DE102005021008B4

DE102005021008B4 - Optical switch or button

Info

Publication number: DE102005021008B4
Application number: DE102005021008A
Authority: DE
Inventors: Georg Kodl; Gerhard Reichinger; Markus Stallwitz
Original assignee: Leoni AG
Current assignee: Leoni AG
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2025-05-04
Also published as: DE102005021008A1

Abstract

Schalter (2A) oder Taster mit einer Lichtquelle (6), einem Lichtsensor (10), einer Auswerteeinheit (12) zur Auswertung des vom Lichtsensor (10) erfassten Signals sowie mit einem im Strahlengang (8) zwischen der Lichtquelle (6) und dem Lichtsensor (10) angeordneten und zur Lichtleitung geeigneten optischen Element (4) mit einer Berührungsfläche (18), wobei der Strahlengang (8) des im Betrieb in das optische Element (4) eingekoppelten Lichts derart orientiert ist, dass das Licht im berührungslosen Zustand an der Oberfläche im Bereich der Berührungsfläche (18) reflektiert wird, ohne dass eine Reflexionsschicht auf das optische Element (4) im Bereich der Berührungsfläche (18) aufgebracht ist, und wobei durch Berührung der Berührungsfläche (18) das sich im Außenbereich des optischen Elements (4) ausbildende Evanescentfeld und damit die Lichtausbreitung gestört wird und die Auswerteeinheit (12) derart ausgebildet ist, dass sie diese Störung als einen Schaltvorgang bewertet, wobei das optische Element (4) als gewölbte Scheibe ausgebildet ist und Begrenzungsflächen (52) aufweist, in...Switch (2A) or button with a light source (6), a light sensor (10), an evaluation unit (12) for evaluating the signal detected by the light sensor (10) and one in the beam path (8) between the light source (6) and Light sensor (10) arranged and suitable for the light pipe optical element (4) having a contact surface (18), wherein the beam path (8) of the in operation in the optical element (4) coupled light is oriented such that the light in the non-contact state the surface in the region of the contact surface (18) is reflected, without a reflection layer on the optical element (4) in the region of the contact surface (18) is applied, and wherein by touching the contact surface (18) in the outer region of the optical element ( 4) forming Evanescentfeld and thus the light propagation is disturbed and the evaluation unit (12) is designed such that it evaluates this disorder as a switching operation, wob ei the optical element (4) is formed as a curved disc and has boundary surfaces (52), in ...

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Schalter oder Taster mit einer Lichtquelle, einem Lichtsensor, einer Auswerteeinheit zur Auswertung des vom Lichtsensor erfassten Signals sowie einem zur Lichtwellenleitung geeigneten optischen Element. Die Funktion des optischen Schalters oder Tasters beruht hierbei auf einer Störung des so genannten Evanescentfeldes, welches sich bei der Lichtreflexion an der Oberfläche eines Lichtwellenleiters ausbildet.The invention relates to an optical switch or button with a light source, a light sensor, an evaluation unit for evaluating the signal detected by the light sensor and an optical element suitable for optical waveguide. The function of the optical switch or button is based on a disturbance of the so-called evanescent field, which forms in the light reflection at the surface of an optical waveguide.

In der internationalen Anmeldung WO 03/069294 A1 wird ein Drucksensor in unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben, welcher die Erkenntnisse betreffend das Evanescentfeld ausnutzt. Dem Drucksensor liegt hierbei die prinzipielle Überlegung zu Grunde, dass eine unbeschichtete claddingfreie Lichtleiterfaser zumindest in einem Teilbereich von einer Faserführung umgeben ist und diese bei einer Druckbeaufschlagung gegen die claddingfreie Lichtleiterfaser gepresst wird, so dass das sich im Außenbereich der Lichtleiterfaser ausbildende Evanescentfeld und damit die Lichtausbreitung gestört wird. Diese Störung wird als Intensitätsänderung erfasst und als ein Drucksignal ausgewertet. Das Drucksignal wird unter anderem als ein Schaltsignal ausgewertet.In the international application WO 03/069294 A1 a pressure sensor will be described in various embodiments, which exploits the findings concerning the Evanescentfeld. The pressure sensor is based on the fundamental consideration that an uncoated cladding-free optical fiber is surrounded by a fiber guide at least in a partial area and this is pressed at a pressurization against the cladding-free optical fiber, so that in the outer region of the optical fiber evanescent field and thus the light propagation is disturbed. This disturbance is detected as a change in intensity and evaluated as a pressure signal. The pressure signal is evaluated inter alia as a switching signal.

Optische Schalter mit einem als Prisma ausgebildeten optischen Element sind beispielsweise zu entnehmen aus US 2003/0052257 A1 oder WO 86/05338 A1 .Optical switches with a prism formed as an optical element can be seen for example from US 2003/0052257 A1 or WO 86/05338 A1 ,

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen – unter Ausnutzung der Erkenntnisse um das Evanescentfeld – verbesserten optischen Schalter oder Taster mit hoher Sensitivität bei einer Berührung anzugeben.The present invention is based on the object - by using the knowledge about the Evanescent field - to provide an improved optical switch or probe with high sensitivity at a touch.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schalter oder Taster mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach umfasst der Schalter eine Lichtquelle, einen Lichtsensor, eine Auswerteeinheit sowie ein im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Lichtsensor angeordnetes optisches Element, das eine Berührungsfläche oder Schaltfläche aufweist. Der Strahlengang des im Betrieb in das optische Element eingekoppelten Lichts ist dabei derart orientiert, dass das Licht im normalen, also berührungslosen Zustand, an der Oberfläche des optischen Elements im Bereich der Berührungsfläche reflektiert wird. Hierbei ist auf dem optischen Element als wesentliche Voraussetzung für die Wirksamkeit der Schaltfunktion keine Reflexionsschicht angebracht, d. h. auf die Oberfläche ist keine Schicht aufgebracht, welche einen kleineren Brechungsindex als das Material des optischen Elements aufweist, um eine Totalreflexion zu gewährleisten. Das optische Element ist allgemein ein optischer Körper, der zur Lichtausbreitung in seinem Inneren geeignet ist, wobei das eingekoppelte Licht sich im Inneren des optischen Elements geradlinig von einer Begrenzungsfläche des optischen Elements zur gegenüberliegenden Begrenzungsfläche erstreckt und dort reflektiert oder ausgekoppelt wird. Das optische Element ist weiter als gewölbte Scheibe ausgebildet und weist hierzu zwei insbesondere seitliche Begrenzungsflächen auf, in die das Licht ein- bzw. ausgekoppelt wird. Die beiden Begrenzungsflächen sind jeweils über eine gewölbt ausgebildete Oberseite und eine korrespondierend hierzu gewölbt ausgebildete Unterseite miteinander verbunden. Durch diese Ausgestaltung wird bei der gegenüberliegenden Anordnung von Lichtquelle und Lichtsensor ein direktes Durchstrahlen des optischen Elements verhindert. Vielmehr wird das eingekoppelte Licht durch Mehrfachreflexionen über den gewölbten Bereich des optischen Elements von der einen Begrenzungsfläche zu der anderen Begrenzungsfläche geführt, und zwar oberhalb einer gedachten direkten Verbindungsebene zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen.The object is achieved according to the invention by a switch or pushbutton having the features of claim 1. Thereafter, the switch comprises a light source, a light sensor, an evaluation unit and an optical element arranged in the beam path between the light source and the light sensor and having a contact surface or button. The beam path of the light coupled into the optical element during operation is oriented in such a way that the light is reflected in the normal, ie non-contact state, on the surface of the optical element in the area of the contact surface. In this case, no reflective layer is attached to the optical element as an essential prerequisite for the effectiveness of the switching function, d. H. No layer is applied to the surface which has a smaller refractive index than the material of the optical element to ensure total reflection. The optical element is generally an optical body which is suitable for propagating light in its interior, wherein the coupled-in light extends in the interior of the optical element in a straight line from one boundary surface of the optical element to the opposite boundary surface and is reflected or coupled there. The optical element is further formed as a curved disc and has for this purpose two in particular lateral boundary surfaces, in which the light is switched on or out. The two boundary surfaces are each connected to each other via an arched upper side and a curved arch designed to correspond thereto. As a result of this embodiment, a direct irradiation of the optical element is prevented in the case of the opposing arrangement of light source and light sensor. Rather, the injected light is guided by multiple reflections over the curved portion of the optical element from the one boundary surface to the other boundary surface, above an imaginary direct junction plane between the lateral boundary surfaces.

Die Ober- und Unterseiten sind als Parabolflächen beispielsweise nach Art einer Offset-Parabolantenne ausgebildet. Die Parabolfläche ist hierbei derart ausgebildet, dass eingestrahltes, divergentes Licht, welches beispielsweise einen Divergenzwinkel von 30° aufweist, zur Berührungsfläche hin kollimiert wird. Hierunter wird verstanden, dass eingestrahltes divergentes Licht als paralleles Strahlenbündel auf die Berührungsfläche auftrifft. Die Berührungsfläche ist hierbei insbesondere gebildet durch einen Teilbereich der Oberseite des optischen Elements. Vorzugsweise ist hierbei die Oberseite im Bereich der Berührungsfläche abgeflacht und bildet eine horizontale Ebene aus.The upper and lower sides are formed as parabolic surfaces, for example in the manner of an offset parabolic antenna. The parabolic surface is in this case designed such that irradiated, divergent light, which for example has a divergence angle of 30 °, is collimated towards the contact surface. By this is meant that irradiated divergent light impinges on the contact surface as a parallel beam. The contact surface is in this case formed in particular by a partial region of the upper side of the optical element. Preferably, in this case, the upper side is flattened in the region of the contact surface and forms a horizontal plane.

