DE3805932A1 - Keyboards for electronic systems - use series of parallel fibre optical conductors with single light conductors with single light transmitter, etc. - Google Patents

Keyboards for electronic systems - use series of parallel fibre optical conductors with single light conductors with single light transmitter, etc.

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DE3805932A1 DE19883805932 DE3805932A DE3805932A1 DE 3805932 A1 DE3805932 A1 DE 3805932A1 DE 19883805932 DE19883805932 DE 19883805932 DE 3805932 A DE3805932 A DE 3805932A DE 3805932 A1 DE3805932 A1 DE 3805932A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/968—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices
    • H03K17/969—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices having a plurality of control members, e.g. keyboard

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

In visual electronic switches and keyboards the logical operations use optical fibres of e.g. glass, acrylic, ''Plexiglas'' (RTN), etc., and interrupt or divert the light beams through them; the optical conductors are arranged parallel in bundles for signalling with a number of bits so that the switches are in rows (e.g. for a keyboard) and only require one single light transmitter; more may be needed in exceptional cases but only one for one row of switches or keys. The optical conductors are preferably made partly or completely by injection moulding (sic). ADVANTAGE - The system is an improved and technologically simplified type of keyboard, etc.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der logischen Schaltung mittels sogenannter Lichtwellenleiter, im besonderen mit deren Anwendung in alphanumerischen Tastaturen (Keyboard) sowie mit allen in Bedienungsfeldern von Maschinen und Geräten vorkommenden Sorten von Befehlselementen, Schalter, die für die Signaleingabe benötigt werden.The invention is concerned with the logic circuit by means of so-called optical fiber, especially with their application in alphanumeric keyboards (keyboard) as well as with all in Control panels of machines and devices occurring types of Command elements, switches that are required for signal input.

Zweck der Erfindung ist es, die funktionsmäßige Verbesserung und technologische Vereinfachung von alphanumerischen Tastaturen und Befehls- und Schaltelementen, die vorwiegend in Bedienungsfeldern von elektronischen Steuergeräten in Maschinen und Anlagen Verwendung finden.The purpose of the invention is to improve the functionality and Technological simplification of alphanumeric keyboards and Command and switching elements that are mainly used in the control panels of electronic control units used in machines and systems Find.

Die bisherigen Schaltelemente von Tastaturen und Schaltern beruhen aus elektromechanischen Schaltstücken zur Kontaktgabe, die hinsichtlich der Funktionssicherheit und Anfälligkeit sowie technologischem Aufwand (seltenen Metallen und Arbeitsaufwand) verbesserungs- bzw. ersatzbedürftig sind. Hierbei bilden die kontaktgebenden Teile, Schaltstücke, und deren Vielfachung zur Erhöhung der Bitzahl bzw. der Verknüpfungsgrad die schwache Stelle, da sie ja ihrer Funktion nach auf der elektromechanischen Kontaktgabe beruht, mit allen innenwohnenden Nachteilen, z. B. Kontaktverschleiß, Verschmutzung und aggressive Einflüsse.The previous switching elements of keyboards and switches are based of electromechanical contact pieces for making contact with regard to functional reliability and vulnerability as well as technological effort (rare metals and workload) improvement or are in need of replacement. Here the contacting parts form Switching elements, and their multiplication to increase the number of bits or the degree of linkage is the weak point, since it is their function based on electromechanical contact with everyone inherent disadvantages, e.g. B. contact wear, pollution and aggressive influences.

Einer weiteren Miniaturisierung der herkömmlichen Befehls- oder Schaltelemente sind Grenzen gesetzt, im Gegensatz zu den aus dem Lichtwellenleiterprinzip herrührenden gleichen Schaltelementen, die in dieser Hinsicht umfangreiche Möglichkeiten bieten. Another miniaturization of conventional command or Switching elements have limits, in contrast to those from the The same switching elements originating from the optical waveguide principle offer extensive possibilities in this regard.  

Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannten Mängel zu beheben, indem dabei ein neues Prinzip zur Erzeugung von logischen und verknüpfenden Signalen verwendet wird.The object of the invention is to remedy the above-mentioned shortcomings, by doing a new principle for the generation of logical and linking signals is used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem manThis object is achieved according to the invention by

  • - sich das Lichtwellenleiterprinzip bei Glas, Glasfaser, Plexiglas und anderen lichtwellenleitenden Stoffe zu eigen macht- the principle of fiber optics for glass, glass fiber, plexiglass and other optical fibers
  • - bei der Verwendung einer oder mehrerer Lichtwellensender - z. B. Laserdioden, LED's - verschiedene Kanäle aus Lichtwellenleiter ausbildet, so daß bei gleichzeitiger Unterbrechung der Lichtwellenstrahlen in den Kanälen mehrbitmäßig Signale erzeugt werden.- when using one or more light wave transmitters - e.g. B. laser diodes, LEDs - various channels made of optical fibers trains so that while interrupting the Lightwave beams are generated in the channels in multi-bit signals.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daßThe advantages that can be achieved with the invention are in particular in that

  • 1. mittels der optoelektronischen Schalter und Tastaturen ein vergleichbar höherer Verknüpfungsgrad pro Schalter oder Taste zu erreichen ist, um etwa 1 : 101. using the optoelectronic switches and keyboards comparable higher degree of linkage per switch or button is about 1: 10
  • 2. der Miniaturisierungsgrad extrem realisierbar ist, im Vergleich zu den herkömmlichen Schaltern und Tastaturen2. The degree of miniaturization is extremely feasible in comparison to the conventional switches and keyboards
  • 3. die Herstellungskosten gesenkt werden, weil viele technologische Vorgänge bei der Fertigung von einzelnen Teilen wegfallen, da in unserem Falle das Spritzgußverfahren einsetzbar ist3. Manufacturing costs are reduced because of many technological Processes in the production of individual parts are eliminated, as in in our case the injection molding process can be used
  • 4. der Einsatz von Edelmetalle wegfällt, da für die Herstellung von optoelektronischen Schaltern und Tastaturen ausschließlich relativ billige Stoffe wie z. B. Glas, Acrylglas, Plexiglas, usw. eingesetzt werden4. the use of precious metals is eliminated, since for the production of optoelectronic switches and keyboards only relative cheap fabrics such as B. glass, acrylic glass, plexiglass, etc. used will
  • 5. die Funktionssicherheit dabei wesentlich erhöht wird, da die Lebensdauer aller darin beteiligten Teilen höher ist und die Aggressivität der Umgebung unberücksichtigt bleiben kann5. The functional reliability is significantly increased because the The lifespan of all parts involved is longer and Aggressiveness of the environment can be ignored
  • 6. das Gesamtgewicht und Abmessungen vergleichsweise geringer sind.6. the total weight and dimensions are comparatively less.

Zur Wirkungsweise der optoelektronischen Schalter und Tastatur:How the optoelectronic switches and keyboard work:

In der Explosionsdarstellung der Fig. 1 sieht man die wesentlichen Teile, die für die Beschreibung der Funktionsweise notwendig sind. Die in der Fig. 2 dargestellte Tastatur beginnt mit dem Lichtwellen­ sender (3), der direkt mit dem Lichtwellenleiter (6) (-segmenten (2)) gekoppelt ist und dessen Strahlen jeden der 6 Lichtwellenleiter durchstrahlt. Wenn keine der Tasten betätigt wird, erscheint somit an jeden der Fototransistoren der Fototransistor­ matrix (4) ein logischer 1. Sobald eine Taste gedrückt wird, dann unterbricht die zu der Taste zugehörige Lichtsperre (1) die Strahlen in einer bestimmten Anzahl der Lichtwellenleiter (6) oder in allen Lichtwellenleitern (6), so daß ein bestimmtes Bitmuster in der Fototransistormatrix (4) entsteht, je nach Codierung der Lichtsperre (1). Die Lichtsperre (1), so wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, würde die Strahlen in allen sechs Lichtwellenleitern (6) sperren und an der Fototransistormatrix (4) das Bitmuster 000000 erzeugen. Für die Codierung der jeweiligen Bitmuster werden auf die Fläche der Lichtsperre (1) entsprechende Ausschnitte gemacht. Eine andere Lösung besteht, wenn die Fläche der Lichtsperre (1) mit einem durchsichtigen Material versehen wird und durch Färbung oder Lackierung der Oberfläche die verschiedenen Bitmuster gestaltet. Lichtsperre (1) und Taste werden geführt durch die Führungsschienen (7), während die notwendige Federung für den Rückholvorgang der Taste samt Lichtsperre (1) durch die Permanentmagneten (8) z. B. übernommen wird. Auf der Fig. 2 ist die Lichtwellenleiter-Kupplung (5) zu sehen, die die Kette von Lichtwellenleitersegmenten (2) umleitet.In the exploded view of Fig. 1 you can see the essential parts that are necessary for the description of the operation. The keyboard shown in FIG. 2 begins with the optical fiber transmitter ( 3 ), which is directly coupled to the optical fiber ( 6 ) (segments ( 2 )) and the rays of which radiate through each of the six optical fibers. If none of the buttons are pressed, a logical 1 appears on each of the photo transistors of the photo transistor matrix ( 4 ). As soon as a button is pressed, the light lock ( 1 ) associated with the button interrupts the rays in a certain number of optical fibers ( 6 ) or in all optical fibers ( 6 ), so that a certain bit pattern is created in the phototransistor matrix ( 4 ), depending on the coding of the light barrier ( 1 ). The light barrier ( 1 ), as shown in FIG. 1, would block the beams in all six optical fibers ( 6 ) and would generate the bit pattern 000000 on the phototransistor matrix ( 4 ). For the coding of the respective bit patterns, corresponding cutouts are made on the surface of the light barrier ( 1 ). Another solution is if the surface of the light barrier ( 1 ) is provided with a transparent material and the different bit patterns are designed by coloring or painting the surface. Light lock ( 1 ) and button are guided by the guide rails ( 7 ), while the necessary suspension for the return process of the button including light lock ( 1 ) by the permanent magnets ( 8 ) z. B. is adopted. In FIG. 2, the optical fiber coupling (5) it can be seen that redirects the chain of optical waveguide segments (2).

