DE4109517A1

DE4109517A1 - Keyboard with optical or electrical elements - has push-button that self latches into housing section

Info

Publication number: DE4109517A1
Application number: DE19914109517
Authority: DE
Inventors: Holger Guenther Dr Frenzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1992-09-24

Abstract

A push-button device of a type suitable for use on a keyboard has a main element (20) with a projection from the underside that locates into a fixed base element (10). The general cross-section of the device is square and the section of the push-button is formed with thin walled spring elements (24) that generate a return force. The sidewalls have formed lugs (21) that deflect to engage in slots (11) on the inner wall of the housing. This allows the push button to be retained against the spring action. The device may operate upto-electronic elements. ADVANTAGE - Simple construction, easty to assemble to form keyboard.

Description

Die Erfindung betrifft Tastaturen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to keyboards according to the preamble of the main claim.

Die weite Verbreitung von Computern in den letzten Jahren, besonders auch im privaten Bereich, hat dazu geführt, daß ein starker Konkurrenzkampf um Marktanteile eingesetzt hat. Der dadurch verursachte Entwicklungsschub hat vor allem die Preise von Komponenten bis an die Grenze des Möglichen reduziert.The widespread use of computers in recent years Years, especially in the private sector led to a strong competition for market share has started. The development spurt caused by this has especially the prices of components to the limit of Possible reduced.

Bei Peripheriegeräten hat sich diese Entwicklung vor allem dahingehend ausgewirkt, daß mechanische Komponenten oder deren Fertigung so stark vereinfacht wurden, daß eine weitere Entwicklung in diese Richtung kaum möglich ist, ohne daß Nachteile für die Qualität zu befürchten sind. Eine Qualitätsminderung ist aber nicht vertretbar.This development is planned for peripheral devices all affected that mechanical components or their manufacture has been simplified so much that a further development in this direction is hardly possible without fear of quality disadvantages. However, a reduction in quality is not justifiable.

Bei Tastaturen wird dies sofort durch eine einfache Rechnung deutlich: Eine Schreibkraft mit 100 Anschlägen pro Minute, einem 8-Stunden-Tag und ungefähr 200 Arbeitstagen führt jährlich 10 Millionen Schaltvorgänge aus. Ein Qualitäts verlust kann wegen dieser hohen Beanspruchung nicht in Kauf genommen werden.With keyboards, this is immediately done by a simple one Bill clear: A typist with 100 keystrokes per Minute, an 8-hour day and approximately 200 working days performs 10 million switching operations annually. A quality because of this high stress, loss cannot Purchase.

Bei Eingabeeinheiten sind auch mechaniklose Einheiten einsetzbar, z. B. die sogenannten "Touch Screens". Das sind flache Einheiten, die vorwiegend zur Bedienung auf Bildschirmen aufgebracht werden. Bei derartigen Einheiten werden keine Tasten gedrückt, sondern es werden entweder hochohmige Kontakte geschlossen oder Lichtwege unterbrochen. Neben Nachteilen, wie eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit durch Verschmutzen, ist jedoch speziell die hohe Fehlerquote bei der Bedienung hervorzuheben. Die fehlende Rückkopplung über die Nerven der Fingerkuppe, die dem Gehirn des Bedieners beim Herunterdrücken einer Taste eine erfolgreiche Betätigung meldet, ist nur eine Ursache für die Fehlerquote. Bei solchen Tastaturen ist nämlich auch nicht sichergestellt, daß der Finger im Zwischenraum von Tastenfeldern eine Mehrtastenbetätigung oder einen falschen oder undefinierten Code auslöst.Mechanismless units can also be used for input units, e.g. B. the so-called "touch screens". These are flat units, mainly for use on screens be applied. In such units no buttons pressed, but either high-resistance contacts closed or light paths interrupted. In addition to disadvantages, such as a high probability of failure due to soiling, however, is especially the high error rate to emphasize in the operation. The lack of feedback over the nerves of the fingertip, the brain the operator successful when pressing a button Actuation reports is only one cause of the Error rate. With such keyboards is also not ensures that the finger in the space between keypads a multi-button operation or an incorrect or triggers undefined code.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tastatur zu schaffen, bei der durch einen manuellen Tastendruck ein weiterbearbeitbares digitales Signal erzeugt wird, wobei die Tastatur mit einem Minimum von einfach zu fertigenden langlebigen mechanischen Komponenten hergestellt werden kann. The object of the invention is to provide a keyboard which can be edited further by pressing a button manually digital signal is generated using the keyboard with a minimum of easy to manufacture durable mechanical components can be manufactured.

Die Aufgabe wird durch eine Tastatur gemäß dem Hauptanspruch gelöst.The task is performed by a keyboard according to the Main claim solved.

Erfindungsgemäß geht man von dem üblichen Weg des Schaltens eines Stromkreises ab und benutzt dagegen die Unterbrechung von Lichtwegen. Da sich Lichtwege nicht gegenseitig behindern, kann man eine erfindungsgemäße Tastatur ohne mehrlagige Platten bauen. Im Extremfall bedeutet das Hinzufügen einer neuen Tastenreihe, wie später aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich wird, nur das Hinzufügen einer Infrarotdiode als das einzige zusätzliche elektrische Bauelement, anstatt daß man eine Vielzahl von Kontakten mit den entsprechenden Anschlüssen vorsehen muß. Das macht erfindungsgemäße Tastaturen besonders für eine große Anzahl von Tasten attraktiv. Als mechanische Bauelemente werden im Extremfall nur ein einstückig im Spritzguß hergestellter Sockelblock und pro Taste ein Tastenknopf benötigt. Bei einer erfindungsgemäßen Tastatur lassen sich nämlich auch die zur Rückfederung benutzten Teile direkt beim Guß des Knopfes oder des Sockels einstückig mit anderen Teilen fertigen.According to the invention you go from the usual way Switch off a circuit and use the Interruption of light paths. Because there are no light paths hinder each other, you can a keyboard according to the invention build without multi-layer panels. In extreme cases means adding a new row of buttons, like later the embodiments can be seen, only adding an infrared diode as the only additional electrical component instead of having a variety of Contacts with the appropriate connections must be provided. This makes keyboards according to the invention especially for one large number of buttons attractive. As mechanical components are in extreme cases only one piece in the Injection molded base block and one button Key button needed. With a keyboard according to the invention can also be used for springback Parts in one piece directly when casting the button or the base manufacture with other parts.