Im berührungslosen Zustand während des Betriebs wird also Licht in das optische Element eingekoppelt und dieses wird im Bereich der Berührungsfläche reflektiert und gelangt zum Lichtsensor. Am Oberflächenbereich, an dem die Reflexion stattfindet, bildet sich im oberflächennahen Außenbereich das Evanescentfeld aus, d. h. die Lichtausbreitung findet hier im Außenbereich statt. Der Schalter ist weiterhin derart ausgebildet, dass bei Berührung der Berührungsfläche das Evanescentfeld und damit die Lichtausbreitung gestört wird und die Auswerteeinheit diese Störung als einen Schaltvorgang bewertet. Diese Ausgestaltung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch Berührung dieser Berührungsfläche unmittelbar das Evanescentfeld und damit die Lichtausbreitung beeinträchtigt wird, so dass am Lichtsensor eine Intensitätsveränderung des erfassten Lichts detektiert wird. Zur Störung des Evanescentfeldes ist hierbei bereits ein weitgehend druckloses Berühren der Berührungsfläche beispielsweise unmittelbar mit dem Finger ausreichend. Der Schalter oder Taster ist daher sehr sensitiv. Unter Schalter/Taster ist hierbei insbesondere ein manuelles Bedienelement zum manuellen Auslösen einer zugeordneten Funktion zu verstehen.In the non-contact state during operation, therefore, light is coupled into the optical element and this is reflected in the region of the contact surface and reaches the light sensor. At the surface area where the reflection takes place, the evanescent field is formed in the near-surface outer area, ie the light propagation takes place here in the outer area. The switch is further designed such that when touching the contact surface, the Evanescentfeld and thus the light propagation is disturbed and the evaluation evaluates this disorder as a switching operation. This refinement is based on the knowledge that the evanescent field and thus the light propagation is directly affected by contact with this contact surface, so that a change in the intensity of the detected light is detected at the light sensor. To disturb the Evanescentfeldes here is a largely unpressurized touching the contact surface, for example, directly with the finger sufficient. The switch or button is therefore very sensitive. Under switch / button is in particular, to understand a manual control element for the manual triggering of an assigned function.

Zur Störung des Evanescentfeldes werden grundsätzlich zwei Effekte ausgenutzt. Zum einen eine Dämpfung oder Absorption des sich ausbreitenden Lichts und zum anderen ein Auskoppeln des Lichts, indem die Bedingung für die Totalreflexion aufgelöst wird, beispielsweise indem die Berührungsfläche mit einem Material berührt wird, welches einen höheren Brechungsindex als das Material des optischen Elements aufweist.In principle, two effects are exploited to disrupt the evanescent field. On the one hand, an attenuation or absorption of the propagating light and on the other hand a decoupling of the light by the condition for the total reflection is resolved, for example by the contact surface is contacted with a material having a higher refractive index than the material of the optical element.

Ein derartiger optischer Schalter oder Taster hat aufgrund seines stromfreien Schaltens erhebliche Vorteile. So bietet sich der Einsatz eines solchen Schalters insbesondere in hochsensiblen Bereichen an, bei denen es auf eine gute EMV-Verträglichkeit ankommt, in denen also möglichst keine elektromagnetischen Felder, wie sie bei einer Stromleitung zwangsweise auftreten, gewünscht sind. Da der Schaltvorgang stromlos erfolgt besteht auch keine Gefahr der Funkenbildung, so dass der Schalter oder Taster auch problemlos in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden kann. Prinzipiell besteht hierbei die Möglichkeit, alle gängigen herkömmlichen Schaltertypen, wie Tast-, Kipp- oder Drehschalter als optische Schalter auszubilden. Von besonderem Vorteil bei diesem Schalter ist, dass er auch ohne bewegte mechanische Teile voll funktionsfähig und damit nicht verschleißanfällig ist. Insbesondere auch im Bereich der Haustechnik lassen sich somit weitgehend strom- und damit strahlungsfreie Räume schaffen.Such an optical switch or button has considerable advantages due to its current-free switching. Thus, the use of such a switch, especially in highly sensitive areas, in which it depends on a good EMC compatibility, so where possible no electromagnetic fields, as they occur forced in a power line, are desired. Since the switching process is de-energized there is no risk of sparking, so that the switch or button can also be used easily in hazardous areas. In principle, it is possible here to design all common types of conventional switches, such as tactile, toggle or rotary switches, as optical switches. A particular advantage of this switch is that it is fully functional even without moving mechanical parts and thus not susceptible to wear. In particular, in the field of building services can thus largely create electricity and thus radiation-free spaces.

Um eine möglichst einfache Herstellung zu ermöglichen, ist hierbei das optische Element gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nach Art einer dicken, nach außen gekrümmten Linse ausgebildet, deren seitlicher Rand die gegenüberliegende Begrenzungsfläche definiert. Das gewölbte optische Element weist daher sowohl in X- als auch senkrecht hierzu in Y-Richtung eine Krümmung auf.In order to allow the simplest possible manufacture, in this case, the optical element is formed according to a preferred embodiment in the manner of a thick, outwardly curved lens whose lateral edge defines the opposite boundary surface. The curved optical element therefore has a curvature both in the X direction and perpendicular thereto in the Y direction.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist das optische Element insgesamt aus einem elastischen Material, beispielsweise einem transparentem Silikon ausgebildet. Zweckdienlicherweise ist hierbei das optische Element als eine dicke Scheibe mit zumindest teilweise verspiegeltem oder zumindest reflektierendem Rand ausgebildet. Das in die flache Scheibe an einer Randseite oder auch Begrenzungsfläche eingestrahlte Licht breitet sich im Innern der Scheibe aus und wird zumindest teilweise an der Ober- und Unterseite der flachen Scheibe reflektiert. Am gegenüberliegenden Rand wird das Licht aufgrund der Verspiegelung oder der Reflexionsschicht zurückgeworfen und durchläuft die Scheibe erneut. Auch hier ist die Oberseite zumindest teilweise als die Berührungsfläche ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung ist sehr einfach und kostengünstig zu verwirklichen. Zudem wird durch die elastische Ausbildung des optischen Elements und dem dadurch bedingten Nachgeben bei einer Betätigung beispielsweise mit dem Finger ein gutes haptisches Gefühl vermittelt. Auch wenn die Ausübung eines Drucks nicht erforderlich ist, so wird bei dieser Ausführungsvariante das Signal hierdurch verstärkt. Aufgrund der elastischen Ausgestaltung wird die Scheibe gebogen, d. h. sie wird gekrümmt. Untersuchungen haben gezeigt, dass in Bereichen mit gekrümmter Oberfläche die Endringtiefe des Evanescentfeldes in den Außenraum erhöht ist. Dadurch ist insgesamt die Sensitivität erhöht. Dies wird bei der elastischen Ausgestaltung ausgenutzt. Der Schalter ist insgesamt vorzugsweise derart aufgebaut, dass die durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufene mögliche Krümmung einen Biegeradius aufweist, der größer als der kritische untere Biegeradius ist, bei dessen Unterschreiten Licht ausgekoppelt wird, da die Bedingung für die Totalreflexion nicht mehr erfüllt ist. Zudem kann bei geeigneter Ausbildung das optischen Elements selbst bereits als ein Dichtelement gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in ein Gehäuse dienen.According to an expedient embodiment, the optical element as a whole is formed from an elastic material, for example a transparent silicone. Conveniently, in this case, the optical element is formed as a thick disc with at least partially mirrored or at least reflective edge. The light which is radiated into the flat pane on one edge or boundary surface spreads in the interior of the pane and is at least partially reflected at the top and bottom of the flat pane. At the opposite edge of the light is reflected due to the mirroring or the reflective layer and passes through the disc again. Again, the top is at least partially formed as the contact surface. Such a configuration is very easy and inexpensive to implement. In addition, a good haptic feel is mediated by the elastic design of the optical element and the consequent yielding when actuated, for example with the finger. Even if the exercise of a pressure is not required, the signal is thereby amplified in this embodiment. Due to the elastic configuration, the disc is bent, d. H. she is bent. Investigations have shown that in areas with a curved surface, the end-ring depth of the evanescent field is increased to the outside. As a result, the overall sensitivity is increased. This is utilized in the elastic embodiment. Overall, the switch is preferably constructed in such a way that the possible curvature caused by the pressurization has a bending radius that is greater than the critical lower bending radius, below which light is coupled out, since the condition for the total reflection is no longer satisfied. In addition, with suitable design, the optical element itself can already serve as a sealing element against penetration of moisture and dirt into a housing.

Um die Sensitivität des Schalters zu erhöhen, ist vorgesehen, dass der Strahlengang des eingekoppelten Lichts zwei- oder mehrfach über die Berührungsfläche geführt ist, und zwar insbesondere derart, dass die einzelnen Lichtstrahlen an unterschiedlichen Bereichen der Berührungsfläche reflektiert werden, so dass eine vergrößerte sensitive Fläche ausgebildet ist. Zur mehrfachen Strahlführung ist das optische Element vorzugsweise als ein Retroreflektor ausgebildet, oder alternativ hierzu ist zumindest eine Seitenfläche des optischen Elements zur Ausbildung einer Spiegelfläche mit einer Reflexionsbeschichtung versehen.To increase the sensitivity of the switch, it is provided that the beam path of the coupled-in light is guided two or more times over the contact surface, in particular in such a way that the individual light beams are reflected at different regions of the contact surface, so that an enlarged sensitive surface is trained. For multiple beam guidance, the optical element is preferably formed as a retroreflector, or alternatively, at least one side surface of the optical element for forming a mirror surface is provided with a reflection coating.

Zweckdienlicherweise ist auf der Berührungsfläche ein Berührungselement zur mittelbaren Berührung der Berührungsfläche angeordnet, welches derart ausgebildet ist, dass im Betätigungsfall das Berührungselement gegen die Berührungsfläche gedrückt und hierdurch das Evanescentfeld gestört wird. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist also lediglich eine mittelbare Berührung und keine unmittelbare Berührung über den Finger vorgesehen. Das Berührungselement ist hierbei insbesondere ein Schutzelement gegen Staub und Feuchtigkeit, um eine Verschmutzung der Berührungsfläche zu vermeiden. Eine derartige Verschmutzung der Berührungsfläche könnte nämlich prinzipiell ebenfalls zu einer unerwünschten Störung des Evanescentfeldes führen.Conveniently, a contact element for indirect contact of the contact surface is arranged on the contact surface, which is designed such that in the actuation case, the contact element is pressed against the contact surface and thereby the Evanescent field is disturbed. According to this embodiment, therefore, only an indirect contact and no direct contact via the finger is provided. The contact element here is in particular a protective element against dust and moisture in order to avoid contamination of the contact surface. Such contamination of the contact surface could in principle also lead to an undesirable disturbance of the Evanescent field.

Bevorzugt besteht hierbei das Berührungselement aus einem elastischen Material, insbesondere einem Silikongummi. Aufgrund der elastischen Ausbildung ist ein besonders einfaches Anschmiegen an die Oberfläche ermöglicht, wodurch ein effektives Stören des Evanescentfeldes hervorgerufen wird.In this case, the contact element preferably consists of an elastic material, in particular a silicone rubber. Due to the elastic training a particularly simple nestling is made possible on the surface, whereby an effective disturbing the Evanescentfeldes is caused.

