DE3432100C1 - Opto-electronic keyboard - Google Patents
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- H03K17/969—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices having a plurality of control members, e.g. keyboard
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Abstract
Description
An einem Ende der in Spalten verlaufenden Lichtwege sind Lichtquellen L11 bis L13 angeordnet, die Licht einer bestimmten Lichtfarbe emittieren. An den gegenüberliegenden Enden dieser Lichtwege sind Detektoren Dll bis D13 angeordnet, die jedoch nicht auf das von den Lichtquellen L1 X bis Ll 3 emittierte Licht, sondern nur auf das von an den einen Enden der in den Matrixzeilen verlaufenden Lichtwegen angeordneten Lichtquellen L2 bis L23 emittierte Licht einer anderen Lichtfarbe ansprechen. Den Lichtquellen L2 bis L23 sind an den anderen Enden der in den Zeilen verlaufenden Lichtwege. Detektoren D21 bis D23 gegenübergestellt, die wiederum nur auf Licht der Farbe ansprechen, das von den Lichtquellen L11 bis L13 emittiert wird. Alle Detektoren D11 bis D13 und D21 bis D23 befinden sich also im Ruhestand, wenn keine Taste betätigt wird. Beim Betätigen der mittleren Taste des Tastenfelds wird in dem Kreu-There are light sources at one end of the light paths running in gaps L11 to L13 arranged, which emit light of a certain light color. To the opposite ends of these light paths are detectors Dll to D13, However, this does not affect the light emitted by the light sources L1 X to Ll 3, but rather only on that of the light paths running in the matrix rows at one end of the line arranged light sources L2 to L23 address emitted light of a different light color. The light sources L2 to L23 are at the other ends of those running in the rows Light paths. Detectors D21 to D23 are juxtaposed, which in turn only focus on light respond to the color emitted from the light sources L11 to L13. All Detectors D11 to D13 and D21 to D23 are therefore in retirement when none Button is pressed. When you press the middle button on the keypad, in the cross
zungspunkt der Lichtwege 2 und 5 ein beidseitig reflektierender Umlenkspiegel Slo eingeführt, der das von der Lichtquelle L22 emittierte Licht auf den Detektor D12 umlenkt, und das von der Lichtquelle L12 emittierte Licht auf den Detektor 22 führt. Die Lage der gedrückten Taste ergibt sich aus den an den Detektoren D12 und D22 anliegenden Signalen. Bei dieser Ausführungsform können die Lichtquellen L11 bis L13 und L2 bis L23 kontinuierlich betrieben werden, so daß eine elektronische Steuerung des Lampenbetriebs entfällt. Als Lichtquellen mit verschiedener Lichtfarbe können z. B. im Sichtbaren und im Infraroten emittierende Lichtquellen verwendet werden. Die Detektoren sind entsprechend ausgewählt, daß sie jeweils nur eine dieser beiden Lichtfarben erfassen können.The point of intersection of the light paths 2 and 5 is a deflecting mirror reflecting on both sides Slo introduced, the light emitted by the light source L22 on the detector D12 deflects, and the light emitted by the light source L12 onto the detector 22 leads. The position of the pressed key results from the information on detectors D12 and D22 pending signals. In this embodiment, the light sources L11 to L13 and L2 to L23 are operated continuously, so that an electronic There is no control of lamp operation. As light sources with different light colors can e.g. B. used in the visible and in the infrared emitting light sources will. The detectors are selected so that they only have one of these can capture both light colors.
In F i g. 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen opto-elektronischen Tastatur gezeigt, die sich im wesentlichen aus einer Verdoppelung der in F i g. 1 gezeigten Lichtweganordnung ergibt. In zwei zueinander parallel verlaufenden Ebenen liegen je eine aus Zeilen und Spalten bestehende Lichtwegmatrix. In der oberen Ebene sind Lichtquellen L31 bis L33 an Enden der in Spalten der Matrix verlaufenden Lichtwege angeordnet, und die Detektoren D31 bis D33 liegen an Enden der in Zeilen der Matrix verlaufenden Lichtwege. In der unteren Ebene ist diese Anordnung um 90" gedreht. In Fig. 3 is a third embodiment of the invention opto-electronic keyboard shown, consisting essentially of a duplication the in F i g. 1 shows the light path arrangement. In two parallel to each other A light path matrix consisting of rows and columns lies on each of the running levels. In the upper level there are light sources L31 to L33 at the ends of the columns of the matrix arranged extending light paths, and the detectors D31 to D33 are at ends of the light paths running in rows of the matrix. This is on the lower level Arrangement rotated by 90 ".