Eine Qualitätsanhebung wird zusätzlich gemäß den Weiterbildungen nach den Unteransprüchen erzielt, indem die Federn durch Teile ersetzt werden, bei denen durch die Schwerkraft eine Rückstellung bewirkt wird. Durch diese Maßnahme wird die Qualität von Tastaturen dadurch erhöht, daß auch eine Verschleißmöglichkeit, wie sie sonst durch eine Ermüdung von Federn gegeben ist, vermieden wird.An increase in quality will also be according to the training achieved according to the subclaims by the Springs are replaced by parts in which the Gravity causes a provision. Through this Measure, the quality of keyboards is increased by that also a possibility of wear, as otherwise through fatigue of springs is avoided.

Eine erfindungsgemäße Tastatur bietet dadurch zusätzliche Vorteile, daß innerhalb von mechanisch betätigbaren Teilen keine elektrischen Kontakte benutzt werden. Die mögliche räumliche Trennung von mechanischer Betätigung und elektrischer Erzeugung von Signalen erlaubt ein Eingießen der elektrischen Komponenten, wodurch eine preiswerte Tastatur, die für Feuchträume oder schmutzige Umgebungen geeignet ist, möglich wird. Diese Eigenschaft spielt besonders bei der zukünftigen Marktentwicklung eine Rolle, da PC′s immer mehr in Kinderzimmern Eingang finden und die Industrie nach billigen "kakaosicheren" Tastaturen verlangt. Eine solche Tastatur läßt sich erfindungsgemäß preiswert herstellen, indem die elektrischen Teile in einem lichtdurchlässigen Kunststoff vergossen werden.A keyboard according to the invention thus offers additional Advantages that within mechanically operated Electrical contacts are not used. The possible spatial separation of mechanical actuation and electrical generation of signals allows pouring the electrical components, making an inexpensive keyboard, which is suitable for wet rooms or dirty environments is possible. This characteristic plays a special role a role in future market development because PC’s more and more find their way into children's rooms and industry for cheap "cocoa-safe" keyboards. A such a keyboard can be inexpensively manufactured according to the invention, by placing the electrical parts in a translucent Plastic to be potted.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch für andere technische Weiterentwicklungen. Die Entwicklung der Glasfasertechnik in der Fernsprechtechnik und die damit verbundene integrierte Optik rückt sogenannte optische Computer der Verwirklichung immer näher. Es wäre zwar möglich, für derartige Datenverarbeitungsanlagen herkömmliche Tastaturen als Eingabeeinheit zu verwenden, bei denen das elektrische Ausgangssignal dann in optische Signale umgewandelt werden muß, eine erfindungsgemäße Tastatur läßt sich dagegen direkt, ohne den Umweg über elektrische Bauelemente, anschließen.Another advantage also arises for other technical Further developments. The development of fiber optic technology in telephony and the related Integrated optics move so-called optical computers closer to realization. It would be possible for such data processing systems conventional keyboards to use as an input unit where the electrical Output signal then converted into optical signals must be a keyboard according to the invention, however, can directly, without going through electrical components, connect.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Anwendungsbeispielen in Zusammenhang mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages and features of the invention result in connection with the following application examples with the claims and the drawing. Show it:

Fig. 1: ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Taste, Fig. 1: an example of an inventive key,

Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Taste, FIG. 2 shows a second embodiment of an inventive key,

Fig. 3: ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Taste, bei der die Rückstellung durch die Schwerkraft erfolgt, FIG. 3 shows a third embodiment of an inventive key, in which the provision is effected by gravity,

Fig. 4: Anordnung der Tasten für eine Tastencodierung, bei der zwei Lichtausbreitungsrichtungen senkrecht zueinander angeordnet sind, Fig. 4: arrangement of the keys for a key coding in which two light propagation directions perpendicular to each other are arranged,

Fig. 5: Tastatur zur Veranschaulichung möglicher Lichtwege zur Tastencodierung bei einer alphanumerischen Tastatur, Fig. 5: keyboard illustrating possible light paths for coding keys in an alphanumeric keyboard,

Fig. 6: Darstellung der Lichtwege und einer Verspiegelung zur Vereinfachung der Schaltung bei einer erfindungsgemäßen Tastatur, Fig. 6: representation of the light paths and a mirror coating in order to simplify the circuit in an inventive keyboard,

Fig. 7: Schaltschema zur Codierung der Tastatur nach Fig. 6. Fig. 7: Circuit diagram for coding the keyboard according to Fig. 6.

Fig. 1 zeigt einen aus zwei Teilen, dem Sockel 10 und dem Knopf 20, bestehenden Taster. In einer erfindungsgemäßen Tastatur müssen die Tasten nicht einzeln gefertigt werden. Es ist demgegenüber zweckmäßig, da keine Kontakte oder Leiterbahnen eingebaut werden müssen, alle Sockel aus einem Stück in einem Spritzgußschritt zu fertigen. Der Sockel 10 in Fig. 1 ist entgegen dieser Aufbauweise als Einzelteil herausgezeichnet, damit die Funktionsweise und der Aufbau besser deutlich gemacht werden können. Fig. 1 shows a button consisting of two parts, the base 10 and the button 20 . In a keyboard according to the invention, the keys do not have to be manufactured individually. In contrast, since no contacts or conductor tracks have to be installed, it is expedient to manufacture all bases from one piece in one injection molding step. Contrary to this construction, the base 10 in FIG. 1 is drawn out as a single part, so that the functioning and the construction can be made clearer.

