, il est possible de réduire les distances et d'implanter des composants d'émission ou de détection sur le troisième, et voire le quatrième bord du boitier, ce qui revient en fait à implanter plusieurs matrices sur le même bloc optique. Une meilleure exploitation de l'énergie émise peut également résulter de l'implantation de deux rangées de miroirs (non représentées) formant un angle donné face à chaque source de lumière. Les réflecteurs se trouvent disposés à l'intérieur du support en un point proche des intersections 35 des rangées d'émission et des colonnes de détecteurs. La lumière est renvoyée des colonnes 33 vers des rangées 32 grâce à des réflecteurs de petites dimensions 35 placés de sorte à ce qu'ils ne se gênent pas mutuellement. Lorsqu'une touche 11 est enfoncée, elle provoque l'obturation d'un de ces réflecteurs ou au contraire le libère de son obturateur.
Dans cette réalisation, il est possible de prévoir une source de lumière de présignalisation 39 et de lui réserver un trajet optique de présignalisation qui ne peut être interrompu par aucune touche. Une sortie de vérification similaire 38 (FIG.3) peut être aménagée pour s'assurer du bon fonctionnement des sources de lumière grâce à l'adjonction d'un photodétecteur spécifique, qui lors de la mise en opération de chacune des sources de lumière pourra constater leur bon fonctionnement.
Les figures 4 et 5 décrivent d'autres manières d'abréger les temps et d'améliorer la fiabilité des signaux en d'augmentant la puissance des sources de lumière et la sensibilité des composants. La figure 4 donne un exemple de réalisation permettant d'accroitre très sensiblement la force de l'émission d'une source de lumière 43 grâce à la présence d'un condensateur réservoir 42 servant de source de grande puissance instantanée. Une résistance de limitation du courant 1 est prévue dans le circuit pour permettre la recharge du condensateur réservoir avant l'impulsion suivante. Un commutateur dy type transistor 44 déclenche la décharge du condensateur réservoir au travers de la source lumineuse 43, qui ici est une diode LED, lorsqu'une impulsion de commande est envoyée sur sa base.
La figure 5 fournit un exemple de réalisation permettant d'accroitre la sensibilité des photodetecteurs: au moyen d'un circuit de Reset 54 la capacité parasite d'entrée 1 est déchargée à une tension de référence, telle que 0 volts au travers d'un dispositif commutateur tel qu'une diode ou un relais CMOS 54 sous la commande d'un signal de remise à zéro. Puis le circuit de Reset
54 revient à une tension de travail, telle que 5 volts, et la diode
55 se trouve bloquée. Dans le cas où la photodiode 52 ne reçoit pas de lumière, la capacité 51 demeure à 0 volts. Au moment où elle reçoit une impulsion lumineuse, la capacité 51 se charge à 5 volts et reste chargée jusqu'au prochain signal de remise à zéro. La sortie de l'ampli MOS 53 restitue en sortie l'état de la tension sur la capacité 51. D'autres moyens peuvent être mis en oeuvre pour accroitre la sensibilité des photodétecteurs, notamment dans l'hypothèse où des transistors de détection sont utilisés. Alors que la plupart de l'électronique est alimentée en des tensions telle 5 volts environ, il apparaît préférable d'alimenter les transducteurs récepteurs optiques avec un voltage plusieurs fois supérieur afin d'augmenter leur sensibilité.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Clavier optique à balayage matriciel comportant une matrice logique d'entrées et de sorties de lumière constituée par des trajets optiques, avec des touches disposées sur chaque trajet optique liant les entrées et les sorties de telle sorte que l'enfoncement d'une d'entre elles produit un changement, détecté par un circuit pilote de balayage connecté auxdites entrées et sorties de lumière pour enregistrer ces modifications affectant chaque couple d'entrées/sorties en injectant périodiquement un signal d'interrogation à tour de rôle dans chaque entrée et en scrutant la présence d'éventuelles modifications de celui-ci sur chaque sortie, ledit clavier étant caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens capables, pour un niveau d'émission donné, d'accroitre la sensibilité à la lumière arrivant auxdites sorties dudit circuit pilote.
2/ Clavier optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits moyens capables d'accroitre la sensibilité à la lumière du circuit pilote sont réalisés grâce à un allongement de la durée de scrutation disponible optimisé par un rythme de balayage variable pouvant augmenter à des vitesses aussi élevées que le bon déroulement des opérations le permet.
3/ Clavier optique selon la revendication 2 caractérisé en ce que, en l' absence de touches enfoncées, chaque cycle de balayage d'une source de lumière commence au moment où le plus lent des photodétecteurs est apte à recevoir une nouvelle information.
4/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdites sorties conduisant à des transducteurs optoélectroniques connectées au circuit pilote de balayage peuvent être sollicitées par un pré-signal envové à tous les dits transducteurs.
5/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu' il comprend une entrée additionnelle d' injection du présignal qui est connectée à chacune des dites sorties de lumière par des trajets optiques permanents non obturables par des touches.
6/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une sortie additionnelle est connectée aux dites entrées.
7/ Clavier optique selon l' une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que certaines touches déterminées sont associées à des trajets optiques tels que leur état est examiné au début de la scrutation du clavier.
8/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que lesdits moyens d' accroitre la sensibilité à la lumière du circuit pilote consistent à alimenter les transducteurs récepteurs optiques avec un voltage plusieurs fois supérieur à leur tension de référence.
9/ Clavier optique selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que lesdits moyens d'accroitre la sensibilité à la lumière du circuit pilote consistent à utiliser sur chaque sortie une photo-diode venant charger la capacité d'entrée d'un circuit MOS.
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FR86/06067 1986-04-25

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