DE3146152C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektroni­ sche Tastatur gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 7.

Eine derartige Tastatur ist bereits aus der DE-OS 28 24 399 bekannt.

In der DE-OS 25 16 171 wird ein optisch-elektronischer Tastschalter beschrieben, bei dem der optische Weg zwi­ schen Lichtsender und Lichtempfänger durch Eindrücken von Einzeltasten unterbrochen wird.

Ferner ist es aus der DE-OS 25 15 963 bekannt, Einzel- Tasten eines optisch-elektronischen Tastschalters mit optisch undurchlässigen Schranken zu versehen, die bei einer Betätigung der Taste in einen Schlitz zwischen Sender und Empfänger geschoben werden, den Lichtkontakt unterbrechen und so einen Schaltimpuls auslösen. Des weiteren wird in dieser Druckschrift die Ausbreitung von Licht mittels Lichtleitfaserbündel erwähnt.

Schließlich sind in der Literaturstelle "Elektor", Juli/August 1977, S. 100, Schaltungsaufbau und Funkti­ onsweise eines Thermo-Sensors beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Tastatur anzugeben, die aus mehreren integrierten Einzeltasten besteht.

Diese Aufgabe wird bei einer Tastatur nach dem Oberbe­ griff der Ansprüche 1 und 7 erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß als Sensoren optoelektronische Koppelelemente mit Lichtsender und Lichtempfänger vorgesehen sind, daß Lichtsender und Lichtempfänger an oder unter einer Trä­ gerplatte angeordnet sind, daß das Tastenfeld aus meh­ reren Tasten besteht, die integrierter Bestandteil ei­ ner nicht-transparenten, auf der Trägerplatte angeord­ neten Abdeckung sind, die im Bereich der Tasten zu er­ habenen Tastenkörpern ausgeformt ist, die durch Ein­ drücken einzeln elastisch verformbar sind, und daß der Strahlengang zwischen Lichtsender und Lichtempfänger durch Eindrücken einer Taste derart verändert wird, daß diese Veränderung des Photonenfelds als Schaltkriterium verwendet wird.

Die Aufgabe wird ebenfalls dadurch gelöst, daß tempera­ turempfindliche Sensoren vorgesehen sind, die in einer gut wärmeleitenden Schicht integriert sind, die auf ei­ ner Trägerplatte angeordnet ist, daß auf der wärmelei­ tenden Schicht eine Abdeckung angeordnet ist, die meh­ rere Vertiefungen aufweist, die als Tasten wirken, und daß bei Betätigung der Tasten eine durch den Sensor de­ tektierte Veränderung der Temperatur und/oder deren Än­ derungsgeschwindigkeit als Schaltkriterium verwendet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Tastatur gemäß dem Pa­ tentanspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Bezeichnung "Licht" ist als Sammelbegriff für elek­ tromagnetische Strahlung beliebiger Art zu verstehen, d. h. bei der optoelektronischen Tastatur kann elektro­ magnetische Strahlung beliebiger, dem jeweiligen Pro­ blem angepaßter Wellenlänge, eingesetzt werden.

Das Photonenfeld, dessen Änderung zur Auslösung eines Schaltvorganges herangezogen wird, kann zum einen durch einen Lichtsender, beispielsweise im Infraroten arbei­ tende Leuchtdioden, erzeugt werden; als Sensoren können beispielsweise Fotodioden oder Fototransistoren einge­ setzt werden. Zum anderen kann das durch die Wärme­ strahlung eines Körpers bedingte Photonenfeld direkt in zugehörigen Sensoren nachgewiesen und Veränderungen der empfangenen lokalen Wärmestrahlung für Schaltzwecke ausgenützt werden; als Sensoren werden dann beispiels­ weise temperaturabhängige Widerstände verwendet.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird das optische Signal über Lichtleiter zur optoelektronischen Sende- und Empfangseinheit geleitet. Dadurch können die elektronischen Bauelemente räumlich getrennt vom Ta­ stenfeld angeordnet und thermisch isoliert werden, so daß die Tastatur auch unter extremen Umweltbedingungen eingesetzt werden kann. Die Lichtleiter können für einen oder mehrere Sensoren zu einer Einheit zusammen­ gefaßt werden, wobei Sendeimpuls und Empfangsimpuls auch durch einen gemeinsamen Lichtleiter übertragen werden können.

Da die Tastatur keine mechanischen Kontakte enthält, wird ihre Lebensdauer allein durch die elektronischen Bauelemente begrenzt.