Bei dem Taster nach Fig. 1 wird der Tastenknopf 20 in den Sockel 10 hineingedrückt. Rastfedern 21 am Tastknopf 20 greifen dabei in Rastlöcher 11 ein. Die Rastlöcher 11 sind in Fig. 1 nur an der Vorderseite angedeutet. Es ist aber empfehlenswert, auch Rastlöcher 11 und entsprechende Rastfedern 21 an der Hinterseite anzubringen. Die Rastlöcher 11 sind Langlöcher, deren Länge so gewählt ist, daß die Länge der Löcher einen Hub definiert, der den nötigen Spielraum für die Tastbewegung festlegt.In the button according to FIG. 1, the key top is pushed into the socket 10 20. Latch springs 21 on the button 20 engage in latch holes 11 . The locking holes 11 are only indicated on the front in FIG. 1. However, it is recommended that locking holes 11 and corresponding locking springs 21 are also provided on the rear side. The latching holes 11 are elongated holes, the length of which is selected so that the length of the holes defines a stroke which defines the necessary scope for the tactile movement.

Am Knopf 20 sind Federn 24 angebracht, die den Tastknopf 20 aus dem Sockel herausrücken, bis die Rasten 21 in den Rastlöchern 11 anschlagen. Die Federn geben nach, wenn der Tastknopf 20 heruntergedrückt wird. Nach Loslassen der Taste schalten sie den Tastknopf 20 mit Hilfe der angewandten Federkraft zurück.Springs 24 are attached to the button 20 , which push the button 20 out of the base until the catches 21 stop in the locking holes 11 . The springs give way when the button 20 is pressed down. After releasing the button, switch the button 20 back with the help of the spring force applied.

Die Qualität der Federn 24 hängt im wesentlichen davon ab, welcher Kunststoff für die Bauteile benutzt wird. Will man aber die Eigenschaften der Federn von der Elastizität des Tastermaterials unabhängig ausbilden, ist es auch möglich, gesonderte Metallfedern in bekannter Weise zur Rückstellung einzusetzen.The quality of the springs 24 essentially depends on which plastic is used for the components. But if you want to develop the properties of the springs independently of the elasticity of the feeler material, it is also possible to use separate metal springs for resetting in a known manner.

In Fig. 1 sind zwei Pfeile X und Y eingezeichnet, welche die Richtung der zu unterbrechenden Lichtwege angeben. Im Tastenknopf 20 sind Knopfschlitze 26 und 28 und im Sockel 11 sind entsprechende Sockelschlitze 16 und 18 vorgesehen, die nach Zusammenstecken von Knopf 20 und Sockel 10 Löcher freilassen, durch welche das Licht der Lichtstrahlen X und Y in Ruheposition ungehindert dringen kann. Wird der Taster gedrückt, werden die Löcher geschlossen und die beiden Lichtstrahlen sind unterbrochen.In Fig. 1, two arrows X and Y are drawn, which indicate the direction of the light paths to be interrupted. In the button 20 button slots 26 and 28 and in the base 11 corresponding base slots 16 and 18 are provided, which leave 10 holes after plugging together the button 20 and base through which the light of the light beams X and Y can penetrate unhindered in the rest position. If the button is pressed, the holes are closed and the two light beams are interrupted.

Bei einer erfindungsgemäßen Tastatur wird abgefragt, wie später noch ausführlicher beschrieben wird, welche Lichtschranken auf diese Weise unterbrochen wurden, und es wird ein entsprechend codiertes Binärsignal als Ausgangssignal erzeugt.With a keyboard according to the invention, a query is made as to how which light barriers will be described in more detail later have been interrupted in this way and it will a correspondingly coded binary signal as the output signal generated.

Ein Taster nach Fig. 1 hat die Eigenschaft, daß die durch Kopfschlitze 26 und 28 und Sockelschlitze 16 und 18 definierten Lochgrößen mit dem Hub korreliert sind. Die dadurch gegebene Abhängigkeit kann nachteilig sein, denn die Lochgröße ist im wesentlichen vom technisch gewollten Signal/Rauschverhältnis zur Erkennung einer Taste bestimmt, während der Hub günstig für die Bewegung, entsprechend dem gewünschten ergonomischen Verhalten, gewählt werden sollte.A button according to FIG. 1 has the characteristic that the hole sizes defined by the head slots 26 and 28 and base slots 16 and 18 are correlated with the hub. The resulting dependency can be disadvantageous, since the hole size is essentially determined by the technically desired signal / noise ratio for recognizing a button, while the stroke should be selected favorably for the movement, in accordance with the desired ergonomic behavior.

Eine Entkopplung dieser unterschiedlichen Forderungen ist bei einem Taster gegeben, wie er in Fig. 2 schematisch im Schnitt dargestellt ist. Aus dem dargestellten Schnitt ist wieder ersichtlich, daß ein Knopf 40 in einem Sockel 30 sitzt. Es sind wieder Rastfedern 41 am Knopf 40 angebracht, die in gleicher Weise wie in Fig. 1 beschrieben in Rastlöcher des Sockels 30 eingreifen. Im Sockel sind Sockel löcher 36 angebracht, durch die das Signal einer zu unterbrechenden Lichtschranke hindurchgeht.These different requirements are decoupled in the case of a pushbutton, as is shown schematically in section in FIG. 2. From the section shown it can be seen again that a button 40 is seated in a base 30 . There are locking springs 41 attached to the button 40 again, which engage in locking holes in the base 30 in the same way as described in FIG. 1. In the base there are base holes 36 through which the signal of a light barrier to be interrupted passes.