Wird nun wieder die in der Mitte der Tastenfeldmatrix angeordnete Taste betätigt, so werden gleichzeitig in den übereinanderliegenden Kreuzungspunkten reflektierenden Flächen S20 und S30 in die jeweiligen Strahlengänge eingefügt, so daß in der oberen Ebene das von der Lichtquelle L32 emittierte Licht auf den Detektor D32 geschickt wird und in der unteren Ebene das von der Lichtquelle L42 emittierte Licht auf den Detektor D42 trifft. Das Anliegen von Lichtsignal an den Detektoren D32 und D42 legt also die Lage der gedrückten Taste in einer bestimmten Zeile und Spalte des Tastenfelds eindeutig fest. Wie bei dem in Fig.2 gezeigten Beispiel werden bei diesem 3 x 3 Tastenfeld ebenfalls 6 Lichtquellen und 6 Detektoren benötigt; an die Lichtfarbe der Lichtquellen und an die Selektivität der Detektoren werden jedoch keine besonderen Anforderungen gestellt Es kann also in den Lichtwegen beider Ebenen Licht gleicher Farbe verwendet werden. Ebenfalls wie bei dem in F i g. 2 gezeigten Beispiel muß der Betrieb der Lichtquellen nicht elektronisch gesteuert werden, da kein sequenzieller Pulsbetrieb der Lichtquellen zur Lagebestimmung einer gedrückten Taste notwendig ist.Will now be the one arranged in the middle of the keypad matrix again When the key is pressed, the intersection points are at the same time reflective surfaces S20 and S30 inserted into the respective beam paths, see above that in the upper level the light emitted by the light source L32 onto the detector D32 is sent and in the lower level that emitted by the light source L42 Light hits the detector D42. The application of light signal to the detectors So D32 and D42 put the position of the pressed key in a certain line and Column of the keypad. As with the example shown in Fig.2 this 3 x 3 keypad also requires 6 light sources and 6 detectors; the light color of the light sources and the selectivity of the detectors However, there are no special requirements. So it can be in the light paths of both Layers of light of the same color are used. As with the one in FIG. 2 The example shown does not have to control the operation of the light sources electronically because there is no sequential pulsed operation of the light sources to determine the position of a pressed button is necessary.
Wie sich aus dem Obenstehenden ergibt, ermöglichen alle drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen opto-elektronischen Tastatur bei identischer Anordnung der Lichtwege, die Art und Anzahl der verwendeten Lichtquellen und Detektoren zu variieren, wobei in jedem Fall alle Detektoren im Ruhezustand der Tastatur im passiven Zustand gehalten werden. Daraus ergibt sich neben dem geringen Stromverbrauch dieser Tastatur auch die Möglichkeit, die Auswahl einer bestimmten Lösung an die Komponentenpreise der am Markt befindlichen Komponenten anzupassen, ohne daß umfangreiche Änderungen im Verlauf der Lichtwege der Tastatur notwendig sind. As can be seen from the above, all three embodiments make possible the opto-electronic keyboard according to the invention with an identical arrangement of the Light paths, to vary the type and number of light sources and detectors used, in any case, all detectors in the idle state of the keyboard in the passive state being held. This results in addition to the low power consumption of this keyboard also the option of choosing a specific solution based on component prices adapt to the components available on the market without extensive changes are necessary in the course of the light paths of the keyboard.
