FI82331B - Pao elektromagnetisk straolning baserat kretselement. - Google Patents

Description

1 82331 Sähkömagneettiseen säteilyyn perustuva piirielementti

Keksinnön ala Tämä keksintö liittyy sähkömagneettiseen säteilyyn 5 perustuviin piirielementteihin, jotka ovat yleisesti hi-paisukosketintyyppiä.

Tekninen tausta GB-patenttijulkaisu nro 1 600 556 liittyy hipaisu-kytkimeen, jossa on säteilyä levittävä yksikkö, kuten op-10 tinen prisma, järjestettynä säteilylähteen, kuten valoa emittoiva diodi, ja säteilyilmaisimen, kuten valotransis-tori, väliin. Kun säteilyä levittävän yksikön ulkopintaan kosketaan, kokonaisheijastusolosuhteet tässä pinnassa muuttuvat johtaen identifioitavissa olevaan muutokseen sä-15 teilyssä säteilylähteestä, joka saavuttaa säteilyilmaisimen. Osuva ulkopuolinen säteily ei saavuta säteilyilmai-sinta, koska se heijastuu aina sisäpuolisesta mainitun yksikön sisässä poistuakseen pinnan läpi, joka on etäällä säteilyilmaisimesta.

20 Tämä järjestely on yleisesti tyydyttävä. Kuitenkin voi syntyä käytännöllisiä ongelmia, jos kytkintä käytetään vedenalaisessa optisessa järjestelmässä. Taitekertoimen säteilyä levittävän yksikön sisäpuolella täytyy olla tietyn kriittisen arvon yläpuolella, jotta varmistetaan sä-25 teilyn erotus ilmaisimen säteiden (toisin sanoen säteiden säteilylähteestä säteilyilmaisimelle) ja ulkopuolisten säteiden välillä. Tämä kriittinen arvo on 1//2, jos väli-aineprisman ulkopuolella on ilmaa ja noin 1,66, jos väliaine on vettä. Kuitenkin luokkaa 1,7 olevaa taitekerrointa 30 ei voida helposti saavuttaa halvoilla materiaaleilla, ku ten tavanomainen lasi tai plexilasi ja saatetaan tarvita kallista, raskasta optista lasia.

Keksinnön selitys

Esillä olevan keksinnön eräs kohde on tämän ongel-35 man voittaminen.

2 82331

Esillä olevan keksinnön kohteena on sähkömagneettiseen säteilyyn perustuva piirielementti, joka käsittää säteilyä levittävän yksikön, jossa on kosketuspinta ja toinen pinta, joka ulkonee kosketuspinnan sivulta, säteily-5 lähteen, joka on sovitettu suuntaamaan säteily mainittuun yksikköön sen kosketuspintaa kohti ja säteilyilmaisimen, joka on vastapäätä mainittua sivupintaa, mainitun yksikön ollessa sovitetun tuottamaan identifioitavissa olevan muutoksen säteilyssä, joka saavuttaa ilmaisimen säteilyläh-10 teestä, kun yksikön kosketuspintaa kosketetaan aktivoivalla elimellä, kuten sormella, jolloin keksinnölle on tunnusomaista, että ulkopuolinen säteily, joka saapuu yksikköön kosketuspinnan läpi voi poistua yksiköstä sen sivupinnalta, mutta tavalla, joka on oleellisesti riittämätön 15 aikaansaamaan tällöin ilmaisimen toiminnan seurauksena ulkopuolisen säteilyn taittumisesta säteilyä levittävän yksikön pinnassa.

Esillä olevan keksinnön toisen piirteen mukaisesti on muodostettu sähkömagneettiseen säteilyyn perustuva pii-20 rielementti, joka käsittää säteilyä levittävän yksikön säteilylähteen ja säteilyilmaisimen välissä, joka yksikkö on sovitettu tuottamaan identifioitavissa olevan muutoksen säteilyyn, joka saavuttaa ilmaisimen säteilylähteestä, kun yksikön yhtä pintaa kosketetaan, jolle elementille on 25 luonteenomaista, että mainittuun yksikköön mainitun pinnan kautta saapuvan ulkopuolisen säteilyn sallitaan poistua yksiköstä sen sivupinnalta, mutta hipovassa kulmassa, joka on oleellisesti riittämätön mahdollistamaan mainitun säteilyn saavuttaa mainittu ilmaisin.