Um die Funktionalität in geeigneter Weise zu ermöglichen, ist das Berührungselement in einer zweckdienlichen Ausgestaltung im berührungslosen Zustand durch insbesondere elastisch ausgebildete Stützstellen/Abstandshalter oder durch eine ausreichende Oberflächenrauigkeit von der Oberfläche der Berührungsfläche beabstandet, und zwar zumindest um die Eindringtiefe des Evanescentfeldes in den Außenbereich. Untersuchungen haben ergeben, dass ein Großteil der Lichtenergie des sich im Außenbereich ausbreitenden Lichts sich nur bis zu einer Tiefe in den Außenbereich erstreckt, die 20–50% der Lichtwellenlänge des eingestrahlten Lichts entspricht. Für die Funktionsfähigkeit des Schalters ist daher bereits ausreichend, wenn das Berührungselement beispielsweise eine Oberflächenrauigkeit mit einer Rauigkeitstiefe von beispielsweise der halben Wellenlänge oder mehr aufweist. Wird beispielsweise rotes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 560 nm verwendet, reicht bereits ein Abstand oder eine Rauigkeitstiefe von 300 nm aus. Teilweise können auch Abstandswerte von etwa 100 nm bereits ausreichend sein. Unter Rauigkeitstiefe wird hierbei der mittlere Abstand zwischen den erhabenen Punkten (Spitzen) und den unteren Punkten (Tälern) der rauen Oberfläche verstanden.In order to allow the functionality in a suitable manner, the contact element is in a non-contact state by non-contact state by particularly elastically formed support points / spacers or by a sufficient surface roughness from the surface of the contact surface spaced, at least the penetration depth of the Evanescentfeldes in the outer region. Investigations have shown that much of the light energy of the outdoor propagating light extends only to a depth in the outer area that corresponds to 20-50% of the light wavelength of the incident light. For the operability of the switch is therefore already sufficient if the contact element, for example, has a surface roughness with a roughness depth of, for example, half the wavelength or more. If, for example, red light with a wavelength of about 560 nm is used, a distance or roughness depth of 300 nm is sufficient. In some cases, distance values of about 100 nm may already be sufficient. Roughness depth is understood to mean the average distance between the raised points (peaks) and the lower points (valleys) of the rough surface.

Das Berührungselement selbst kann zur Lichtleitung geeignet und der Lichtsensor zur Detektion von sich im Berührungselement ausbreitenden Lichts vorgesehen sein. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass bei einem Anpressen oder Anschmiegen des Berührungselements an die Berührungsfläche und das damit verbundene Eindringen des Berührungselements in das außenliegenden Evanescentfeld ein Teil des Lichts in das Berührungselement eingekoppelt wird und sich anschließend in diesem ausbreiten kann. Da beim Normalzustand, also dem schaltungslosen Zustand, im Berührungselement keine Lichtausbreitung erfolgt, werden hier bereits geringste Signaländerungen eindeutig als ein Schaltsignal erfasst.The contact element itself may be suitable for the light conduction and the light sensor may be provided for the detection of light propagating in the contact element. This embodiment is based on the consideration that when pressing or nestling of the contact element to the contact surface and the associated penetration of the contact element in the outer Evanescentfeld part of the light is coupled into the contact element and can then spread in this. Since no light propagation takes place in the contact element in the normal state, that is to say the non-switching state, even the slightest signal changes are unambiguously detected here as a switching signal.

Für eine einfache konstruktive Ausgestaltung sind die Lichtquelle sowie der Lichtsensor zweckdienlicherweise auf einer Leiterplatte angeordnet. Lichtquelle und Lichtsensor sind hierbei insbesondere auf der Leiterplatte integrierte LED's, über die Licht in den Lichtwellenleiter eingekoppelt bzw. Licht aus dem Lichtwellenleiter detektiert wird.For a simple structural design, the light source and the light sensor are expediently arranged on a printed circuit board. Light source and light sensor are in this case in particular on the circuit board integrated LED's, coupled via the light in the optical waveguide or light from the optical waveguide is detected.

In einer zweckdienlichen Weiterbildung wird der Schaltungszustand durch optisches Leuchten des optischen Elements angezeigt. Das optische Element wird daher multifunktional eingesetzt, d. h. neben seiner eigentlichen Funktion als Schaltelement dient es zugleich auch als Anzeigeelement, so dass keine weitergehenden Anzeigeelemente notwendig sind. Zum Anzeigen des Schaltungszustands (an/aus) ist hierbei insbesondere eine wechselnde Lichtfarbe, beispielsweise grün/rot, vorgesehen.In an expedient development of the circuit state is indicated by optical illumination of the optical element. The optical element is therefore used multifunctionally, i. H. In addition to its actual function as a switching element, it also serves as a display element, so that no further display elements are necessary. To indicate the state of the circuit (on / off), in particular an alternating light color, for example green / red, is provided here.

Weiterhin ist gemäß einer zweckdienlichen Ausbildung vorgesehen, dass das optische Element selbst beleuchtet ist, um beispielsweise den Schalter im Dunkeln erkennen zu können. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Beleuchtung durch das Licht der Lichtquelle quasi automatisch, d. h. als Lichtquelle wird ein sichtbares Licht gewählt. Alternativ hierzu kann auch eine weitere Lichtquelle vorgesehen sein.Furthermore, according to an expedient embodiment, it is provided that the optical element itself is illuminated in order, for example, to be able to recognize the switch in the dark. Preferably, in this case, the illumination by the light of the light source takes place almost automatically, d. H. as the light source, a visible light is selected. Alternatively, a further light source can be provided.

Da das optische Element üblicherweise ein transparentes Element ist, ist in einer zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass im Inneren des optischen Elements eine Beschriftung oder ein Symbol beispielsweise durch Laserbearbeitung eingebracht ist. Da die Beschriftung bzw. das Symbol im Inneren, also im Volumen angeordnet sind, wird die Sichtbarkeit nicht von Umwelteinflüssen beeinträchtigt und ist dauerhaft beständig.Since the optical element is usually a transparent element, it is provided in an expedient development that a label or a symbol is introduced in the interior of the optical element, for example by laser processing. Since the inscription or the symbol is arranged inside, ie in the volume, the visibility is not impaired by environmental influences and is permanently stable.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung sind weiterhin mehrere Schalter oder Taster nebeneinander zur Ausbildung eines Schaltelements oder Regelelements angeordnet. Insbesondere bilden hierbei die einzelnen Schalter einen Regler oder Schieberegler, wobei die einzelnen Schalter jeweils Ihren Schaltungszustand anzeigen. Durch diese Maßnahme ist insgesamt eine optische Signal-Pegelanzeige verwirklicht. Die einzelnen Schalter sind hierbei vorzugsweise derart miteinander kombiniert oder geschalten, dass jedem Schalter ein spezieller Regelzustand zugeordnet ist und die einzelnen Regelzustände der einzelnen Schalter aufeinander aufbauen.According to an expedient development, a plurality of switches or buttons are further arranged side by side to form a switching element or control element. In particular, in this case, the individual switches form a regulator or slider, the individual switches each indicate their circuit state. By this measure, a total of an optical signal level display is realized. The individual switches are in this case preferably combined or connected to one another in such a way that each switch is assigned a special control state and the individual control states of the individual switches are based on one another.

Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung von Tastenfeldern, beispielsweise Tastaturen od. dgl., sind mehrere Schalter nach Art einer Matrix im Wesentlichen in Reihen und Spalten angeordnet, wobei eine einzelne Lichtquelle oder ein einzelner Lichtsensor gleichzeitig mehreren Schaltern zugeordnet ist, wobei zumindest eine Lichtquelle bzw. zumindest ein Lichtsensor den Reihen und zumindest eine weitere Lichtquelle bzw. ein weiterer Lichtsensor den Spalten zugeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die Anzahl der notwendigen Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden bzw. die Anzahl der notwendigen Lichtsensoren, insbesondere PIN-Dioden, auf ein notwendiges Mindestmaß reduziert. Prinzipiell besteht natürlich auch die Möglichkeit, für jede der einzelnen Zeilen und für jede der einzelnen Spalten sowohl eine Lichtquelle als auch einen Lichtsensor vorzusehen.With regard to a simple and cost-effective design of keypads, such as keyboards od. Like., Several switches in the manner of a matrix are arranged substantially in rows and columns, with a single light source or a single light sensor is associated with several switches simultaneously, at least one Light source or at least one light sensor the rows and at least one further light source or a further light sensor is associated with the columns. By this arrangement, the number of necessary light sources, in particular light-emitting diodes or the number of necessary light sensors, in particular PIN diodes, is reduced to a necessary minimum. In principle, of course, it is also possible to provide both a light source and a light sensor for each of the individual rows and for each of the individual columns.

Generell wird gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung zur eindeutigen Identifizierung des jeweils betätigten Schaltelements bei der Verwendung nur einer Lichtquelle bzw. nur eines Lichtsensors für mehrere Schalter ein Multiplexverfahren eingesetzt. Bei der Verwendung nur eines Lichtsensors und gleichzeitig mehrerer Lichtquellen werden die Lichtquellen beispielsweise im Zeit- und/oder Wellenlängen- und/oder Frequenzmultiplex betrieben. Die einzelnen Lichtquellen unterscheiden sich also im Hinblick auf die von ihnen abgegebene Wellenlänge oder Frequenz bzw. die Lichtquellen werden pulsartig betrieben, wobei die Lichtimpulse der einzelnen Lichtquellen zeitversetzt zueinander gesendet werden. Umgekehrt besteht natürlich auch die Möglichkeit, bei der Verwendung nur einer Lichtquelle und mehrerer Lichtsensoren, diese im Zeitmultiplexverfahren, d. h. periodisch und zeitversetzt zueinander auszulesen. In general, according to an expedient development for the unambiguous identification of the respectively actuated switching element when using only one light source or only one light sensor for a plurality of switches, a multiplex method is used. When using only one light sensor and simultaneously several light sources, the light sources are operated, for example, in time and / or wavelength and / or frequency multiplex. The individual light sources thus differ with regard to the wavelength or frequency emitted by them or the light sources are operated in a pulse-like manner, the light pulses of the individual light sources being transmitted with a time offset to one another. Conversely, of course, there is also the possibility of using only one light source and multiple light sensors to read them out in time-division multiplexing, ie periodically and with a time offset from one another.