Claims (10)

1. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard), dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Schaltvorgänge unter Verwendung von Lichtwellenleiter oder lichtleitenden Stoffen - z. B. Glas, Acrylglas, Glasfaser, Plexiglas, usw. - und durch die Unterbrechung oder Ablenkung der darin vorhandenen Lichtwellenstrahlen realisiert werden, wobei die in Bündeln parallel geführten Lichtwellenleiter aus Glas, usw., räumlich und optisch für die Gestaltung von Signalen mit mehreren Bits parallel so angeordnet sind, daß für die in mehreren Reihen räumlich angeordneten Schalter - z. B. für die Gestaltung einer Tastatur - nur ein einziger Lichtstrahlensender benötigt wird, in Ausnahmefälle mehr als einer, aber nicht mehr als einer für eine räumliche Reihe von Schalter oder Tasten.1. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard), characterized in that the logical switching operations using optical fibers or light-conducting substances - z. B. glass, acrylic glass, glass fiber, plexiglass, etc. - and be realized by interrupting or deflecting the light wave rays present therein, the optical fibers made of glass, which are guided in parallel in bundles, spatially and optically for the design of signals with several bits are arranged in parallel so that for the spatially arranged switches in several rows - z. B. for the design of a keyboard - only a single light beam transmitter is required, in exceptional cases more than one, but not more than one for a spatial row of switches or buttons. 2. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestaltung der Lichtwellenleiter bündelweise erfolgt, z. B. mit einem gemeinsamen Anfang, bei der eine geeignete optische Fläche von nur einem Lichtwellensender bestrahlt wird, so daß die eigentlichen optoelektronischen Schalter durch räumliche Anordnung, reihenweise und/oder parallel der Licht­ wellenleiter ausgebildet werden - jeder Schalter praktisch bestehend aus der parallelen Führung von mehreren Lichtwellenleiter - und das ganze von einem oder mehreren Lichtwellensender bestrahlt wird, je nachdem wieviel Reihen von Schaltern vorhanden sind. 2. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1, characterized in that the design of the optical waveguide done in bundles, e.g. B. with a common beginning at which one suitable optical surface irradiated by only one light wave transmitter is so that the actual optoelectronic switches through spatial arrangement, rows and / or parallel of the light waveguide are formed - each switch practically existing from the parallel routing of several optical fibers - and that whole is irradiated by one or more light wave transmitters, each after how many rows of switches there are.   3. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein optoelektronischer Schalter - z. B. als Ausbauzelle für eine ganze Tastatur - aus einer oder mehreren optischen Achsen (d. h. aus einem oder mehreren Lichtwellenleitern) besteht, und daß jede optische Achse durch das Dazwischenfahren von einem Körper oder Stoff (Lichtsperre) (1) unterbrochen werden kann, so daß die darin verlaufende Lichtwellen­ strahlen zur Empfangsseite als logische 1 oder 0 gedeutet werden kann.3. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 and 2, characterized in that an optoelectronic switch - z. B. as an expansion cell for an entire keyboard - consists of one or more optical axes (ie one or more optical fibers), and that each optical axis can be interrupted by the intervening of a body or material (light barrier) ( 1 ), so that the light waves running in it radiate to the reception side can be interpreted as logical 1 or 0. 4. Optoelektronische Schalter und Tastatur nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung aller aus einer Reihe von Schalter kommenden Strahlen - mehrere Parallelbits - von nur einer einzigen Gruppe von Empfängern (z. B. Fototransistorenmatrix) benötigt wird, da der konstruktiven Konzeption nach die Strahlen ungehindert - in Zustand der Ruhe - durch die Lichtwellenleitersegmente (2) zwischen Schalter und Schalter passieren können, bis an den Unterbrechungsstellen der Lichtwellenleiter (d. h. mechanische und nicht optische Unterbrechungsstelle) der nicht durchsichtige Teil (Lichtsperre) (1) die optische Achse unterbricht.4. Optoelectronic switch and keyboard according to claim 1, 2 and 3, characterized in that for the detection of all the rays coming from a series of switches - several parallel bits - is required by only a single group of receivers (e.g. phototransistor matrix), since the constructional design allows the rays to pass unhindered - in the state of rest - through the fiber optic segments ( 2 ) between the switch and the switch until the non-transparent part (light barrier) ( 1 ) the optical axis interrupts. 5. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe von Schaltern - hierbei sind die Schalter miteinander durch die Lichtwellenleitersegmente optisch verbunden - mit der nächsten Schalterreihe optisch gekoppelt, so daß jede optische Achse aller Schalter von allen Schalterreihen durchlaufen wird und somit durch nur einen Lichtwellenempfänger erfaßt werden kann, mit dem Ergebnis daß eine ganze Tastatur am Anfang mit nur einem Lichtwellensender - der Anfang mit allen Lichtwellenleiter der ersten Schalterreihe optisch verbunden - und am Ende mit den parallel verlaufenden Lichtwellenleitern mit einer z. B. Foto­ transistorenmatrix - mit je einem Fototransistor pro Lichtwellenleiter - ausgestattet wird. 5. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 4, characterized in that each row of switches - here are the switches with each other through the fiber optic segments optically connected - optically coupled to the next row of switches, so that each optical axis of all switches from all switch rows is traversed and thus detected by only one light wave receiver with the result that an entire keyboard starts with only one fiber optic transmitter - the beginning with all fiber optic cables the first row of switches optically connected - and at the end with the parallel optical fibers with a z. B. Photo transistor matrix - with one phototransistor per optical fiber - is equipped.   6. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenstrahlen in den parallel verlaufenden Lichtwellenleiter, durch das in diesen dazwischenfahrende z. B. undurchlässige Lamellen (Lichtsperre) (1) unterbrochen werden können, wobei das gleiche durch das Einordnen von Flüssigkristallen in den Lichtwellenleiter oder durch mechanischen Versatz der optischen Achse der Lichtwellenleiter oder durch andere ähnliche Mittel die Unterbrechung der Strahlen ebenso realisierbar ist.6. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 5, characterized in that the light waves in the parallel optical waveguide, by the intervening z. B. impermeable lamellae (light barrier) ( 1 ) can be interrupted, the same being possible by the interposition of liquid crystals in the optical waveguide or by mechanical displacement of the optical axis of the optical waveguide or by other similar means, the interruption of the beams. 7. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenstrahlen pulsmoduliert werden.7. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 6, characterized in that the light wave beams pulse modulated will. 8. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der räumlich seriell und/oder parallel verlaufenden Lichtwellenleiter, aus Glas, usw. teilweise oder vollständig nach dem Spritzgußverfahren erfolgt.8. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 7, characterized in that the manufacture of the spatially serial and / or parallel optical fibers, made of glass, etc. partially or completely done by injection molding. 9. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter hermetisch eingekapselt werden können, indem man den Körper oder Lamelle (Lichtsperre) (1) zur Unterbrechung der Lichtwellenstrahlen von außerhalb der Abkapselung mittels eines magnetischen Feld (auch Permanentmagnet) betätigt.9. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 8, characterized in that the switches can be hermetically encapsulated by the body or lamella (light barrier) ( 1 ) to interrupt the light wave rays from outside the encapsulation by means of a magnetic field (also permanent magnet) actuated. 10. Optoelektronische Schalter und Tastatur (Keyboard) nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsperre (1) zur Unterbrechung der Lichtwellenstrahlen von außerhalb der Abkapselung mittels einer Art Membran aus elastischem Material - ähnlich wie die in letzter Zeit verwendeten Tastaturen - betätigt.10. Optoelectronic switch and keyboard (keyboard) according to claim 1 to 9, characterized in that the light lock ( 1 ) to interrupt the light waves from outside the encapsulation by means of a kind of membrane made of elastic material - similar to the keyboards used recently - operated .
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