30 Harkittaessa tapausta, jossa mainittu pinta on suo rassa kulmassa suhteessa vastakkaisiin sivupintoihin, joiden kautta ilmaisimen säde on sovitettu kulkemaan säteily-lähteen ja säteilyilmaisimen välillä, kun mainittua pintaa kosketetaan, rajoittava tapaus suurimmalle kulmalle toi-35 selle mainitulle sivupinnalle ulkopuolisesta säteilystä 3 82331 johdetulle saapuvalle säteelle esiintyy, kun mainittu ulkopuolinen säteily on yhdensuuntainen mainitun kosketuspinnan kanssa. Jos ulkopuolisella väliaineella, joka on vasten kosketuspintaa, on taitekerroin nD ja mainitulla 5 levitysyksiköllä on taitekerroin n, niin suurin kulma f, joka ympäristöstä tulevalla säteellä voi olla yksikössä sivupinnan kanssa saadaan (vertaa Snellin laki): sin f = nQ/n 10 Tämän säteen taittuessa sivupinnassa se tekee kulman a tämän pinnan kanssa, jossa cos a = V n2 - n^ 15 Tämä tarkoittaa, että jollakin etäisyydellä sivupinnasta ja tämän pinnan tiettyjen sektorien ulkopuolella ei ole ulkopuolisia säteitä (edellyttäen, että taittuneita säteitä voidaan estää pääsemästä ilmaisimelle johtuen jon-20 kinlaisesta sironnasta ilmaisimen läheisyydessä). Sijoitettaessa arvot nähdään, että sanotaan 4 mm vahvalle levylle etäisyyden pinnan ja ilmaisimen välillä tarvitsee olla vain n. 2 mm, jotta varmistetaan, että ympäristön valo kosketuspinnan ulkopuolelta ei saavuta ilmaisinta.

25 Vaikutus, joka liittyy läheisesti ympäristöstä tu levien säteiden hipaisevaan saapumiseen sivupinnalle, kuten on kuvattu yllä, voi esiintyä, kun kosteutta kondensoituu matalan taitekertoimen omaavalle, kuten lasia tai plexilasia olevalle säteilyä levittävälle yksikölle. Jos 30 säteilylähde on sijoitettu lasin alapuolella, lähdesäteet eivät normaalisti koskaan kykene saavuttamaan ilmaisinta, paitsi jos lasia kosketaan sormella tai vastaavalla kohteella, kuten on kuvattu edellä mainitussa patenttijulkaisussa. Kuitenkin johtuen epätäydellisestä erotuksesta sä-35 dejärjestelmien välillä, joka on seurausta säteilyä levit- 4 82331 tävän yksikön matalasta taitekertoimesta, jos käytetään halpaa materiaalia tässä yksikössä, lähdesäteet, jotka taittuvat kosketuspinnasta hipovissa kulmissa, voivat heijastua kosteuspisaroiden kaarevasta ulkopinnasta kosketus-5 pinnalla takaisin säteilyä levittävään yksikköön kulma-alueella, jossa ne voisivat saavuttaa ilmaisimen.

Jos tätä vaikutusta ei korjata, kosketuspinnalle kondensoituva kosteus voitaisiin virheellisesti rekisteröidä aktivoinniksi, kun säteilyä levittävässä yksikössä 10 on käytetty halpaa lasia tai plexilasia. Tämä ongelma voidaan voittaa, jos sen säteilyn kulmakeilaa, joka saavuttaa lasin säteilylähteestä, rajoitetaan aukon avulla, niin että oleellisesti mikään lähdesäde ei voi saavuttaa pisaroita hipaisukulmissa.

15 Keksinnön yllä kuvatuilla järjestelyillä on mahdol lista aikaansaada suuri toiminnallinen kosketusherkkyys yhdessä oleellisen tunteettomuuden ulkopuoleisen säteilyn vaikutuksille (ympäröivän valon) kanssa, myös tapauksessa, jossa kytkin on tehty halvasta lasista tai plexilasista, 20 ja sitä käytetään veden alla tai muussa samankaltaisessa väliaineessa.

Yllä mainitun aikaisemman patenttijulkaisun järjestelyn ja myös yllä mainitun toisen keksinnön piirteen avulla aikaansaadaan epäsuotavan ulkopuolisen säteilyn 25 erotus ilmaisinsäteistä luottamalla ulkopuolisen säteilyn heijastus- ja/ tai taitekulmaan levitysyksikön pinnoissa, jotka määräytyvät yksikön ja ulkopuolisen väliaineen suhteellisista taitekertoimista. Esillä olevan keksinnön lisäkohteena on muodostaa hipaisukytkin, joka luottaa vaih-30 toehtoiseen erotustapaan ja joka on erityisen sovelias käytettäväksi, kun ulkopuolinen väliaine on vesi tai vastaava ja joka myös sallii ilmaisimen olla säteilyä levittävän yksikön integroitu osa (toisin sanoen ei erotettu tästä yksiköstä ilmavälillä).