Der hier beschriebene Schalter oder eine Anordnung von mehreren miteinander zu einem Tastenfeld verbundenen Schaltern bietet sich prinzipiell für alle schaltungstechnischen Anwendungen an. Ein besonderer Vorteil liegt in der optischen und damit spannungsfreien Signalgebung, so dass sich derartige Schalter insbesondere auch zur Anwendung in explosionsgefährdeten Bereichen anbieten. Da zudem keine elektrischen metallischen Komponenten notwendig sind, können auch keine Kontaktprobleme beispielsweise aufgrund von Korrosion od. dgl. auftreten. Daher eignen sich diese Schalter auch zur Anwendung in von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Gasen, Flüssigkeiten, Feuchtigkeit, etc. beanspruchten Bereichen, ohne dass die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.The switch described here or an arrangement of a plurality of switches connected to one another to a keypad is in principle suitable for all circuit-technical applications. A particular advantage lies in the optical and hence voltage-free signaling, so that such switches are also particularly suitable for use in potentially explosive areas. In addition, since no electrical metallic components are necessary, no contact problems, for example due to corrosion od. Like. Occur. Therefore, these switches are also suitable for use in areas exposed to external influences, such as, for example, gases, liquids, moisture, etc., without the functionality being impaired.

Ein weiterer entscheidender Vorteil dieser Schalter ist darin zu sehen, dass zur Auslösung des Schaltsignals kein Schaltweg erforderlich ist. Vielmehr reicht ein Berühren der Berührungsfläche aus. Lediglich bei der Verwendung eines Betätigungselements zur mittelbaren Berührung muss dieses geringfügig gegen die Berührungsfläche gedrückt werden. Da jedoch die Berührungsfläche, also das optische Element in ihrer Position nicht verändert und auch in keinster Weise gebogen zu werden braucht, sie also vollkommen ortsfest ist, können die hier beschriebenen Schalter auch als „Null-Weg-Schalter” bezeichnet werden. Zum einen ist hierdurch ein sehr schnelles Schalten gewährleistet, so dass sich diese Schalter insbesondere auch für Anwendungen geeignet sind, bei denen schnellstschaltende Schalter erforderlich sind. Ein Anwendungsbeispiel ist hier beispielsweise die Sensorik in einem Kraftfahrzeug im Falle eines Unfalls, um zugeordnete Sicherheitsmaßnahmen möglichst unverzüglich zu lösen. Derartige Schalter können darüber hinaus auch als Sicherheitsschalter beispielsweise bei Maschinen zum Einklemmschutz od. dgl. eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet im Kraftfahrzeugbereich für den Null-Weg-Schalter ist die Hupe, die üblicherweise durch Betätigen der Lenkradmitte eines Lenkrads ausgelöst wird. Bei herkömmlichen Hupen muss hierbei eine vorbestimmte Weglänge zurückgelegt werden, um zwei Kontaktteile eines elektrischen Kontakts miteinander zu verbinden. Da gleichzeitig in der Lenkradmitte üblicherweise ein Airbag enthalten ist, führt die herkömmliche Ausbildung mit einem elektrischen Schalter mitunter zu konstruktiven Problemen.Another key advantage of this switch is the fact that no switching path is required to trigger the switching signal. Rather, touching the contact surface is sufficient. Only when using an actuator for indirect contact this must be pressed slightly against the contact surface. However, since the contact surface, so the optical element does not need to be changed in position and bent in any way, so it is completely stationary, the switches described here can also be referred to as a "zero-way switch". First, this ensures a very fast switching, so that these switches are particularly suitable for applications where Schnellstschaltende switches are required. An example of an application here is, for example, the sensor system in a motor vehicle in the event of an accident in order to solve associated safety measures as promptly as possible. Such switches can also od as a safety switch, for example, in machines for anti-trap. The like. Be used. Another area of application in the field of motor vehicles for the zero-way switch is the horn, which is usually triggered by pressing the steering wheel center of a steering wheel. In conventional horns here a predetermined path length must be covered in order to connect two contact parts of an electrical contact with each other. Since at the same time in the center of the steering wheel usually an airbag is included, the conventional design with an electrical switch sometimes leads to design problems.

Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Prinzipdarstellungen:Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the figures. In each case, schematic and greatly simplified schematic representations show:

1 den prinzipiellen Aufbau eines optischen Schalters oder Tasters unter Verwendung eines optischen Elements, 1 the basic structure of an optical switch or probe using an optical element,

2 den prinzipiellen Aufbau gemäß 1 mit mehrfachem Strahlengang, 2 the basic structure according to 1 with multiple beam path,

3 den Aufbau eines optischen Elements mit einem prismaartigen Grundkörper und einer Abdeckplatte, 3 the construction of an optical element with a prism-like base body and a cover plate,

4 eine Ausgestaltung, bei dem auf dem optischen Element ein Berührungselement angeordnet ist, 4 an embodiment in which a contact element is arranged on the optical element,

5 eine beispielhafte Querschnittsdarstellung eines Schalters/Tasters, 5 an exemplary cross-sectional view of a switch / button,

6 eine stark vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines optischen Schalters/Tasters unter Verwendung eines gebogenen Lichtwellenleiters, 6 a highly simplified representation of the basic structure of an optical switch / button using a bent optical waveguide,

7 u. 8 unterschiedliche Querschnittsformen für den Lichtwellenleiter, 7 u. 8th different cross-sectional shapes for the optical waveguide,

9 ein nach Art einer Wendel gebogener Lichtwellenleiter, 9 a waveguide bent in the manner of a helix,

10 ein nach Art einer Schlaufe gebogener Lichtwellenleiter, 10 an optical waveguide bent in the manner of a loop,

11 ein nach Art einer Spirale gebogener Lichtwellenleiter, 11 an optical waveguide bent in the manner of a spiral,

12 ein nach Art eines Wellenrings ausgestalteter Lichtwellenleiter, 12 an optical waveguide designed in the manner of a wave ring,

13 ein verseilter Lichtwellenleiter, 13 a stranded optical fiber,

14 ein um ein Griffelement gewickelter Lichtwellenleiter, 14 a wound around a handle element optical fiber,

15 mehrere nebeneinander angeordnete Schalter zur Ausbildung eines Schalt- oder Regelelements, 15 a plurality of juxtaposed switches for forming a switching or control element,

16 einen Querschnitt durch ein gewölbt ausgebildetes optisches Element gemäß der Erfindung mit einer geraden, horizontal verlaufenden Berührungsfläche, wobei gewölbte Teilbereiche der Oberseite sowie die gewölbte Unterseite als Parabolflächen ausgebildet sind, 16 a cross section through a curved formed optical element according to the invention with a straight, horizontally extending contact surface, wherein curved portions of the top and the curved bottom are formed as parabolic surfaces,

17A, B eine Querschnittsdarstellung bzw. eine Aufsicht auf ein gewölbt nach Art einer gewölbten Scheibe oder einer Linse ausgebildetes optisches Element gemäß der Erfindung, 17A B is a cross-sectional view and a top view of an arched or lens-like curved optical element according to the invention;

18A, B grob vereinfachte Seitendarstellungen eines optischen Elements mit einem darüber angeordneten lichtleitfähigen Betätigungselement im unbelasteten bzw. belasteten Zustand (Schaltzustand), wobei ein Lichtsensor zur Detektion von sich im Betätigungselement ausbreitenden Lichts vorgesehen ist, 18A , B roughly simplified side views of an optical element with a light-conducting actuating element arranged above it in the unloaded or loaded state (switching state), wherein a light sensor is provided for detecting light propagating in the actuating element,

19A, B eine Aufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines elastischen, nach Art einer flachen Scheibe ausgebildeten optischen Elements, wobei zumindest ein Teilbereich des Scheibenrands spiegelartig ausgebildet ist, 19A B is a plan view and a cross-sectional view of an elastic, formed in the manner of a flat disc optical element, wherein at least a portion of the disc rim is formed like a mirror,

20 eine matrixförmige Anordnung mehrerer einzelner Schalter beispielsweise gemäß den 17A, B, 20 a matrix-shaped arrangement of a plurality of individual switches, for example according to the 17A , B,

21 eine matrixförmige Anordnung von insgesamt vier Schaltern einer weiteren Schaltervariante, 21 a matrix-like arrangement of a total of four switches of a further switch variant,

22 eine schematische und stark vereinfachte Darstellung zur Beschaltung und Auswertung der Signale bei einer matrixförmigen Anordnung mehrerer Schalter. 22 a schematic and highly simplified representation for wiring and evaluation of the signals in a matrix arrangement of several switches.

Gleich wirkende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Equal-acting parts are provided in the figures with the same reference numerals.

Ein erster Grundtyp eines optischen Schalters 2A ist in unterschiedlichen Ausführungsvarianten zu den 1 bis 5 sowie zu den 16 bis 20 beschrieben. Dieser Schalter 2A oder auch Taster umfasst als optisches Element 4 ein Prisma, in das über eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 6 Licht eingekoppelt wird. Das sich entlang eines Strahlengangs 8 ausbreitende Licht wird anschließend wieder ausgekoppelt und von einem ebenfalls als Leuchtdiode ausgebildeten Lichtsensor 10 empfangen. Die Lichtquelle 6 und der Lichtsensor 10 stehen mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit 12 in Verbindung, in der das vom Sensor 10 erfasste Signal insbesondere durch Vergleich mit dem über die Lichtquelle 6 eingespeisten Licht im Hinblick auf eine Intensitätsschwächung ausgewertet wird. Wird von der Auswerteeinheit 12 eine Intensitätsverringerung beispielsweise unter einen vorgegebenen Wert erfasst, so wird dies von der Auswerteeinheit 12 als Schalten bewertet und die Auswerteeinheit 12 gibt ein Schaltsignal S ab.A first basic type of optical switch 2A is in different variants to the 1 to 5 as well as to the 16 to 20 described. This switch 2A or also comprises buttons as an optical element 4 a prism into which a light source formed as a light emitting diode 6 Light is coupled. That is along a ray path 8th Spreading light is then decoupled again and by a likewise designed as a light emitting diode light sensor 10 receive. The light source 6 and the light sensor 10 stand with a control and evaluation unit 12 in contact, in that of the sensor 10 detected signal in particular by comparison with the on the light source 6 fed light is evaluated in terms of intensity attenuation. Is from the evaluation unit 12 detects an intensity reduction, for example, below a predetermined value, this is done by the evaluation unit 12 rated as switching and the evaluation unit 12 outputs a switching signal S.

Das optische Element 4 ist ein optisches Prisma aus einem lichtleitenden Material, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, insbesondere PMMA, etc. Insbesondere ist das optische Element 4 transparent und/oder eingefärbt.The optical element 4 is an optical prism made of a light-conducting material, such as glass or plastic, in particular PMMA, etc. In particular, the optical element 4 transparent and / or colored.