Da die Tasten des Tastenfelds in einer auf der Träger­ platte befindlichen Abdeckung integriert sind, kann das Tastenfeld sehr einfach von Schmutz gesäubert werden; Staub kann nicht mehr über die einzelnen Tasten ins In­ nere einer Maschine oder Konsole eindringen, so daß die Haltbarkeit der Tastatur verbessert wird und die Einsatzmöglichkeiten erweitert werden.

Sämtliche Lichtsender können über einen gemeinsamen Im­ pulsgenerator angesteuert werden; die Signale der ein­ zelnen Lichtempfänger werden zweckmäßigerweise in ge­ trennten Auswerteeinheiten aufgearbeitet.

Es ist auch möglich, den Schaltzustand (Ein/Aus) einer einzelnen Taste des Tastenfeldes bei der jeweiligen Ta­ ste direkt anzuzeigen. Auch kann die Tastatur von unten beleuchtet werden, z. B. durch den optischen Sensor, so daß ein einfaches Arbeiten in abgedunkelten Räumen er­ möglicht wird.

Die Tastatur nach der Erfindung soll im folgenden an­ hand der in den Fig. 1-6 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert werden.

Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Tastatur mit op­ toelektronischen Koppelelementen, bei der die Trägerplatte transparent ausgebildet ist.

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Tastatur mit op­ toelektronischen Koppelelementen, bei der die Trägerplatte nicht-transparent ausgebildet ist.

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Tastatur, bei der Lichtleiter verwendet werden.

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Tastatur, bei der Lichtleiter und Tasten mit Stegen eingesetzt werden.

Fig. 5 den schematischen Schaltungsaufbau einer aus mehreren optoelektronischen Tasten bestehen­ den Tastatur.

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Tastatur mit tem­ peraturempfindlichen Sensoren zur Detektion der empfangenen lokalen Wärmestrahlung.

In der Fig. 1 ist eine einzelne Taste 20 des Tasten­ felds der optoelektronischen Tastatur dargestellt, wo­ bei die Tasten auf einer transparenten Trägerplatte 13 angeordnet sind. Auf der Trägerplatte 13 ist eine Ab­ deckung 19 mit den darin integrierten Tasten 20 aufge­ bracht, wobei die Abdeckung 19 nicht-transparent ausge­ bildet ist. Unterhalb der transparenten Trägerplatte 13 sind die optoelektronischen Koppelelemente 12 - beste­ hend aus Lichtsender 17 und Lichtempfänger 18 - angebracht. Die Lichtsender 17 werden beispielsweise über einen gemeinsamen Impulsgenerator 16 betrieben; die Signale der Lichtempfänger 18 werden in den Auswer­ teschaltungen 14, 15 weiterverarbeitet.

Das vom Lichtsender 17 ausgesandte Licht durchdringt die transparente Platte 13 und gelangt nach Reflexion an einer sich auf der Innenseite der Taste 20 befindli­ chen reflektierenden oder absorbierenden Schicht 21 zum Lichtempfänger 18. Drückt man nun die Taste 20 ein, än­ dert sich der auf den Lichtempfänger 18 auftreffende Photonenstrom in seiner lntensität; diese lntensitäts­ änderung wird als Schaltkriterium ausgewertet. Dabei sind die Schwellwertschalter der Auswerteeinheiten 14, 15 so eingestellt, daß erst beim Unterschreiten eines bestimmten Abstandes a zwischen Tastenunterseite bzw. Schicht 21 und Empfänger 18 ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Die Auswerteeinheiten 14, 15 können - falls er­ forderlich - sehr empfindlich eingestellt werden, so daß bereits ein sehr leichter Druck genügt, einen Schaltvorgang auszulösen.

Da kein Umgebungslicht, beispielsweise durch Fremd­ lichtquellen, zusätzlich zum vom Lichtsender 17 emit­ tierten Licht auf die Lichtempfänger 18 auftrifft, ist ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar; dadurch kann der elektronische Aufbau der Auswerteeinheiten 14, 15 sehr einfach gewählt werden.

In der Fig. 2 ist eine einzelne Taste 23 des Tasten­ felds der optoelektronischen Tastatur dargestellt, wo­ bei die Tasten 23 auf einer nicht-transparenten Träger­ platte 25 angeordnet sind. Unterhalb der Trägerplatte 25 sind die optoelektronischen Koppelelemente 12 mit Sender 17 und Empfänger 18 angebracht; die Trägerplatte 25 enthält Bohrungen 24, durch welche das Licht direkt auf die - beispielsweise reflektierende - Schicht 21 und von dort zum Lichtempfänger 18 gelangt.