35 Esillä olevan keksinnön kolmannen piirteen mukai-

II

5 82331 sesti on muodostettu sähkömagneettiseen säteilyyn perustuva piirielementti, joka käsittää säteilyä levittävän yksikön säteilylähteen ja säteilyilmaisimen välissä, joka yksikkö on sovitettu tuottamaan identifioitavissa olevan 5 muutoksen säteilyyn, joka saavuttaa ilmaisimen säteilylähteestä, kun yksikön pintaa kosketaan, jolle elementille on luonteenomaista, että mainitun yksikön ainakin yhdellä mainitulla pinnalla on substraatti ainakin ilmaisimen läheisyydessä, joka substraatti on sovitettu absorboimaan 10 tai vaimentamaan ulkopuolelta lähtöisin olevaa säteilyä ennen kuin se saavuttaa ilmaisimen.

Tällä järjestelyllä voidaan saavuttaa mainitun ulkopuolisen säteilyn tyydyttävä eliminointi ilman että välttämättä vaaditaan kalliiden materiaalien käyttöä mai-15 nittua levitysyksikköä varten myös mahdollisesti kun yksikköä käytetään veden tai muun samanlaisen väliaineen alla.

Edullisimmin mainittu substraatti levitetään kosketuspintaa vastapäätä olevalle yhdensuuntaiselle pinnalle, 20 jolloin ilmaisinsäde, joka osuu substraatin pintaan hipai-sukulmassa, kokee sisäisen kokonaisheijastuksen ilman että siihen oleellisesti vaikuttaa mainittu substraatti, kun taas ulkopuolelta lähtöisin oleva säteily, joka suuntautuu tällaiseen pintaan kulmassa, joka sallii osittaisen siir-25 tymisen sen läpi merkittävästi absorboituu substraattiin tai vaimenee siinä.

Substraatti voi olla mitä tahansa sopivaa absorboivaa ainetta, mutta edullisesti optisen järjestelmän tapauksessa sillä on taitekerroin, joka on vähintään yhtä 30 suuri kuin kosketuspinnan ulkopuolella olevan väliaineen taitekerroin. Kuitenkin substraatin taitekertoimen tulisi olla niin alhainen kuin mahdollista verrattuna mainitun levitysyksikön taitekertoimeen. Veden ympäröimän optisen prisman tapauksessa taitekertoimen tulisi olla n. 1,33.

35 Substraatti voi olla absorboivan maalin muodossa.

6 82331 jolla on sopiva taitekerroin, joka maali levitetään levyn pinnalle tai se voisi olla toisen levyn muodossa, joka koostuisi materiaalista, jolla on sopiva taitekerroin ja sisältää absorboivia välineitä, joka toinen levy on lii-5 mattu prismaan läpinäkyvällä sementillä, jolla on korkea taitekerroin, esimerkiksi epoksihartsilla. Substraatti voitaisiin yhdistää menetelmään, jolla levy liitetään kyseessä olevaan laitteeseen ja/tai menetelmään, jossa ilmaisin varjostetaan yläpuolelta ulkopuoliselta valolta.

10 Kun säde saapuu prisman ja substraatin väliseen liitokseen jyrkässä kulmassa kosketuspintaan, kun esiintyy vain ulkopuolisia säteitä tai säde välikulmassa, kun esiintyy sekä ulkopuolisia että sisäpuolisia säteitä, se osittain taittuu substraattiin ja absorboituu siihen ja 15 osittain heijastuu. Jos substraatti kattaa riittävän suuren alueen, niin että säteiden täytyy suorittaa useita heijastumisia saavuttaakseen ilmaisimen, niin mainitut säteet vaimentuvat tällä tiellä hyvin alhaisille tasoille. Tämän vastakohtana ilmaisinsäde kokee sisäisen kokonais-20 heijastuksen liitoksessa ja saavuttaa ilmaisimen ilman taittumishäviöitä substraattiin edellyttäen, että absorptio substraatissa on alhainen nopeasti vaimenevan aallon relaksaatiopituudella sisäisessä kokonaisheijastuksessa, niin että kokonaan heijastunut aalto ei absorboidu tunne-25 loitumalla substraattiin.

Yllä kuvatun järjestelyn modifikaatiossa absorboiva materiaali, joka varjostaa ilmaisinta, voidaan erottaa prismasta väliainevälillä, jonka taitekerroin on oleellisesti sama kuin ulkopuolisen väliaineen. Ulkopuoliset sä-30 teet, jotka saavuttavat ilmaisimen normaalisti, kokevat sarjan moniheijastuksia prisman pinnoissa ja kussakin heijastuksessa osa säteestä myös taittuu ulos pinnan läpi ja absorboituu. Jos absorboiva materiaali peittää riittävän suuren alan ilmaisimen edessä, niin ulkopuolisista läh-35 teistä peräisin olevat säteet näissä moniheijastuksissa/ 7 82331 taittumisissa vaimentuvat hyvin alhaisille tasoille, kun taas säteet sisäisen sädejärjestelmän sisällä saavuttavat ilmaisimen ilman taittumishäviöitä, koska ne heijastuvat kokonaan pinnoissa.