Es weist in den Ausführungsbeispielen 1 bis 5 eine trapezartige Querschnittsfläche mit zwei gegenüberliegenden, parallel verlaufenden Grundflächen 14 sowie zwei zueinander geneigten Seiten- oder Trapezflächen 16 auf. Im Bereich der Trapezflächen 16 wird das Licht ein- bzw. ausgekoppelt. Der Strahlengang 8 des Lichts innerhalb des optischen Elements 4 ist hierbei derart gewählt, dass das Licht im Bereich einer Berührungsfläche 18, die ein Teilstück der Außenoberfläche der einen Grundfläche 14 bildet, an der Grenzfläche zur Umgebung (hier Luft) reflektiert wird und zum Lichtsensor 10 zurückgeworfen wird.It has in the embodiments 1 to 5 a trapezoidal cross-sectional area with two opposite, parallel base surfaces 14 and two mutually inclined side or trapezoidal surfaces 16 on. In the area of trapezoidal surfaces 16 the light is switched on or off. The beam path 8th of the light within the optical element 4 is here chosen such that the light in the area of a contact surface 18 , which is a section of the outer surface of a base 14 forms, is reflected at the interface with the environment (here air) and the light sensor 10 is thrown back.

Im Reflexionsbereich, also im Bereich der Berührungsfläche 18, bildet sich im oberflächennahen Außenbereich das so genannte Evanescentfeld aus. Die typische Eindringtiefe des Evanescentfeldes in den Außenraum liegt etwa zwischen 1 und 5 μm. Das Licht setzt sich also innerhalb dieses Außenbereiches im Außenraum fort. Der Verlauf des Strahlengangs 8 ist innerhalb der gegebenen Randbedingungen derart gewählt, dass im normalen, berührungslosen Zustand im Bereich der Berührungsfläche 18 eine zumindest weitgehende Totalreflexion stattfindet, so dass vom Lichtsensor 10 das über die Lichtquelle 6 eingespeiste Licht weitgehend verlustfrei empfangen wird. Maßgebend für den Verlauf des Strahlengangs sind insbesondere der Brechungsindex des Materials des optischen Elements 4, der Brechungsindex der äußeren Umgebung sowie die Orientierung der Trapezflächen 16 zu den Grundflächen 14 (Prismenwinkel). Wird nun die Berührungsfläche 18 direkt mit dem Finger oder mittelbar mit einem Berührungselement 20 (4) berührt, so wird das Evanescentfeld gestört und es kommt zu einer Intensitätsverringerung des durch das optische Element 4 laufenden Lichts. Diese Intensitätsminderung wird als Schalten erfasst.In the reflection area, ie in the area of the contact area 18 , the so-called evanescent field is formed in the near-surface outer area. The typical penetration depth of the evanescent field into the outer space is approximately between 1 and 5 μm. The light thus continues within this outdoor area in the outdoor area. The course of the beam path 8th is chosen within the given boundary conditions such that in the normal, non-contact state in the region of the contact surface 18 an at least substantial total reflection takes place, so that the light sensor 10 that about the light source 6 fed light is received largely lossless. Decisive for the course of the beam path are in particular the refractive index of the material of the optical element 4 , the refractive index of the external environment and the orientation of the trapezoidal surfaces 16 to the base areas 14 (Prism angle). Will now be the touchpad 18 directly with the finger or indirectly with a contact element 20 ( 4 ), so the Evanescentfeld is disturbed and there is an intensity reduction of the through the optical element 4 running light. This intensity reduction is detected as switching.

Gemäß der Ausführungsvariante nach 1 sind die Lichtquelle 6 und der Lichtsensor 10 an den gegenüberliegenden Trapezflächen 16 angeordnet, so dass ein einziger Lichtstrahl durch das optische Element 4 läuft. Im Unterschied hierzu ist gemäß der Ausführungsvariante nach 2 vorgesehen, dass der Lichtstrahl mehrfach, im Ausführungsbeispiel zweifach, im Bereich der Berührungsfläche 18 reflektiert wird, und zwar an unterschiedlichen Stellen innerhalb der Berührungsfläche 18. Es bilden sich hier also zwei Bereiche mit einem Evanescentfeld aus. Bei Berührung wird daher die Lichtausbreitung zweifach durch Störung des Evanescentfeldes geschwächt, so dass insgesamt eine deutlichere Intensitätsverminderung erfolgt, wodurch der Schalter 2A insgesamt sensitiver auf Berührung ist.According to the embodiment according to 1 are the light source 6 and the light sensor 10 on the opposite trapezoidal surfaces 16 arranged so that a single beam of light through the optical element 4 running. In contrast, according to the embodiment according to 2 intended, that the light beam multiple, in the exemplary embodiment twice, in the region of the contact surface 18 is reflected, at different locations within the interface 18 , So here are two areas with an evanescent field. Upon contact, therefore, the light propagation is weakened twice by disturbing the Evanescentfeldes, so that a total of a clearer intensity reduction takes place, causing the switch 2A altogether more sensitive to touch.

Um die mehrfache Führung des Strahlengangs 8 über die Berührungsfläche 18 zu erzielen ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 vorgesehen, dass sowohl die Lichtquelle 6 als auch der Lichtsensor 10 an der einen der beiden Trapezflächen 16 angeordnet sind, und dass der Lichtstrahl an der gegenüberliegenden Trapezfläche 16 gespiegelt wird. Diese gegenüberliegende Trapezfläche 16 ist mit einer Reflexionsbeschichtung versehen und bildet eine versiegelte Fläche. Alternativ zu der Ausbildung einer verspiegelte Fläche ist das optische Element 4 insgesamt als so genannter Retroreflektor ausgebildet. Hierzu ist die zweite Trapezfläche 16 selbst nach Art eines Prismas ausgeformt, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Durch diese spezielle Formgebung wird das Licht durch Mehrfachreflexionen an den Grenzflächen wieder in das optische Element zurückgeworfen.To the multiple guidance of the beam path 8th over the contact surface 18 can be achieved according to the embodiment according to 2 provided that both the light source 6 as well as the light sensor 10 on one of the two trapezoidal surfaces 16 are arranged, and that the light beam on the opposite trapezoidal surface 16 is mirrored. This opposite trapezoidal surface 16 is provided with a reflective coating and forms a sealed surface. An alternative to the formation of a mirrored surface is the optical element 4 altogether as a so-called retroreflector trained. This is the second trapezoidal surface 16 itself formed in the manner of a prism, as indicated by the dashed line. Due to this special shaping, the light is thrown back into the optical element by multiple reflections at the interfaces.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das optische Element 4 insgesamt gebildet durch einen prismaartigen Grundkörper 22, auf dem eine Abdeckplatte 24 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Grundkörper 22 angeordnet ist. Zwischen dem Grundkörper 22 und der Abdeckplatte 24 ist eine dünne Schicht eines Haftvermittlers 26 vorgesehen. Die Abdeckplatte 24 bildet daher einen Teil des optischen Elements 4, d. h. der Strahlengang 8 durchläuft zunächst den Grundkörper 22 und anschließend auch die Abdeckplatte 24, bis er an der Außenoberfläche der Abdeckplatte 24 im Bereich der Berührungsfläche 18 reflektiert und anschließend wieder durch die Abdeckplatte 24 und durch den Grundkörper 22 zurückgeführt wird. Der Strahlengang 8 wird also an der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper 22 und der Abdeckplatte 24 nicht reflektiert.In the embodiment according to 3 is the optical element 4 in total formed by a prism-like basic body 22 on which a cover plate 24 preferably made of the same material as the main body 22 is arranged. Between the main body 22 and the cover plate 24 is a thin layer of a primer 26 intended. The cover plate 24 therefore forms part of the optical element 4 ie the beam path 8th first goes through the main body 22 and then the cover plate 24 until it touches the outer surface of the cover plate 24 in the area of the contact surface 18 reflected and then again through the cover plate 24 and through the main body 22 is returned. The beam path 8th So it is at the interface between the main body 22 and the cover plate 24 not reflected.

Die Abdeckplatte 24 überdeckt vorzugsweise den Grundkörper 22 großflächig und erlaubt somit ein hier nicht näher dargestelltes Gehäuse, in dem die einzelnen Schaltelemente integriert sind, dichtend zu verschließen. Die Abdeckplatte 24 bildet daher eine von außen zugängliche Seite des Schalters 2A.The cover plate 24 preferably covers the main body 22 over a large area and thus allows a not shown here housing, in which the individual switching elements are integrated to seal sealing. The cover plate 24 therefore forms an externally accessible side of the switch 2A ,

Im Unterschied hierzu ist gemäß der Ausführungsvariante nach 4 das bereits erwähnte und insbesondere plattenförmige Berührungselement 20 vorgesehen, welches auf das optische Element 4 aufgebracht ist. Die eigentliche Berührungsfläche 18 ist hierbei im Grenzbereich zwischen dem optischen Element 4 und dem Berührungselement 20 angeordnet, d. h. in diesem Zwischenraum bildet sich das Evanescentfeld aus. Wird das Berührungselement 20 betätigt, also gegen das optische Element 4 im Bereich der Berührungsfläche 18 gedrückt, so wird das Evanescentfeld gestört. Das Berührungselement 20 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet und besteht beispielsweise aus Silikon oder einem ähnlichen Material. Wichtig für die Funktionsfähigkeit ist, dass das Berührungselement 20 im berührungslosen Zustand einen Zwischenraum zu der Oberfläche des optischen Elements 4 ausbildet, in dem sich das Evanescentfeld ausbreiten kann. Zur Gewährleistung dieses Zwischenraums sind beispielsweise einzelne, diskrete Stützstellen 28 an der Unterseite des Berührungselements 20 angeformt, die nach Art von Abstandshaltern wirken. Alternativ weist das Berührungselement 20 insgesamt eine ausreichend große Oberflächenrauigkeit auf, wie sie durch die Darstellung in der rechten Bildhälfte der 4 angedeutet ist.In contrast, according to the embodiment according to 4 the already mentioned and in particular plate-shaped contact element 20 provided, which on the optical element 4 is applied. The actual contact surface 18 is here in the border region between the optical element 4 and the touch element 20 arranged, ie in this space, the Evanescentfeld forms. Will be the touch element 20 operated, ie against the optical element 4 in the area of the contact surface 18 pressed, the Evanescent field is disturbed. The touch element 20 is preferably formed of an elastic material and consists for example of silicone or a similar material. Important for the functionality is that the touch element 20 in the non-contact state, a gap to the surface of the optical element 4 training, in which the Evanescentfeld can spread. To ensure this gap, for example, individual, discrete interpolation points 28 at the bottom of the touch element 20 molded, which act in the manner of spacers. Alternatively, the touch element 20 Overall, a sufficiently large surface roughness, as indicated by the illustration in the right half of the 4 is indicated.