Federn 34, die den Knopf herausdrücken, sind in diesem Ausführungsbeispiel an dem Sockel 30 angebracht. Die Federn 34 drücken auf Hebel 32, die mit Hilfe von Lagern 33 auf dem Sockel drehbar beweglich aufliegen. Die Hebel 32 sind über Filmscharniere 51 und 52 mit einem Stößel 50 beweglich verbunden. Der Stößel 50 ist in einer Stößelführung 55 geführt. Der Tastenknopf 40 wirkt über Druckelement 56 auf den Hebel 32 und liegt im Auflagepunkt 57 auf. Der Auflagepunkt 57 kann für bessere mechanische Haltbarkeit auch als Filmscharnier ausgebildet sein.Springs 34 that push the button out are attached to the base 30 in this embodiment. The springs 34 press on levers 32 , which are rotatably supported on the base by means of bearings 33 . The levers 32 are movably connected to a plunger 50 via film hinges 51 and 52 . The plunger 50 is guided in a plunger guide 55 . The button 40 acts on the lever 32 via the pressure element 56 and lies on the support point 57 . The support point 57 can also be designed as a film hinge for better mechanical durability.

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Knopfdruck über den Hebel 32 auf den Stößel 50 übertragen, der den durch Pfeil bezeichneten Lichtweg unterbricht. Durch Wahl des Auflagepunktes 57 kann der Tastenhub und die Lochgröße der Lichtschranke eingestellt werden. Eine weitere Verbesserung ist bei dieser Konstruktion leicht möglich. Wird die Feder nämlich als Schnappfeder ausgeführt, ergibt sich eine noch sicherere Betätigung als sie bei heute konventionellen Tastaturen üblich ist. Ein Schnappeffekt kann zum Beispiel dadurch verwirktlicht werden, daß die Feder 34 in Fig. 2 senkrecht zum dargestellten Schnitt gekrümmt angebracht ist.In this exemplary embodiment, a push of a button is transmitted via the lever 32 to the plunger 50 , which interrupts the light path indicated by the arrow. The key stroke and the hole size of the light barrier can be set by selecting the support point 57 . A further improvement is easily possible with this construction. If the spring is designed as a snap spring, this results in an even more secure actuation than is customary with today's conventional keyboards. A snap effect can be achieved, for example, by the fact that the spring 34 in FIG. 2 is curved and perpendicular to the section shown.

Die Taste nach Fig. 3 hat eine ähnliche Wirkungsweise wie die von Fig. 2. Der Unterschied besteht darin, daß in diesem Beispiel keine eventuell verschleißende Feder mehr benötigt wird. Das erreicht man dadurch, daß die Bewegung des Stößels umgekehrt wird und ein zweiarmiger Hebel statt eines einarmigen Hebels wie in Fig. 2 benutzt wird. Der Stößel 50 wird durch die Schwerkraft heruntergezogen und drückt den Knopf 40 über den Hebel 32 nach oben. Bei Betätigung des Knopfes 40 durch Herunterdrücken wird der Stößel 50 angehoben und unterbricht den Lichtweg. Die Taste nach Fig. 3 benötigt also keine federnden Elemente und verlängert so die Lebensdauer, da Materialermüdung kaum eine Rolle mehr spielt. Wenn man aber zur Hebung der Zuverlässigkeit eine zusätzliche schnappende Betätigung erzielen will, können auch in dieser Konstruktion zusätzliche federnde Elemente eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel bei der Beschreibung der Fig. 2 erwähnt wuden.The button according to FIG. 3 has a similar mode of operation as that of FIG. 2. The difference is that in this example a spring that may wear out is no longer required. This is achieved by reversing the movement of the plunger and using a two-armed lever instead of a one-armed lever as in Fig. 2. The plunger 50 is pulled down by gravity and pushes the button 40 upwards via the lever 32 . When the button 40 is pressed down, the plunger 50 is raised and interrupts the light path. The key according to FIG. 3 therefore does not require resilient elements, thus extending the service life as fatigue hardly matters more. However, if you want to achieve an additional snap actuation to increase the reliability, additional resilient elements can also be used in this construction, as were mentioned, for example, in the description of FIG. 2.

Die Fig. 4 und 5 zeigen beispielhaft, wie die zu unterbrechenden Lichtschranken angeordnet werden können. Tastenknöpfe 60, die z. B. gemäß einem der vorhergehenden Beispiele hergestellt sind, sind matrixartig in einem gemeinsamen Sockelteil 65 angeordnet. Das Sockelteil 65 weist einen beim Spritzgießen von unten eingeprägten Graben 67 auf, in den die Lichtempfänger und Lichtsender für die Lichtschranke eingesetzt werden können. Der Graben weist Kollimatoren 68 auf, die den Winkelbereich der Lichtsender einschränken, wodurch eine fehlerhafte Tastenerkennung ermöglicht wird. FIGS. 4 and 5 show an example of how that can be arranged to be interrupted light barriers. Key buttons 60 , the z. B. are produced according to one of the preceding examples, are arranged in a matrix in a common base part 65 . The base part 65 has a trench 67 stamped from below during injection molding, into which the light receivers and light transmitters for the light barrier can be used. The trench has collimators 68 which restrict the angular range of the light transmitters, which enables incorrect key recognition.