Die Auswertung erfolgt mittels der Auswerteschaltungen 14, 15. Da hier die Reflexion des Lichtes an der Ober­ fläche der Trägerplatte entfällt, ist das Signal- Rausch-Verhältnis besser als bei der in Fig. 1 darge­ stellten Taste.

In der Fig. 3 ist eine einzelne Taste 35 des Tasten­ felds der optoelektronischen Tastatur dargestellt, wo­ bei die Tasten 35 auf einer nicht-transparenten Träger­ platte 31 angeordnet sind, die Bohrungen oder sonstige Ausnehmungen enthält, durch die Lichtleiter 26, 27 an die Innenseite der Tasten 35 herangeführt werden; die Tasten 35 sind in die nicht-transparente Abdeckung 32 integriert. Das vom Impulsgenerator mit Lichtquelle 28 ausgesandte Licht wird über die Lichtleiter 26 - nach Reflexion an der reflektierenden oder absorbierenden Schicht 33 - in die Lichtleiter 27 und durch diese zu den Auswerteeinheiten 29, 30 geleitet, die mit Licht­ empfängern ausgestattet sind. Veränderungen in der In­ tensität des empfangenen Lichts - wie sie beim Eindrücken einer Taste hervorgerufen werden - können für Schaltzwecke ausgenützt werden.

Um eine dauerhafte Funktionsfähigkeit der einzelnen Ta­ sten sicherzustellen, kann die Taste 35 mit einer Feder 34 ausgestattet werden.

In der Fig. 4 ist eine einzelne Taste 36 des optoelek­ tronischen Tastenfeldes dargestellt, die auf einer nicht-transparenten Trägerplatte 31 angeordnet ist. Die Taste 36 enthält einen Steg 37, so daß im eingedrückten Zustand der Taste 36 kein Licht über den Lichtleiter 26 in den Lichtleiter 27 eingekoppelt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, daß man bei den Auswerteeinheiten 29, 30 auf eine Analogauswertung verzichten kann, wo­ durch die Auswerteelektronik vereinfacht wird.

In Fig. 5 ist das Prinzip-Schaltbild einer optoelek­ tronischen Tastatur dargestellt, wobei das Tastenfeld 48 aus mehreren Tasten 49-57 besteht. Die Lichtsender 59-67 werden durch den gemeinsamen Impulsgenerator 58 gleichzeitig angesteuert; die Signale der einzelnen Lichtempfänger 68-76 werden einer Auswerteelektronik 77 zugeführt. Wird eine der Tasten 49-57 gedrückt, erfolgt ein entsprechender Schaltvorgang in der zu schaltenden bzw. anzusteuernden Einheit 78.

In der Fig. 6 ist eine optoelektronische Tastatur mit einem Tastenfeld dargestellt, das Veränderungen der empfangenen lokalen Wärmestrahlung für Schaltzwecke ausnützt. Die temperaturempfindlichen Sensoren 83, 84 sind in gutem Wärmekontakt in eine Schicht 79 einge­ bracht, die sich durch eine gute Wärmeleitung auszeich­ net. Auf diese Schicht 79, beispielsweise eine Alumini­ umplatte, ist eine Abdeckung 80 aufgebracht, die an den Stellen der Sensoren 83, 84 Vertiefungen 81, 82 ent­ hält, die als Tasten wirken. Aus Stabilitätsgründen ist die Schicht 79 auf eine Platte 87 aufgebracht; diese Platte 87 kann jedoch bei entsprechender Dimensionie­ rung der Schicht 79 und Abdeckung 80 auch entfallen. Die Sensoren 83, 84 sind mit den Auswerteeinheiten 85, 86 verbunden.

Nähert sich nun beispielsweise ein Finger 88 der Taste 82, so ändert sich die Temperatur des Sensors 84. Diese Temperaturänderung und/oder die Änderungsgeschwindig­ keit der Temperatur des Sensors 84, wird in der nach­ folgenden Auswerteelektronik 86 als Schaltkriterium ausgewertet. Die Schicht 79 dient dazu, daß beim Ent­ fernen des Fingers 88 von der Taste 82 die Temperatur des Sensors 84 möglichst schnell wieder zu seinem Ausgangswert zurückkehrt.