5 zeigt einen Schalter 2A mit einem solchen Berührungselement 20, wobei hier auf einer Leiterplatte 30 die Lichtquelle 6, der Lichtsensor 10 sowie die Auswerteeinheit 12 angeordnet und über eine Leiterplattenverdrahtung miteinander verbunden sind. Auf der Leiterplatte 30 sind zwei weitere als Leuchtdioden ausgebildete Lichtquellen 32 angeordnet. Diese werden ebenfalls über die Auswerteeinheit 12 angesteuert und zeigen beispielsweise den Schaltungszustand des Schalters 2A an. Die einzelnen zum Schalter 2A gehörigen Elemente sind hierbei in einem gemeinsamen Schaltergehäuse 34 untergebracht. Die eigentliche Schalter- oder Tastfläche 36 fluchtet hierbei mit dem Schaltergehäuse 30 und steht nicht über. 5 shows a switch 2A with such a contact element 20 , being here on a circuit board 30 the light source 6 , the light sensor 10 as well as the evaluation unit 12 arranged and connected to each other via a printed circuit board wiring. On the circuit board 30 are two more than light emitting diodes formed light sources 32 arranged. These are also transmitted via the evaluation unit 12 controlled and show, for example, the circuit state of the switch 2A at. The individual to the switch 2A belonging elements here are in a common switch housing 34 accommodated. The actual switch or touch surface 36 Aligns with the switch housing 30 and does not stand over.

Bei einem zweiten Typ eines optischen Schalters 2B ist als optisches Element an Stelle des optischen Elements 4 ein Lichtwellenleiter 40 vorgesehen. Ein möglicher prinzipieller Aufbau des Schalters 2B ist der Darstellung nach 6 zu entnehmen. Danach ist vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter 40 innerhalb eines Schaltergehäuses 34 bogenförmig von der Lichtquelle 6 zu dem Lichtsensor 10 verläuft. Die Lichtausbreitung innerhalb des Lichtwellenleiters 40 erfolgt durch mehrfache Reflexion. Das würfelartig ausgebildete Schaltergehäuse 34 besteht selbst beispielsweise wiederum aus einem lichtleitenden Material, insbesondere Vollmaterial, so dass das Schaltergehäuse 34 über die weitere Lichtquelle 32 beleuchtbar ist. Der Lichtwellenleiter 40 wird an der Oberseite des Schaltergehäuses 34 entlanggeführt, wo sich die Berührungsfläche 18 ausbildet, d. h. in diesem Bereich ist der Lichtwellenleiter 40 von außen zugänglich. Anstelle der unmittelbaren Zugänglichkeit von außen ist in einer alternativen Ausführungsform ein Berührungselement 20 vorgesehen und der Schalter 2B weist einen vergleichbaren Aufbau auf, wie er zu 5 beschrieben ist.In a second type of optical switch 2 B is as an optical element in place of the optical element 4 an optical fiber 40 intended. A possible basic structure of the switch 2 B is according to the illustration 6 refer to. Thereafter, it is envisaged that the optical fiber 40 inside a switch housing 34 arcuate from the light source 6 to the light sensor 10 runs. The light propagation within the optical waveguide 40 done by multiple reflection. The cube-shaped switch housing 34 itself consists for example of a light-conducting material, in particular solid material, so that the switch housing 34 over the further light source 32 is illuminated. The optical fiber 40 is at the top of the switch housing 34 guided along where the contact surface 18 forms, ie in this area is the optical fiber 40 accessible from outside. Instead of the immediate accessibility from the outside, in an alternative embodiment, a contact element 20 provided and the switch 2 B has a similar structure as it 5 is described.

Prinzipiell kann der Lichtwellenleiter 40 eine beliebige Querschnittsform aufweisen. Hat sie einen kreisrunden Querschnitt, so ist die sensitive Fläche im Bereich der Berührungsfläche 18 sehr klein, so dass bei einer Berührung nur eine geringe Intensitätsveränderung detektierbar ist. Der Lichtwellenleiter 40 ist insbesondere ein langgestreckter strangförmiger und vorzugsweise steifer und formstabiler Körper, welcher beispielsweise durch Spritzguss gebildet ist und einen Durchmesser von etwa 2–5 mm aufweist. Sofern zweckdienlich können auch biegeelastische und dünnere Lichtwellenleiter eingesetzt werden.In principle, the optical waveguide 40 have any cross-sectional shape. If it has a circular cross-section, the sensitive surface is in the area of the contact surface 18 very small, so that only a slight change in intensity is detectable upon contact. The optical fiber 40 is in particular an elongated strand-shaped and preferably rigid and dimensionally stable body, which is formed for example by injection molding and has a diameter of about 2-5 mm. If appropriate also flexurally elastic and thinner optical waveguides can be used.

Gemäß einer ersten Variante ist daher vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter 40 insbesondere im Bereich der Berührungsfläche 18 einen nicht runden und insbesondere abgeflachten Querschnitt aufweist, d. h. im Bereich der Berührungsfläche weist der Lichtwellenleiter selbst eine vergleichsweise große ebene Fläche auf. Dies wird beispielsweise erzielt durch eine annähernd elliptische Geometrie, durch einen Anschliff eines ursprünglich kreisrunden Lichtwellenleiters 40, wie dies in den 7 und 8 beispielhaft dargestellt ist, oder durch eine mehreckige Querschnittsform.According to a first variant, it is therefore provided that the optical waveguide 40 especially in the area of the contact surface 18 has a non-round and in particular flattened cross-section, ie in the region of the contact surface of the optical waveguide itself has a comparatively large flat surface. This is achieved for example by an approximately elliptical geometry, by a polished section of an originally circular optical waveguide 40 like this in the 7 and 8th is exemplified, or by a polygonal cross-sectional shape.

Zur Vergrößerung der sensitiven Fläche ist zusätzlich oder alternativ gemäß den Ausführungsbeispielen der 9 bis 14 vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter 40 mehrfach im Bereich der Berührungsfläche 18 entlanggeführt ist. Gemäß der 9 ist hierbei der Lichtwellenleiter 40 nach Art einer Wendel ausgebildet, so dass mehrere Wendelgänge 42 insbesondere unmittelbar aneinander anliegend angeordnet sind. Bei Betätigung werden daher gleichzeitig mehrere der Oberflächen der Wendelgänge 42 berührt, so dass gleichzeitig an mehreren Teilstellen des Lichtwellenleiters 40 das Evanescentfeld gestört wird. Alternativ zur Wendel ist der Lichtwellenleiter 40 gemäß 10 nach Art einer Schlaufe oder Schleife geführt.To increase the sensitive area is additionally or alternatively according to the embodiments of the 9 to 14 provided that the optical fiber 40 several times in the area of the contact area 18 is guided along. According to the 9 Here is the optical fiber 40 designed in the manner of a helix, so that several helical turns 42 are arranged in particular directly adjacent to each other. Upon actuation, therefore, simultaneously several of the surfaces of the helical turns 42 touched, so that at the same time at several partial points of the optical waveguide 40 the Evanescent field is disturbed. Alternative to the helix is the optical waveguide 40 according to 10 guided in the manner of a loop or loop.

Gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 11 oder 12 ist der Lichtwellenleiter 40 nach Art einer in einer Ebene liegenden Spirale mit einer Mehrzahl von Spiralgängen bzw. nach Art eines Wellenrings ausgebildet. Bei der Spirale bildet die Spiralebene, also die Außenoberfläche der in einer Ebene angeordneten Spiralgänge, die Berührungsfläche 18. Anstelle der Spirale oder des Wellenrings kann der Lichtwellenleiter 40 auch beliebig innerhalb einer Ebene oder nach Art eines Faserknäuels geführt sein.According to the embodiments of the 11 or 12 is the fiber optic cable 40 formed in the manner of a lying in a plane spiral with a plurality of spiral gears or in the manner of a shaft ring. In the case of the spiral, the spiral plane, that is to say the outer surface of the spiral paths arranged in a plane, forms the contact surface 18 , Instead of the spiral or the wave ring, the optical waveguide 40 also be guided arbitrarily within a plane or in the manner of a fiber nugget.

Zur Erhöhung der Sensibilität ist gemäß 13 vorgesehen, dass der Lichtwellenleiter 40 mit sich selbst verseilt, also mehrfach miteinander verschlungen ist. Hierbei sind mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Teilstränge des Lichtwellenleiters 40 miteinander verdrillt. Wie in 13 dargestellt, ist der verseilte Lichtwellenleiter 40 zudem in einem Kreis geführt, welcher die Berührungsfläche 18 definiert. Mit dem verseilten Lichtwellenleiter 40 gemäß 13 lassen sich prinzipiell auch die Geometrien gemäß den 9 bis 12 ausgestalten.To increase sensitivity is according to 13 provided that the optical fiber 40 stranded with itself, that is, several times entwined with each other. Here are at least two, preferably several sub-strands of the optical waveguide 40 twisted together. As in 13 is shown, the stranded optical waveguide 40 also guided in a circle, which the contact surface 18 Are defined. With the stranded optical fiber 40 according to 13 In principle, the geometries according to the 9 to 12 embellish.

Gemäß der Ausführungsvariante nach 14 ist der Lichtwellenleiter 40 um ein Griffelement 41 spiralförmig und doppelsträngig geführt. Wird das Griffelement 41 berührt und insbesondere umgriffen, wird das Schaltsignal erzeugt. Ein derartiger Griff-Schalter bietet sich beispielsweise für Sicherheitsschaltungen bei Maschinen an, bei denen zum Personenschutz der Maschinenbetrieb nur bei gleichzeitiger Betätigung zweier Schalter erfolgt.According to the embodiment according to 14 is the fiber optic cable 40 around a handle element 41 spirally and double-stranded out. Will the handle element 41 touched and especially embraced, the switching signal is generated. Such a handle switch offers, for example, safety circuits in machines in which the machine operation takes place for personal protection only when two switches simultaneously.

Bei den Ausführungsvarianten nach den 9 bis 14 liegt der kleinste Krümmungsradius des Lichtwellenleiters 40 oberhalb eines unteren Grenzwerts, damit sichergestellt ist, dass im unberührten Zustand eine Totalreflexion innerhalb des Lichtwellenleiters bei der Lichtausbreitung sichergestellt ist.In the embodiments according to the 9 to 14 is the smallest radius of curvature of the optical waveguide 40 above a lower limit, to ensure that in the pristine state, total internal reflection within the optical fiber is ensured during light propagation.