In dem Beispiel von Fig. 4 sind die Tastenknöpfe 60 in 6 Spalten und 4 Reihen angeordnet. Entsprechend gibt es 6 Lichtschranken X_n und 4 Lichtschranken Y_m, die durch den Tastvorgang unterbrochen werden können. Das Drücken eines Tastenknopfes 60 unterbricht eine eindeutige Kombination von X_n und Y_m. Bei einer Fehlbedienung, z. B. durch das Drücken mehrerer Tasten, werden mehrere X- oder Y-Lichtschranken unterbrochen. Es entstehe also eine andere Kombination von X- und Y-unterbrochenen Lichtschranken, so daß eine Ansteuerelektronik eine Erkennung solcher Fehler berücksichtigen kann.In the example of FIG. 4, the button buttons 60 are arranged in 6 columns and 4 rows. Accordingly, there are 6 light barriers X _n and 4 light barriers Y _m , which can be interrupted by the keying process. Pressing a button 60 interrupts a unique combination of X _n and Y _m . In the event of incorrect operation, e.g. B. by pressing several buttons, several X or Y light barriers are interrupted. A different combination of X and Y interrupted light barriers is created, so that control electronics can take into account the detection of such errors.

Die Unterbrechungen werden elektronisch detektiert und eine Steuerelektronik gibt ein entsprechendes Binärsignal aus, wie später noch ausführlicher beschrieben wird.The interruptions are detected electronically and control electronics give a corresponding binary signal as will be described in more detail later.

Fig. 5 zeigt, wie die Lichtwege z. B. für eine alphanumerische Tastatur angelegt werden können. Hierbei ist zu beachten, dßa die Aussparungen und Löcher in den Beispielen von Fig. 1 bis 3 entsprechend den nun schräg durch die Tasten verlaufenden Lichtwegen modifiziert werden müssen. Für die eindeutige Tastenerkennung in Fig. 5 ist es sowohl möglich, Lichtwege in den Kombinationen (X, Y) (X, Y′) oder (Y, Y′) auszuwählen. Zur Erzeugung einer Redundanz für eine bessere Fehlererkennung kann man aber auch alle drei Richtungen unterbrechen lassen. Für eine Elektronik, die minimalen elektronischen Aufwand benötigen, sind allerdings nur die Kombinationen (X, Y′) oder (Y, Y′) von praktischem Interesse. Fig. 5 shows how the light paths z. B. can be created for an alphanumeric keyboard. It should be noted here that the cutouts and holes in the examples of Figures 1 to 3 must be modified in accordance with the light paths now running obliquely through the keys. For the unambiguous identification key in Fig. 5, it is both possible to select light paths in the combinations (X, Y) (X, Y ') or (Y, Y'). To create redundancy for better error detection, you can also have all three directions interrupted. For electronics that require minimal electronic effort, only the combinations (X, Y ') or (Y, Y') are of practical interest.

Die Lichtschranken können in an sich bekannter Weise aus Lichtsendern und Lichtempfängern aufgebaut sein. Als Lichtsender können Leuchtdioden eingesetzt werden. Für die Lichtempfänger sind Photowiderstände, Photodioden oder Phototransistoren möglich. Vorzugsweise benutzt man aber Phototransistoren, die selbst schon verstärken und dadurch eine störungsfreie Erkennung ermöglichen. Außerdem sollten, zur besseren Abgrenzung gegen Streulicht Phototransistoren und Leuchtdioden gewählt werden, die nur im Infrarotbereich empfindlich sind. Zusätzlich ist es zweckmäßig, die Lichtwege der Tastatur gegen Einstrahlung von äußerem Licht abzuschirmen.The light barriers can be made in a manner known per se Light transmitters and light receivers are constructed. As a light transmitter LEDs can be used. For the Light receivers are photoresistors, photodiodes or Phototransistors possible. But preferably you use Phototransistors that amplify themselves and thereby enable trouble-free detection. In addition, for better differentiation against stray light phototransistors and LEDs are selected, which are only in the infrared range are sensitive. In addition, it is advisable the light paths of the keyboard against external radiation Shield light.

Die naheliegendste Ausführung für eine Tastenauslesungsschaltung zur Verwirklichung der Erfindung wäre es, Lichtschranken für jede Richtung X_n und Y_m jeweils mit einer Leuchtdiode und einem Phototransistor mit nachfolgendem Verstärker auszurüsten. Dies wäre aber kostspielig. Eine günstigere Lösung erreicht man dann, wenn man die Lichtschranken nur zeitweise aktiviert und Verstärker bzw. Phototransistoren gemeinsam benutzt. Durch eine zeitweise und sequentielle Aktivierung ist eindeutig festgelegt, welcher Taster gedrückt wurde, wenn die sequentielle Abfrage schneller geht, als üblicherweise für einen Tastvorgang benötigt wird. Ein Tastvorgang dauert üblicherweise länger als 10 ms, so daß bei einem Auslesen von weniger als 100 Lichtschranken für das Abfragen jeder Lichtschranke mehr Zeit als 0,1 ms zur Verfügung steht, was bei heute benutzten elektronischen Bauelementen lang genug ist, um eine zuverlässige sequentiell Abfrage durchfzuführen.The most obvious design for a key reading circuit for realizing the invention would be to equip light barriers for each direction X _n and Y _m with a light-emitting diode and a phototransistor with a subsequent amplifier. But that would be expensive. A cheaper solution can be achieved if the light barriers are only activated temporarily and amplifiers or phototransistors are used together. A temporary and sequential activation clearly defines which button was pressed when the sequential query goes faster than is usually required for a button operation. A keying process usually takes longer than 10 ms, so that if fewer than 100 light barriers are read out, more time than 0.1 ms is available for the interrogation of each light barrier, which is long enough with electronic components used today for a reliable sequential interrogation to carry out.