Claims (7)

1. Optoelektronische Tastatur, mit einem Tastenfeld, das Sensoren enthält, die auf Veränderungen eines Pho­ tonenfeldes reagieren und mit einer dem Tastenfeld nachgeschalteten Auswerteeinheit, die einen Schaltvor­ gang auslöst, wenn die Veränderung des Photonenfelds bestimmte Grenzwerte überschreitet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Sensoren optoelektronische Koppelele­ mente (12) mit Lichtsender (17) und Lichtempfänger (18) vorgesehen sind, daß Lichtsender (17) und Lichtempfän­ ger (18) an oder unter einer Trägerplatte (13, 25, 31) angeordnet sind, daß das Tastenfeld aus mehreren Tasten (20, 23, 35, 36) besteht, die integrierter Bestandteil einer nicht-transparenten, auf der Trägerplatte (13, 25, 31) angeordneten Abdeckung (19, 32) sind, die im Bereich der Tasten (20, 23, 35, 36) zu erhabenen Ta­ stenkörpern ausgeformt ist, die durch Eindrücken ein­ zeln elastisch verformbar sind, und daß der Strahlen­ gang zwischen Lichtsender (17) und Lichtempfänger (18) durch Eindrücken einer Taste (20, 23, 35, 36) derart verändert wird, daß diese Veränderung des Photonenfelds als Schaltkriterium verwendet wird.

2. Optoelektronische Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (13) transparent ist, daß die optoelektronischen Koppelelemente (12) un­ terhalb der Trägerplatte (13) angeordnet sind, und daß beim Eindrücken einer Taste (20) die den Schaltvorgang auslösende Veränderung des Strahlengangs zwischen Lichtsender (17) und Lichtempfänger (18) dadurch er­ reicht wird, daß sich der Abstand zwischen der Unter­ seite der Taste (20) und dem Lichtempfänger (18) ändert (Fig. 1).

3. Optoelektronische Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (25) nicht-trans­ parent und mit Bohrungen (24) versehen ist, daß die op­ toelektronischen Koppelelemente (12) unterhalb der Trä­ gerplatte (25) im Bereich der Bohrungen (24) angeordnet sind, so daß beim Eindrücken einer Taste (23) ein Schaltvorgang ausgelöst wird, indem sich der Abstand zwischen der Unterseite der Taste (23) und dem Licht­ empfänger (18) ändert (Fig. 2).

4. Optoelektronische Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (31) nicht-trans­ parent ist, daß Lichtsender und Lichtempfänger an Lichtleiter (26, 27) angekoppelt sind, die durch die Trägerplatte (31) im Bereich der Tasten (35) hindurch geführt sind, und daß die den Schaltvorgang auslösende Veränderung des Strahlengangs zwischen Lichtsender und Lichtempfänger dadurch erreicht wird daß beim Eindrücken einer Taste (35) der Abstand zwischen der Unterseite der Taste (35) und dem Lichtempfänger geän­ dert wird (Fig. 3).

5. Optoelektronische Tastatur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite der Taste (20, 23, 35, 36) eine reflektierende oder ab­ sorbierende Schicht (21, 33) angeordnet ist.

6. Optoelektronische Tastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (31) nicht-trans­ parent ist, daß Lichtsender und Lichtempfänger an Lichtleiter (26, 27) angekoppelt sind, die durch die Trägerplatte (31) im Bereich der Tasten (36) hindurch geführt sind, und daß die den Schaltvorgang auslösende Veränderung des Strahlengangs zwischen Lichtsender und Lichtempfänger dadurch erreicht wird, daß an der Innen­ seite der Taste (36) ein Steg (37) angeordnet ist, der beim Eindrücken der Taste den Photonenstrom zwischen den Enden der Lichtleiter (26, 27) unterbricht (Fig. 4).

7. Optoelektronische Tastatur, mit einem Tastenfeld, das Sensoren enthält, die auf Veränderungen eines Pho­ tonenfeldes reagieren und mit einer dem Tastenfeld nachgeschalteten Auswerteeinheit, die einen Schaltvor­ gang auslöst, wenn die Veränderung des Photonenfelds bestimmte Grenzwerte überschreitet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß temperaturempfindliche Sensoren (83, 84) vorgesehen sind, die in einer gut wärmeleitenden Schicht (79) integriert sind, die auf einer Träger­ platte (87) angeordnet ist, daß auf der wärmeleitenden Schicht (79) eine Abdeckung (80) angeordnet ist, die mehrere Vertiefungen (81, 82) aufweist, die als Tasten wirken, und daß bei Betätigung der Tasten eine durch den Sensor (83, 84) detektierte Veränderung der Tempe­ ratur und/oder deren Änderungsgeschwindigkeit als Schaltkriterium verwendet wird (Fig. 6).