Gemäß der Ausführungsvariante nach 15 sind mehrere einzelne Schalter 2A zu einem Schieberegler 44 nebeneinander angeordnet. Durch einfaches Berühren der Oberflächen der einzelnen Schalter 2A, 2B werden hierbei die einzelnen Schalter aktiviert. Der Zustand der aktivierten Schalter wird hierbei durch Leuchten des Schalters 2A, 2B selbst angezeigt, so dass sich insofern eine Art Pegelanzeige ergibt. Die einzelnen Schalter 2A, 2B sind zweckdienlicherweise miteinander derart verschaltet, dass sie nur aufeinander folgend geschalten werden können, wie dies bei einem Schieberegler der Fall ist.According to the embodiment according to 15 are several individual switches 2A to a slider 44 arranged side by side. By simply touching the surfaces of each switch 2A . 2 B In this case, the individual switches are activated. The state of the activated switch is here by lighting the switch 2A . 2 B itself, so that there is a kind of level indication. The individual switches 2A . 2 B are conveniently interconnected so that they can only be switched sequentially, as is the case with a slider.

Die Ausführungsbeispiele der 16 bis 20 zeigen weiterer Abwandlungen des ersten Grundtyps des optischen Schalters 2A. Bei der Ausführungsvariante gemäß 16 ist das optische Element 4 insgesamt nach Art eines Parabolspiegels bzw. einer Parabolantenne ausgebildet und weist hierzu eine gewölbt ausgebildete Oberseite 46 sowie eine komplementär hierzu gewölbt ausgebildete Unterseite 48 auf. Das optische Element 4 ist um eine Mittenachse 50 rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine untere, ringartige Begrenzungsfläche 52 auf, über die an einer Stelle das Licht vom Lichtsensor 10 eingekoppelt und gegenüberliegend hierzu zum Lichtsensor 10 hin wiederum ausgekoppelt wird. Innerhalb des optischen Elements erfolgt die Lichtausbreitung durch Mehrfachreflexion. Die Krümmung der Oberseite 46 sowie der Unterseite 48, an deren Grenzflächen jeweils das Licht reflektiert wird, ist hierbei derart gewählt, dass das von der Lichtquelle 6 stammende divergente Licht, welches beispielsweise einen Divergenzwinkel α von 30° aufweist, zur Berührungsfläche 18 hin kollimiert wird, so dass auf die Berührungsfläche 18 ein paralleles Strahlenbündel auftrifft und dort reflektiert wird. Die Berührungsfläche 18 selbst ist als horizontale Ebene ausgebildet und stellt im Ausführungsbeispiel die Oberseite eines scheibenartigen Fortsatzes des optischen Elements 4 dar.The embodiments of the 16 to 20 show further modifications of the first basic type of the optical switch 2A , In the embodiment according to 16 is the optical element 4 formed in the manner of a parabolic mirror or a parabolic antenna and has for this purpose a curved trained top 46 and a complementarily curved arched underside 48 on. The optical element 4 is about a center axis 50 formed rotationally symmetrical and has a lower, annular boundary surface 52 on, over which in one place the light from the light sensor 10 coupled and opposite to the light sensor 10 in turn is decoupled. Within the optical element, the light propagation takes place by multiple reflection. The curvature of the top 46 as well as the bottom 48 , at the interfaces of which the light is reflected, in this case is chosen such that the of the light source 6 originating divergent light, which for example has a divergence angle α of 30 °, to the contact surface 18 is collimated, so that on the contact surface 18 a parallel beam impinges and is reflected there. The contact surface 18 itself is formed as a horizontal plane and, in the embodiment, the top of a disc-like extension of the optical element 4 represents.

Bei der Ausführungsvariante gemäß den 17A, 17B ist das optische Element 4 als eine gewölbte Scheibe mit einer gekrümmten dicken Oberseite 26 und einer gekrümmten Unterseite 48 ausgebildet. Die Begrenzungsfläche 52, in die das Licht ein- bzw. ausgekoppelt wird, wird in diesem Ausführungsbeispiel durch den umlaufenden und vertikal orientierten Rand der gekrümmten Scheibe gebildet. Insgesamt ist das optische Element 4 daher nach Art einer gekrümmten Linse ausgebildet. Die Lichtquelle 6 sowie der Lichtsensor 10 sind auf der Leiterplatte 30 auf gleicher Höhe gegenüberliegend angeordnet. Durch die gekrümmte Ausgestaltung des optischen Elements 4, ist ein direktes Bestrahlen des Lichtsensors 10 durch die Lichtquelle 6 vermieden. Die gesamte Anordnung, also Lichtquelle 6, Lichtsensor 10 sowie dazwischen angeordnetes optisches Element 4 sind gemeinsam von dem Berührungselement 20 überdeckt. Im durch die Wölbung gebildeten Zwischenraum zwischen der Unterseite 48 und der Leiterplatte 30 ist auf die Leiterplatte 30 eine weitere Lichtquelle 32 aufgesetzt, die zur Beleuchtung des Schalters dient.In the embodiment according to the 17A . 17B is the optical element 4 as a domed disc with a curved thick top 26 and a curved bottom 48 educated. The boundary surface 52 , in which the light is coupled or decoupled, is formed in this embodiment by the circumferential and vertically oriented edge of the curved disc. Overall, the optical element 4 therefore formed in the manner of a curved lens. The light source 6 as well as the light sensor 10 are on the circuit board 30 arranged at the same height opposite. Due to the curved configuration of the optical element 4 , is a direct irradiation of the light sensor 10 through the light source 6 avoided. The whole arrangement, so light source 6 , Light sensor 10 and interposed optical element 4 are common to the touch element 20 covered. In the space formed by the vault between the bottom 48 and the circuit board 30 is on the circuit board 30 another light source 32 attached, which serves to illuminate the switch.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den 18A, 18B ist das Betätigungselement 20 selbst als ein lichtleitendes Element ausgebildet und besteht hierzu beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff. Das Berührungselement 20 ist vorzugsweise ähnlich wie das als Prisma ausgebildete optische Element 4 beispielsweise als ein plattenförmiges Element ausgebildet. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen ist bei dieser Ausführungsvariante der Lichtsensor 10 nicht dem optischen Element 4 sondern dem Berührungselement 20 zugeordnet. Im Betätigungsfall, welcher in 18B dargestellt ist, wird das Berührungselement 20 gegen das optische Element 4 gedrückt, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Hierbei legt sich das Berührungselement 20 an das optische Element 4 an, so dass das sich hierin ausbreitende Licht an der Grenzfläche des optischen Elements 4 nicht mehr reflektiert wird, sondern vielmehr in das Berührungselement 20 eindringt. In diesem Zustand ist das Berührungselement 20 daher mit der die zu 3 beschriebenen Abdeckplatte 24 vergleichbar. Das Berührungselement 20 ist auf der Sensorseite über das optische Element 4 fortgeführt, so dass ein erheblicher Lichtanteil des bei Betätigung in das Berührungselement eingekoppelten Lichts vom Lichtsensor 10 empfangen wird. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Erkennung des Schaltvorgangs daher nicht aufgrund einer Intensitätsminderung, sondern lässt sich in zuverlässiger und einfacher Weise dadurch erkennen, dass sich im Berührungselement 20 Licht ausbreitet. Durch diese Ausgestaltung ist daher ein digitales Schalten zwischen den beiden Schaltzuständen null und eins verwirklicht.In the embodiment according to the 18A . 18B is the actuator 20 itself formed as a light-conducting element and consists for this example of a suitable plastic. The touch element 20 is preferably similar to the optical element formed as a prism 4 For example, formed as a plate-shaped element. In contrast to the previous embodiments, the light sensor is in this embodiment variant 10 not the optical element 4 but the contact element 20 assigned. In the case of operation, which in 18B is shown, the touch element 20 against the optical element 4 pressed, as indicated by the arrow. This is where the contact element lies 20 to the optical element 4 so that the light propagating therein at the interface of the optical element 4 is no longer reflected, but rather in the touch element 20 penetrates. In this state, the touch element 20 therefore with the to 3 described cover plate 24 comparable. The touch element 20 is on the sensor side over the optical element 4 continued, so that a significant proportion of light of the coupled into the contact element when actuated light from the light sensor 10 Will be received. In contrast to the previous embodiments, the detection of the switching operation is therefore not due to a reduction in intensity, but can be seen in a reliable and simple way that in the contact element 20 Light spreads. Due to this configuration, a digital switching between the two switching states zero and one is therefore realized.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen bestand das optische Element 4 vorzugsweise jeweils aus einem formstabilen, d. h. unverformbaren Material, beispielsweise einem harten Kunststoff oder aus Glas. Das Berührungselement 20 besteht wahlweise aus einem formstabilen und steifen Material oder auch aus einem weichen elastischen Material, wie beispielsweise einem Silikon.In the embodiments described so far, the optical element existed 4 preferably in each case from a dimensionally stable, ie non-deformable material, for example a hard plastic or glass. The touch element 20 optionally consists of a dimensionally stable and rigid material or of a soft elastic material, such as a silicone.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 19A, 19B ist nunmehr vorgesehen, dass auch das optische Element 4 aus einem elastischen Material, insbesondere einem Silikon besteht. Das optische Element 4 ist hier vorzugsweise als eine flache und annähernd kreisrunde Scheibe ausgebildet, die an einer Einspeise- und Auskopplungsseite 54 abgeflacht ist. Der Scheibenrand bildet hier wiederum eine Begrenzungsfläche 52 und ist zumindest in einem Teilbereich gegenüberliegend der Einspeise- und Auskopplungsseite 54 verspiegelt. Insgesamt ist das optische Element 4 zwischen zwei Schutzfolien 56 angeordnet, deren Kontaktflächen zum optischen Element 4 hin aufgeraut sind, damit sich das Evanescentfeld im randnahen Außenbereich zum optischen Element 4 ausbilden kann und nicht gestört ist.In the embodiment according to the 19A . 19B is now provided that the optical element 4 consists of an elastic material, in particular a silicone. The optical element 4 is here preferably formed as a flat and approximately circular disc, which on a feed and Auskopplungsseite 54 flattened. The disk edge again forms a boundary surface here 52 and is at least in a partial area opposite to the feed and Auskopplungsseite 54 mirrored. Overall, the optical element 4 between two protective films 56 arranged, whose contact surfaces to the optical element 4 roughened, so that the Evanescent field in the near-edge outdoor area to the optical element 4 can train and is not disturbed.

Die Krümmung der Begrenzungsfläche 52, also der Radius im Bereich der Reflexionsbeschichtung, ist hierbei derart gewählt, dass eine Fokussierung des eingestrahlten Lichts erhalten wird, wie durch die eingezeichneten Strahlengänge dargestellt ist. Die Lichtauskopplung erfolgt daher an einer genau vorbestimmten Fokusstelle.The curvature of the boundary surface 52 , That is, the radius in the region of the reflection coating, in this case selected such that a focusing of the incident light is obtained, as shown by the drawn beam paths. The light extraction therefore takes place at a precisely predetermined focal point.