Um die Herstellung einer solchen opto-elektronischen Tastatur zu vereinfachen und deren Kosten zu senken, ist es vorteilhaft diese aus einer Anzahl identischer Module nach Bedarf zusammenzusetzen, und solche Module können dann in großen Stückzahlen hergestellt werden. To the manufacture of such an opto-electronic keyboard too Simplify and reduce their costs, it is advantageous these from a number of identical modules can be assembled as required, and such modules can then be converted into can be produced in large numbers.
F i g. 4 zeigt in Draufsicht und teilweise geschnitten ein aus neun Tastenfeldmodulen zusammengesetztes Tastenfeld. Diese Module 50 sind alle identisch und weisen jeweils einen Körper 51 auf, in dem Kanäle 52, 53 verlaufen, deren Führung durch die Lichtweganordnung bestimmt ist. In F i g. 4 sind drei in Spalten und drei in Zeilen verlaufende Lichtwege gezeigt, die durch die jeweiligen Kanäle 52 und 53 der Tastenfeldmodule 50 gebildet werden. Die Kanäle 52 und 53 münden in einer Bohrung 54, deren Achse durch den Kreuzungspunkt der Lichtwege verläuft und senkrecht auf der Ebene steht, in der die Lichtwege, bzw. die Kanäle 52,53 liegen. F i g. 4 shows in plan view and partially in section one out of nine Keypad modules assembled keypad. These modules 50 are all identical and each have a body 51 in which passages 52, 53 run, the guidance of which is determined by the light path arrangement. In Fig. 4 are three in columns and three lines of light paths passing through the respective channels 52 and 53 of the keypad modules 50 are formed. The channels 52 and 53 open into one Bore 54, the axis of which runs through the intersection of the light paths and is perpendicular stands on the plane in which the light paths or the channels 52,53 lie.
In der Bohrung 54 ist ein längs der Bohrungsachse verschiebbarer Tastenschaft 60 angeordnet, der z. B. die in F i g. 5 gezeigte Form haben kann. Dort ist ein Tastenfeldmodul 50 teilweise im Schnitt dargestellt. In der Bohrung 54 ist der Tastenschaft 60 angeordnet, der sich an seinem unteren Ende über eine Feder 62 am Boden der Bohrung 54 abstützt und an dessen oberen Ende ein Tastenkopf 61 angebracht ist. Die in Fig.5 gezeigte Taste befindet sich in Ruhestellung, und ein Lichtsignal, das sich in dem Kanal 52 fortpflanzt, durchquert den transparenten Teil 55 des Tastenschafts 60 um am anderen Ende des Tastenfeldmoduls 50 wieder auszutreten.In the bore 54 is a key shaft displaceable along the axis of the bore 60 arranged, the z. B. the in F i g. 5 may have the shape shown. There is a Keypad module 50 shown partially in section. The key shaft is in the bore 54 60 arranged, which is at its lower end via a spring 62 at the bottom of the bore 54 is supported and a key top 61 is attached to its upper end. The in Fig. 5 The button shown is in the rest position, and a light signal that is in the Channel 52 propagates, traverses the transparent part 55 of the key shaft 60 to exit again at the other end of the keypad module 50.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist sind in den. Kanälen 52, 53 Lichtleiter 70, 71 angeordnet, mit deren Hilfe Intensitätsverluste des sich durch die Kanäle fortpflanzenden Lichtes aufgrund von Streuung und Absorption an den Kanalwänden verhindert wird. Diese Lichtleiter sind in den Kanälen mittels schmaler Ringe 72 gehaltert, um einen Kontakt der Lichtleiter mit den Kanalwänden über größere Flächen zu-verhindern, der die Totalreflexion an der Mantelfläche der Lichtleiter 70, 71 beeinträchtigen würde. Wenn die Lichtleiter mit einer Schicht aus einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem des Lichtleiterkerns ummantelt sind, kann auf eine Halterung über Ringe 72 verzichtet werden.As shown in FIG. 5, in the. Channels 52, 53 light guide 70, 71 arranged, with the help of which intensity losses of the through the channels propagating light due to scattering and absorption on the canal walls is prevented. These light guides are in the channels by means of narrow rings 72 held in order to make contact of the light guides with the channel walls over larger areas to prevent the total reflection on the lateral surface of the light guides 70, 71 would affect. When the light guide with a layer of one material are coated with a lower refractive index than that of the fiber optic core, a holder via rings 72 can be dispensed with.