Als Beispiel für eine Ausführungsform der genannten Art ist in Fig. 6 für eine Tastatur mit 4·6 Tasten gezeigt. Eine Schemazeichnung für eine mögliche Schaltung zur Ansteuerung ist in Fig. 7 wiedergegeben.An example of an embodiment of the type mentioned is shown in FIG. 6 for a keyboard with 4 × 6 keys. A schematic drawing for a possible control circuit is shown in FIG. 7.

In einem Sockelgehäuse 70 sind Aussparungen 72 vorgesehen. Die Aussparungen 72 dienen zur Aufnahme von Infrarotdioden Dx1-Dx6 und Dy1-Dy4. Das Infrarotlicht fällt durch Kollimatoren 74, die den Winkelbereich für die Lichtausbreitung einschränken. In der Mitte des Sockelgehäuses 70 ist ein Tastenfeld 76, in dem Tasten zur Unterbrechung der Lichtschranken angeordert sind. Das Licht fällt durch Löcher 78 in einen Empfangskanal 80. Die Seiten des Empfangskanals 80 sind verspiegelt, so daß alle Lichtschranken in diesem Kanal ein Lichtsignal erzeugen, welches z. B. durch einen Detektor innerhalb des Kanals abgefragt werden kann.Recesses 72 are provided in a base housing 70 . The cutouts 72 serve to receive infrared diodes Dx 1 -Dx 6 and Dy 1 -Dy 4 . The infrared light passes through collimators 74 which restrict the angular range for light propagation. In the center of the base housing 70 is a keypad 76 , in which keys for interrupting the light barriers are ordered. The light falls through holes 78 into a receiving channel 80 . The sides of the receiving channel 80 are mirrored, so that all light barriers in this channel generate a light signal which, for. B. can be queried by a detector within the channel.

In diesem Beispiel sind als Detektor zwei Photo transistoren T1, T2 an jedem Ende des Kanals 80 eingesetzt. Der Einsatz mehrerer in Reihe geschalteter Photo transistoren, statt einem einzigen, hat den Vorteil, daß bei einer Reihenschaltung der Transistoren ungefähr das gleiche elektrische Signal für jede Lichtschranke erzeugt wird, da für jede Lichtschranke ungefähr dieselben Verluste auftreten. Unterschiedliche Positionen von Lichtsendern und Detektor gleichen sich so aus.In this example, two photo transistors T1, T2 are used as the detector at each end of the channel 80 . The use of several photo transistors connected in series instead of a single one has the advantage that approximately the same electrical signal is generated for each light barrier when the transistors are connected in series, since approximately the same losses occur for each light barrier. Different positions of light emitter and detector compensate each other.

Zur Verbesserung der Empfangscharakteristik sind im Kanal 80 Streukörper 82 angeordnet, die dafür sorgen, daß das Licht im wesenlichten in den verspiegelten Kanal 80 gestreut wird, anstatt daß es in die abgefragte Lichtschranke zurückreflektiert wird. Die Streukörper können flache, prismenartige Stücke sein, die einstückig mit dem Sockel gefertigt sind.To improve the reception characteristics, scattering bodies 82 are arranged in the channel 80 , which ensure that the light is essentially scattered into the mirrored channel 80 , instead of being reflected back into the queried light barrier. The diffusers can be flat, prism-like pieces that are made in one piece with the base.

Die Verspiegelung kann für sichtbares Licht durch eine Bedampfung mit Aluminium oder Beschichtung mit Silberlack erfolgen. Für infrarote Spiegel sind aber auch Lacke aus der Heizungstechnik geeignet, die, obwohl sie im sichtbaren Bereich weiß aussehen können, ein gutes Spiegelverhalten im Infrarotbereich haben.The mirroring can be seen by a Evaporation with aluminum or coating with silver paint respectively. However, varnishes are also made for infrared mirrors suitable for heating technology which, although visible Area can look white, good mirror behavior in the Have infrared range.

Eine Steuerelektronik für eine Tastatur nach Fig. 7 schaltet sequentiell die Dioden Dx1 bis Dx6 und danach Dy1 bis Dy4 ein. Wenn kein Taster gedrückt ist, wird immer ungefähr die gleiche Lichtmenge zu den beiden Photo transistoren T1 und T2 gelangen, so daß die Reihenschaltung der Transistoren leitend ist. Wenn nun eine Taste gedrückt wird, z. B. die Taste, die in Fig. 6 an Position 85 sitzt, werden zwei Lichtwege unterbrochen. Das heißt in dem Beispiel, daß die Reihenschaltung der Transistoren T1 und T2 hochohmiger in den beiden Fällen wird, in denen Dy2 oder Dx4 hellgeschaltet sind. Der hochohmige Zustand von T1 und T2 kann detektiert werden und über einen Verstärker in ein "Strobesignal" gewandelt werde, durch welches der Binärcode, der zum sequentiellen Einschalten der Dioden benutzt wurde, in einem Speicher abgelegt wird. Die gespeicherte Werte werden zum Abfragen einer Tabelle verwendet, welche z. B. in einem ROM einem RAM oder einem PROM abgelegt ist, wobei die Adressleitungen eines der genannten Speicher an den Ausgängen der Speicher liegen und dessen Ausgang als Ausgangssignal für die Tastatur verwendung findet.Control electronics for a keyboard according to FIG. 7 sequentially switches on the diodes Dx 1 to Dx 6 and then Dy 1 to Dy 4 . If no button is pressed, approximately the same amount of light will always reach the two photo transistors T 1 and T 2 , so that the series connection of the transistors is conductive. If a key is now pressed, e.g. B. the button, which is located in Fig. 6 at position 85 , two light paths are interrupted. In the example, this means that the series connection of the transistors T 1 and T 2 becomes more high-resistance in the two cases in which Dy 2 or Dx 4 are switched on. The high-impedance state of T 1 and T 2 can be detected and converted via an amplifier into a "strobe signal", by means of which the binary code which was used for the sequential switching on of the diodes is stored in a memory. The stored values are used to query a table, which e.g. B. is stored in a ROM, a RAM or a PROM, the address lines of one of the said memories being at the outputs of the memories and the output of which is used as an output signal for the keyboard.