Bei einem Betätigen wird die Folie 56 in Pfeilrichtung gegen das optische Element 4 gedrückt. Hierbei erfährt das optische Element 4 aufgrund seiner elastischen Ausgestaltung eine Krümmung. Die obere Folie 56 bildet zugleich auch das Berührungselement 20 aus, so dass hierdurch eine Störung des Evanescentfeldes hervorgerufen wird, wodurch eine Signalschwächung auftritt. Aufgrund der Krümmung infolge der Druckbeaufschlagung erhöht sich die Eindringtiefe des Evanescentfeldes in den Außenraum, so dass die Signalschwächung zusätzlich verstärkt wird.Upon actuation, the film becomes 56 in the direction of the arrow against the optical element 4 pressed. Here, the optical element undergoes 4 due to its elastic configuration, a curvature. The top sheet 56 at the same time forms the contact element 20 so that this causes a disturbance of the evanescent field, whereby a signal attenuation occurs. Due to the curvature due to the pressurization, the penetration depth of the evanescent field increases in the outer space, so that the signal attenuation is further enhanced.

Ein derartiger Schalter 2A ist im Hinblick auf seinen Aufbau und seiner Fertigung äußerst einfach und damit kostengünstig herzustellen. Insbesondere lassen sich hier problemlos vergleichsweise große Schalter ausbilden.Such a switch 2A is extremely simple and thus inexpensive to manufacture in terms of its construction and its production. In particular, comparatively large switches can be formed here without problems.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 20 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 mehrere Schalter des ersten Grundtyps 2A matrixartig angeordnet und bilden daher ein Tastenfeld aus. Die einzelnen Schalter 2A sind hierbei insbesondere nach Art des zu den 17A, 17B beschriebenen Schalters ausgebildet. Jedem einzelnen Schalter 2A ist jeweils eine Lichtquelle 6 sowie ein Lichtsensor 10 zugeordnet. Über die Leiterplatte 30 erfolgt eine elektrische Versorgung der als Halbleiterelemente ausgebildeten Lichtquelle 6 und des Lichtsensors 10.In the embodiment according to 20 are on a common circuit board 30 several switches of the first basic type 2A arranged in a matrix and therefore form a keypad. The individual switches 2A are here in particular on the type of the 17A . 17B formed switch described. Every single switch 2A is each a light source 6 and a light sensor 10 assigned. About the circuit board 30 An electrical supply of the semiconductor element designed as a light source 6 and the light sensor 10 ,

In 21 ist eine matrixförmige Anordnung von insgesamt vier Schaltern des zweiten Grundtyps 2B dargestellt. Die vier Einzelschalter werden hierbei gebildet durch zwei sich senkrecht kreuzende und untereinander parallel zueinander verlaufende Lichtwellenleiter 40. Im Kreuzungsbereich weisen diese eine abgeflachte Berührungsfläche 18 auf. Die Lichtwellenleiter 40 sind beispielsweise als Kunststoffspritzgussteile ausgebildet und insgesamt in einer Kunststoff-Matrix 60 eingebettet.In 21 is a matrix arrangement of a total of four switches of the second basic type 2 B shown. The four individual switches are formed by two vertically intersecting and mutually parallel optical fibers 40 , In the crossing area, these have a flattened contact surface 18 on. The optical fibers 40 For example, are formed as plastic injection molded parts and a total of a plastic matrix 60 embedded.

In der 22 ist schematisch und stark vereinfacht ein n × m-Tastenfeld dargestellt, wobei die Kreuzungspunkte jeweils die Berührungsflächen 18 der einzelnen Schaltelemente bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeder Reihe und jeder Spalte jeweils eine Lichtquelle 6, den gesamten Reihen und den gesamten Spalten jedoch nur ein jeweiliger Lichtsensor 10 zugeordnet. Die einzelnen Reihen sowie die einzelnen Spalten werden also jeweils gemeinsam einem einzigen Lichtsensor 10 zugeführt. Hierdurch ist die benötigte Anzahl an Lichtsensoren 10 gering gehalten. Um eine eindeutige Identifizierung des jeweiligen Schaltelements zu ermöglichen, wird hierzu das Schaltfeld insgesamt nach einem Multiplexverfahren betrieben. D. h. die einzelnen Lichtquellen 6 werden entweder im Zeit-, Frequenz- und/oder Wellenlängenmultiplex betrieben. Prinzipiell besteht natürlich auch die Möglichkeit, für alle Reihen und für alle Spalten jeweils nur eine Lichtquelle 6 vorzusehen und die Lichtsensoren 10 im Zeitmultiplex zu betreiben. Für die Ansteuerung der Lichtquellen 6 bzw. der Lichtsensoren 10 ist hierbei eine geeignete Steuerschaltung vorgesehen, die beispielsweise in der Auswerteeinheit 12 integriert ist. Das Tastenfeld 22 kann hierbei prinzipiell auch einzeilig oder einreihig ausgebildet sein.In the 22 is schematically and greatly simplified an n × m keypad shown, the crossing points respectively the contact surfaces 18 form the individual switching elements. In the illustrated embodiment, each row and each column is a light source 6 However, the entire rows and the entire columns only a respective light sensor 10 assigned. The individual rows as well as the individual columns are thus each jointly a single light sensor 10 fed. As a result, the required number of light sensors 10 kept low. In order to enable a clear identification of the respective switching element, the switching field is operated in total according to a multiplex method. Ie. the individual light sources 6 are operated either in time, frequency and / or wavelength division multiplex. In principle, of course, there is also the possibility of only one light source for all rows and for all columns 6 provide and the light sensors 10 operate in time multiplex. For controlling the light sources 6 or the light sensors 10 In this case, a suitable control circuit is provided which, for example, in the evaluation unit 12 is integrated. The keypad 22 In principle, this can also be single-line or single-row.

Die hier beschriebenen unterschiedlich ausgebildeten Schalter 2A, 2B wirken allgemein aufgrund der Ausnutzung der Störung des Evanescentfeldes als Berührungssensoren. Die sensoraktive Fläche ist hier wahlweise Punkt-, linien-, oder flächenhaft. Der Sensor ist einerseits sehr sensibel und erfordert keine oder nahezu keine Druckbeaufschlagung. Gleichzeitig ist er aufgrund seiner Ausgestaltung als optisches Element sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen. Prinzipiell lassen sich die hier beschriebenen Berührungssensoren auch für andere Einsatzgebiete, z. B. als Drucksensoren, einsetzen.The differently designed switches described here 2A . 2 B generally act as touch sensors due to the exploitation of the evanescent field perturbation. The sensor-active surface is here optionally point, line or areal. The sensor is on the one hand very sensitive and requires no or almost no pressurization. At the same time it is due to its design as an optical element very robust against environmental influences. In principle, the touch sensors described here can also be used for other applications, eg. B. as pressure sensors use.

Claims

Switch ( 2A ) or button with a light source ( 6 ), a light sensor ( 10 ), an evaluation unit ( 12 ) for the evaluation of the light sensor ( 10 ) detected signal and one in the beam path ( 8th ) between the light source ( 6 ) and the light sensor ( 10 ) and suitable for the light pipe optical element ( 4 ) with a contact surface ( 18 ), wherein the beam path ( 8th ) in operation in the optical element ( 4 ) coupled light is oriented such that the light in the non-contact state at the surface in the region of the contact surface ( 18 ) is reflected without a reflection layer on the optical element ( 4 ) in the area of the contact surface ( 18 ) is applied, and wherein by touching the contact surface ( 18 ) located in the outer area of the optical element ( 4 ) Evanescentfeld and thus the light propagation is disturbed and the evaluation unit ( 12 ) is designed such that it evaluates this disturbance as a switching operation, wherein the optical element ( 4 ) is formed as a curved disc and boundary surfaces ( 52 ), in which the light is coupled in and / or out and which has a respective curved upper side (FIG. 46 ) and underside ( 48 ) are connected to each other and the curved top ( 46 ) and underside ( 48 ) as parabolic surfaces for the collimation of the coupled-in light at the contact surface ( 18 ) are formed.

Switch according to claim 1, wherein a contact element ( 20 ) of an elastic material for indirectly touching the contact surface ( 18 ) is arranged, which is designed such that in the actuation case, the contact element ( 20 ) against the contact surface ( 18 ) is pressed.

Switch ( 2A ) according to claim 1 or 2, wherein the optical element ( 4 ) is formed in the manner of a thick lens.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which the optical element ( 4 ) is formed of an elastic material.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which the optical element ( 4 ) is formed such that the beam path ( 8th ) of the injected light two or more times over the contact surface ( 18 ) is guided.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which the optical element ( 4 ) is designed as a retroreflector.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which at least one side surface ( 16 ) of the optical element ( 4 ) is provided with a reflective coating.

Switch ( 2A ) according to one of claims 2 to 7, wherein the contact element ( 20 ) in the non-contact state by spacers ( 28 ) or by a sufficient surface roughness from the surface of the contact surface ( 18 ) is at least spaced by the penetration depth of the Evanescentfeldes.

Switch ( 2A ) according to one of claims 2 to 8, wherein the contact element ( 20 ) is formed of a silicone rubber.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which the light source ( 6 ) as well as the light sensor ( 10 ) on a printed circuit board ( 30 ) are arranged.

Switch ( 2A ) according to any one of the preceding claims, which is designed such that the circuit state by optical illumination of the optical element ( 4 ) is displayed at least in subareas.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which at least a portion of the optical element ( 4 ) by the light of the light source ( 6 ) or another light source ( 32 ) is lit.

Switch ( 2A ) according to one of the preceding claims, in which the interior of the optical element ( 4 ) has a label or a symbol.

Switch or control element ( 44 ), where several switches ( 2A ) are arranged side by side according to one of the preceding claims.

Switch or control element ( 44 ) according to claim 14, wherein the individual switches ( 2A ) form a regulator, and in particular the individual switches ( 2A ) each indicate their circuit state, so that an optical signal level display is realized.

Switching element according to Claim 15, in which the switches ( 2A ) in the manner of a matrix ( 60 ) are arranged substantially in row and columns, wherein a single light source ( 6 ) or a single light sensor ( 10 ) simultaneously several switches ( 2A ), wherein at least one light source ( 6 ) or at least one light sensor ( 10 ) the rows and at least one further light source ( 6 ) or another light sensor ( 10 ) is assigned to the columns.

Switching element ( 44 ) according to one of claims 15 to 16, in which a plurality of light sources ( 6 ) a single light sensor ( 10 ) are assigned and for evaluating the light signals, the light sources ( 6 ) are operated in particular in the time division multiplex method and vice versa.