Wenn die Taste betätigt wird, wird der Bereich 63 des Tastenschafts in den Lichtweg eingeführt. Dieser Bereich 63 ist als Zylinderlinse ausgebildet, die einen Anschliff 64 aufweist, der eine total reflektierende Fläche bildet.When the key is operated, the portion 63 of the key shaft becomes introduced into the light path. This area 63 is designed as a cylinder lens, which has a bevel 64 which forms a totally reflective surface.
F i g. 6 zeigt einen Querschnitt durch den Bereich 63 für die Verwendung in Anordnungen gemäß F i g. 1 und 3. Licht aus einem Lichtweg trifft auf die Zylinderlinse 63 auf und wird in das Innere des Tastenschafts hineingebrochen. Der Anschliff 64 bildet dabei eine Reflexionsfläche, an der für unter bestimmten Winkeln einfallendes Licht Totalreflexion stattfindet, da die Außenfläche des Anschliffs 64 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und das Material, aus dem der Tastenschaft gefertigt ist, einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist. F i g. Figure 6 shows a cross section through area 63 for use in arrangements according to FIG. 1 and 3. Light from a light path hits the cylinder lens 63 and is broken into the interior of the key shaft. The bevel 64 forms a reflection surface on which for incident at certain angles Total light reflection takes place as the outer surface of the bevel 64 with the atmosphere is in connection and the material from which the key shaft is made, one has a higher refractive index than air.
In F i g. 6 ist der Anschliff 64 als ein ebener Schliff gezeigt, die Schlifffläche kann jedoch vorteilhafterweise so gekrümmt sein, daß das von ihr reflektierte Licht anschließend gebündelt wird. Das Maß der Krümmung dieser Anschlifffläche hängt von dem Brechungsindex des Materials des Tastenschafts, der gewünschten Bündelung des reflektierten Lichtstrahls und dem Schaftdurchmesser ab. Die optimale Krümmung der Anschlifffläche läßt sich aus einer relativ komplexen Differentialgleichung 4. Ordnung bestimmen, auf deren Bestimmung hier nicht näher eingegangen wird. In Fig. 6 the section 64 is shown as a flat section, However, the ground surface can advantageously be curved so that that of her reflected light is then bundled. The amount of curvature of this bevel depends on the refractive index of the material of the key shaft, the desired bundling of the reflected light beam and the shaft diameter. The optimal curvature the ground surface can be derived from a relatively complex differential equation 4. Determine the order, the determination of which will not be discussed in detail here.
Außerdem sei erwähnt, daß der Bereich 55 des Tastenschafts, durch den sich das Licht in Ruhestellung der Taste fortpflanzt, als Zylinderlinse ohne Anschliff ausgebildet sein kann, wodurch sich eine Bündelung des Lichts beim Übergang von einem Kanalsegment in ein Gegenüberliegendes ergibt. It should also be mentioned that the area 55 of the key shaft through which the light propagates in the rest position of the key, as a cylindrical lens without Grind can be formed, whereby a bundling of the light at the transition from one channel segment to an opposite one.
Die Verwendung eines solchen Tastenschafts mit einem Anschliff als reflektierende Fläche ist sehr kostengünstig, da keine gesonderte Reflexionsfläche z. B. aus Aluminium oder Silber auf den Schaft aufgebracht werden muß. The use of such a key shaft with a bevel as reflective surface is very inexpensive because there is no separate reflective surface z. B. made of aluminum or silver must be applied to the shaft.