Zum sequentiellen Abfragen der Photodioden Dxn und Dym kann ein Oszillator und eine Zählschaltung benutzt werden, deren Ausgang an einem Dekoder liegt. Die Ausgänge des Dekoders sprechen wiederum die einzelnen Dioden an. Die Ausführungen von solchen Schaltungen sind dem Fachmann bekannt und mit herkömmlichen integrierten Schaltungen leicht aufzubauen.For sequential polling of the photodiodes Dxn and Dym an oscillator and a counter circuit can be used, whose output is on a decoder. The outputs of the Decoders in turn address the individual diodes. The Such circuits are known to those skilled in the art known and with conventional integrated circuits easy to set up.

Eine schaltungsmäßige Variante, die einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer benutzt, ist in Fig. 7 gezeigt. Eine solche Schaltung hat gegenüber konventionellen Aufbauten unter anderem den Vorteil, daß die Bestückungsarbeit stark verringert wird, wodurch die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.A circuit variant that uses a microprocessor or microcomputer is shown in FIG . Such a circuit has the advantage over conventional structures, inter alia, that the assembly work is greatly reduced, which further reduces the manufacturing costs.

In Fig. 7 ist ein Mikrocomputersystem 90 gezeigt, welches die Dioden Dx1 bis Dxn und Dy1 bis Dyn über die Schaltung 94 sequentiell ansteuert. Die Steuerinformation wird über den Bus 92 in die Schaltung gegeben. Der Bus 92 kann ein Teil des Adressbusses sein, was dann verlangt, daß die Schaltung 92 auch Outputports enthält. Bei hochintegrierten Mikrocomputern können die Ports aber schon in der Einheit 90 integriert sein, so daß die Schaltung 94 vorzugsweise nur Treiber oder Decoder enthält. Das Ausgangssignal der Tastatur wird vom Mikrocomputer an den Ausgängen 96 ausgegeben. FIG. 7 shows a microcomputer system 90 which drives the diodes Dx 1 to Dxn and Dy 1 to Dyn sequentially via the circuit 94 . The control information is fed into the circuit via bus 92 . Bus 92 may be part of the address bus, which then requires circuit 92 to also include output ports. In the case of highly integrated microcomputers, the ports can already be integrated in the unit 90 , so that the circuit 94 preferably contains only drivers or decoders. The output signal from the keyboard is output by the microcomputer at the outputs 96 .

Eine Besonderheit gegenüber konventioneller Schaltungstechnik ist in Fig. 4 gezeigt, bei der die Phototransistoren über einen Verstärker 95 an einem Interrupteingang (Int) einen Interrupt auslösen. In einem solchen Fall gestaltet sich die Schaltung und das Programm besonders einfach.A special feature compared to conventional circuit technology is shown in FIG. 4, in which the phototransistors trigger an interrupt via an amplifier 95 at an interrupt input (Int). In such a case, the circuit and the program are particularly simple.

Der Verstärker 95 kann ein integrierter Operationsverstärker ein. Ein besonderer Vorteil ergibt sich jedoch, wenn dieser ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker ist, der statische Signale ausfiltert. Dann wird auch der Einfluß von Umgebungsstreulicht stark verringert, da dieses einen Gleichstrom in den Phototransistoren verursacht.The amplifier 95 can be an integrated operational amplifier. However, there is a particular advantage if this is an AC-coupled amplifier that filters out static signals. Then the influence of ambient stray light is greatly reduced, since this causes a direct current in the phototransistors.

Ein mögliches Programm für die Schaltung nach Fig. 7 könnte aus einem Hauptprogramm und einem Interruptprogramm bestehen. Das Interruptprogramm würde nur die Binärinformation, mit der die Dioden angesprochen werden, in Speichern ablegen und ein Flag setzen, welches später dem Hauptprogramm mitteilt, daß innerhalb einer Abfragesequenz eine Taste gedrückt wurde. Das Hauptprogramm wird bei dieser Schaltung innerhalb einer Abfrageschleife die Bitstrukturen erzeugen, mit denen die Dioden Dx1 bis Dx6 und Dy1 bis Dy4 sequentiell angesprochen werden. Nach Durchlaufen der Abfrageschleife wird mit Hilfe des Flags abgefragt, ob ein Interrupt während der Abfragesequenz aufgetreten ist. Falls nicht, wird am Ausgang ein Nullcode ausgegeben und die Schleife wird danach neu durchlaufen. Falls das Flag, welches angibt, daß ein Interrupt während der Abfrageschleife aufgetreten ist, gesetzt ist, wird aus den beim Interrupt abgespeicherten Binärcodes eine Adresse gebildet, durch die aus einer Tabelle der bei 96 auszugebende Binärcode ermittelt und ausgegeben wird. Anschließend wird das Flag zurückgesetzt und der Eingang der Abfrageschleife wird wieder ansgesprungen.A possible program for the circuit according to FIG. 7 could consist of a main program and an interrupt program. The interrupt program would only store the binary information with which the diodes are addressed, and would set a flag which would later inform the main program that a key had been pressed within a query sequence. With this circuit, the main program will generate the bit structures within a query loop with which the diodes Dx 1 to Dx 6 and Dy 1 to Dy 4 are addressed sequentially. After passing through the query loop, the flag is used to query whether an interrupt has occurred during the query sequence. If not, a zero code is output at the output and the loop is then run through again. If the flag that indicates that an interrupt occurred during the interrogation loop is set, an address is formed from the binary codes stored during the interrupt, by means of which the binary code to be output at 96 is determined and output from a table. The flag is then reset and the query loop input is jumped back to.