Im folgenden wird mit Bezug auf F i g. 4 die Verbindung der einzelnen Tastenfeldmodule untereinander erläutert. An den Seitenwänden der Modulkörper sind Steckverbindungen angebracht, die als Muffen und Stecker ausgebildet sind. An jeder Seitenfläche des Modulkörpers können mehrere solcher Muffen bzw. Stekker vorgesehen sein, wodurch die Verwindungssteifigkeit der aus den einzelnen Modulen zusammengesetzten Tastatur erhöht wird. In F i g. 4 ist der Fall gezeigt, in dem die Lichtleiter 70, 71 zusammen mit den Kanälen 52, 53 als Muffen und Stecker zur Herstellung der Steckverbindung zwischen den einzelnen Modulen benutzt werden. In the following, with reference to FIG. 4 the connection of each Keypad modules explained among each other. On the side walls of the module body are Plug connections attached, which are designed as sleeves and plugs. At every A plurality of such sleeves or plugs can be provided on the side surface of the module body be, whereby the torsional stiffness of the composite from the individual modules Keyboard is increased. In Fig. 4 shows the case in which the light guides 70, 71 together with the channels 52, 53 as sleeves and plugs for making the plug connection can be used between the individual modules.
Die Lichtleiter 71 ragen über die Seitenflächen der Steckmodule an zwei aufeinanderstoßenden Seiten hinaus. Die Lichtleiter 70 in den in den anderen beiden Seitenflächen mündenden Kanälen sind demgegenüber verkürzt, so daß von den dort liegenden Kanalenden Muffen gebildet werden, in die beim Zusammenbau der Tastatur die überstehenden Enden von Lichtleitern benachbarter Tastenfeldmodule 50 hineingesteckt werden. The light guides 71 protrude over the side surfaces of the plug-in modules two colliding pages out. The light guides 70 in one in the other Both side surfaces opening channels are shortened, so that of the There lying channel ends sleeves are formed in the assembly of the keyboard the protruding ends of optical fibers of adjacent keypad modules 50 are inserted will.
An zwei benachbarten Randabschnitten eines so zusammengesteckten Tastenfeldes weisen somit, wie in F i g. 4 gezeigt ist, Muffen nach außen, wohingegen bei den anderen beiden Randabschnitten Lichtleiterenden aus den Kanälen hinausragen. At two adjacent edge sections one that is plugged together in this way Keypad thus have, as shown in FIG. 4 is shown, sleeves to the outside, whereas at the other two edge sections, light guide ends protrude from the channels.
Vorteilhafterweise können die so gebildeten Muffen zur Aufnahme von Lichtquellen verwendet werden. Die Detektoren sind in gleicher Weise befestigt. Advantageously, the sleeves formed in this way for receiving Light sources are used. The detectors are attached in the same way.
Wie sich aus dem Obenstehenden ergibt, vereinfacht sich die Herstellung der erfindungsgemäßen Tastatur durch den modularen Aufbau erheblich. Insbesondere stellt die Verwendung der Lichtleiter gleichzeitig als Verbindungselemente zwischen den einzelnen Modulen eine einfache und kostensenkende Lösung dar. Darüberhinaus sind jedoch auch andere Verbindungsmechanismen zwischen den einzelnen Modulen oder zwischen den Modulen und einer Grundplatte denkbar, die bei der Erläuterung der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nicht erwähnt wurden. As can be seen from the above, the manufacture is simplified the keyboard according to the invention considerably due to the modular structure. In particular provides the use of the light guide as connecting elements between the individual modules represent a simple and cost-reducing solution however, there are also other connection mechanisms between the individual modules or between the modules and a base plate is conceivable, which in the explanation of the described embodiment of the invention were not mentioned.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sondern umfaßt vielmehr alle Varianten einer gattungsgemäßen opto-elektronischen Tastatur, bei denen von dem der Erfindung zugrundeliegenden Grundgedanken Gebrauch gemacht wird. The invention is not limited to those shown and described Embodiments but rather includes all variants of a generic opto-electronic Keyboard, in which use of the basic idea on which the invention is based is made.
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Claims (11)
Priority Applications (1)
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DE19843432100 DE3432100C1 (en) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | Opto-electronic keyboard |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19843432100 DE3432100C1 (en) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | Opto-electronic keyboard |
Publications (1)
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DE3432100C1 true DE3432100C1 (en) | 1986-01-30 |
Family
ID=6244397
Family Applications (1)
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DE19843432100 Expired DE3432100C1 (en) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | Opto-electronic keyboard |
Country Status (1)
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DE (1) | DE3432100C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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