Die einfache Schaltung und das Programm können in verschiedenster Wiese modifiziert werden. So kann man bei geringen Programmänderungen auch über den "Reseteingang" statt über einen "Interrupteingang" gehen. Außerdem ist es möglich, wenn im Interruptprogramm zu viele Binärcodes abgespeichert worden sind, eine Fehlermeldung zu bilden, die besagt, daß mehr als eine Taste gedrückt wurde. Es ist aber offensichtlich, daß bei alphanumerischen Tastaturen die "Shift" und die "Control"-Tasten entsprechend ihrer Funktion im Programm berücksichtigt werden müssen.The simple circuit and the program can be in various meadows can be modified. So you can at minor program changes also via the "reset input" instead of going through an "interrupt input". Besides, it is possible if too many binary codes in the interrupt program have been saved to form an error message, which means that more than one key was pressed. It is but obviously that with alphanumeric keyboards the "Shift" and the "Control" keys according to their Function in the program must be considered.

Eine Tastatur mit Mikroprozessorschaltung hat gegenüber konventionell aufgebauten Schaltungen den zsätzlichen Vorteil, daß sie leicht umprogrammiert werden kann, z. B. wenn aufgrund der Norm eines anderen Landes die Tasten einen anderen Code bekommen sollen. Eine "intelligente Tastatur", die von externen Prozessoren aus programmiert werden kann, ist ebenfalls leicht zu verwirklichen, bei der z. B. die Tabelle zur Konversion der Information, welche Taste angesprochen hat, in einem RAM abgelegt wird. Durch einen zusätzlichen Port läßt sich der Mikrocomputer ansprechen und, auf spezielle Befehlsstrukturen hin, wird ein Programmteil zum Ablauf gebracht, um die Tabelle zu verändern. Solche Programme sind bekannt und für den Fachmann leicht zu adaptieren.A keyboard with a microprocessor circuit has opposite conventionally constructed circuits the additional advantage, that it can be easily reprogrammed, e.g. B. if due to the norm of another country the buttons one get another code. An "intelligent keyboard", which can be programmed from external processors is also easy to implement in the z. B. the Table for converting the information about which key is addressed is stored in a RAM. Through a additional port can be addressed to the microcomputer and, based on special command structures, becomes a program part brought to flow to change the table. Such programs are known and are easy for the person skilled in the art to adapt.

Aus den dargestellten Ausführungsbeispielen und den gegebenen Erläuterungen ist deutlich, daß sich eine große Anzahl von Vorteilen aus der Erfindung ergibt. Vor allem spielt für die Lösung der Aufgabe eine Rolle, daß sich mechanische Teile bzw. die Anzahl der Herstellungsschritte gegenüber herkömmlichen Tastaturen stark reduzieren lassen. Kontakte und entsprechende Verbindungen sind auch nicht mehr nötig. Die Verwendung von Verspiegelungen schränkt auch die Zahl der benötigten elektronischen Bauteile stark ein. Es ist bemerkenswert, daß trotz der Einsparung von Komponenten bei einer erfindungsgemäßen Tastatur eine Verringerung der Qualität nicht befürchtet werden muß, sondern daß auch Verschließteile reduziert werden können.From the illustrated embodiments and Given the explanations, it is clear that there is a large Number of advantages resulting from the invention. Especially plays a role in solving the problem that mechanical parts or the number of manufacturing steps compared to conventional keyboards. Contacts and corresponding connections are also not more needed. The use of mirroring limits the number of electronic components required is also strong a. It is noteworthy that despite the saving of Components in a keyboard according to the invention a reduction the quality does not have to be feared, but that wear parts can also be reduced.

Claims

1. keyboard with several, mostly matrix-like keys, each of which can be moved into two positions, working position and rest position,
each key has a base part and an adjustable knob part,
wherein the button part can be moved manually from the rest position to the working position
and the buttons having reset devices which push the button part from the working position into the rest position,
characterized in that the keyboard contains several light barriers (X, Y, Y '), at least one of which is interrupted when at least one key is in the working position.

2. Keyboard according to claim 1, characterized in that the resetting device has springs ( 24 , 34 ).

3. Keyboard according to claim 1 or 2, characterized in that the restoring device contains at least one weight generating the restoring force ( 50 ).

4. Keyboard according to claim 2, characterized in that at least one spring ( 24 , 34 ) of a keyboard with the button part ( 20 ) or the base part ( 10 , 30 ) is made in one piece.

5. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized in that the button part ( 40 ) via lever-like elements ( 32 ) with a light barrier interrupting the diaphragm ( 50 ) is coupled.

6. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of bases ( 10 , 30 ) is formed in a coherent unit which is made in one piece.

7. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized, that electronic parts are embedded in plastic.

8. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized in
that the light barriers have light transmitters (Dx _n , Dy _n ) and light receivers (T _n ),
that the light transmitters (Dx _n , Dy _n ) are diodes emitting in the infrared range,
that the light receivers (T _n ) are phototransistors.

9. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized, that the majority of the buttons are in the working position at least two light barriers with different light propagation directions interrupt.

10. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized in
that the light emitters (Dx _n , Dy _n ) are connected to a circuit unit ( 94 ) which sequentially switches on each light emitter (Dx _n , Dy _m ), and
that the output signals of several light barriers are coupled together in that the light receivers (T 1 , T 2 ) are connected together and / or in that the receiver side of the light barriers is optically connected in parallel by reflecting elements ( 80 , 82 ).

11. Keyboard according to one of the preceding claims, characterized in that the output signal of the light receiver (T 1 , T 2 ) is connected to a circuit ( 95 ) which generates an interrupt for a processor ( 90 ).