5 Lyhyt piirustusten selitys

Oheisissa piirustuksissa kuviot 1 ja 2 esittävät keksinnön esimerkkejä.

Paras tapa keksinnön toteuttamiseksi Kuvio 1 esittää suoritusmuodon, jossa säteilyläh-10 teet, joita tässä on havainnollistettu valoa emittoivalla diodilla, on sijoitettu plexilasilevyn 2 alapuolelle, jossa levyssä on tasainen päällipinta 3, sitä vastapäätä oleva tasainen yhdensuuntainen alapinta 4 ja sivupinta 5 pintojen 4 ja 5 välissä ja suorassa kulmassa niihin nähden. 15 Jos levyn 2 päällipintaa 3 kosketaan sormella, sironnut säteily 7 saavuttaa ilmaisimen 6 (kuten valotransistorin) levyn sivupinnan 5 ulkopuolella, niin että ilmaisin 6 aktivoituu tämän säteilyn vaikutuksesta. Ilmaisin 6 on sijoitettu erilleen sivupinnasta 5 ja on suoraan sitä kohti 20 ja sijaitsee varjostusrakenteen 8 alapuolella.

Ulkopuoliset säteet tai säteet valoa emittoivasta diodista, kun sormi ei ole kosketuksessa lasin kanssa, ei saavuta ilmaisinta 6. Normaalisti tällaisia säteitä ei myöskään tunkeudu levyn sivupinnalta 5. Kuitenkin plexila-25 sin taitekerroin ei ole kyllin korkea varmistamaan tällaisten säteiden sisäistä kokonaisheijastusta sivupinnassa 5 tapauksessa, jossa ulkopuolinen väliaine kosketuspinnan 3 ulkopuolella on vettä. Tässä tapauksessa kuitenkin ulkopuolelta peräisin olevat säteet 9 poistuvat sivupinnasta 30 pääosin tietyssä suurimmassa hipaisukulmassa, kuten on esitetty varjostetulla alueella 10 kuviossa 1. Ilmaisin 6 on sijoitettu sopivalle etäisyydelle sivupinnasta 5, niin että ainoa säteily, joka saavuttaa ilmaisimen, on säteily 7, joka on sironnut sormesta, kun tämä on kosketuksessa 35 säteilylähteen 1 yläpuolisen lasin kanssa.

8 82331

Mahdollisten ongelmien eliminoimiseksi, jotka aiheutuvat heijastuksesta kosteuspisaroissa, kuten on yllä esitetty, säteily valoa emittoivasta diodista 1 kollimoi-daan aukon 11 avulla läpinäkyvässä substraatissa 12.

5 Kuvio 2 esittää säteilyä levittävän yksikön levyn 2a muodossa (joka on saman muotoinen kuin levy 2) yhdessä ilmaisimen 13 kanssa, joka on integroitu levyyn sen sivupinnalle 21. Ilmaisinsäde 14, joka on sironnut sormesta säteilylähteestä 15 levyn 2a alapuolella, kun sormi on 10 kosketuksessa levyn päällipinnan 16 kanssa, heijastuu sisäisesti kokonaan levyn vaakasuorista päälli- ja pohjapin-noista 16, 17. Ulkopuoliset säteet 18 toisaalta heijas tuvat osittain ja osittain taittuvat liitoksessa pohjapin-nan 17 ja sille levitetyn substraatin 19 välissä. Subst-15 raatissa 19 on aukko 22, joka on linjassa lähteen 15 kanssa. Johtuen taittuneen osan absorptiosta ulkopuolelta peräisin oleva säteily 18 vaimenee alhaisille tasoille useiden tällaisten osittaisten heijastumisten jälkeen. Levyn päällipinnan reuna-alue lähellä ilmaisinta on sopivasti 20 varjostettu (varjostusrakenteella 20) suoralta ulkopuoliselta säteilyltä, niin että tällainen säteily voi saavuttaa ilmaisimen vain useiden heijastusten jälkeen levyn päälli- ja pohjapinnoissa 16, 17.

On luonnollisesti ymmärrettävä, että keksinnön ei 25 ole tarkoitus rajoittua yllä kuvattujen suoritusmuotojen yksityiskohtiin, jotka on kuvattu vain esimerkinomaisesti. Erityisesti säteilylähde voi vaihtoehtoisesti olla sijoitettu heijastamaan säteily kokonaan sisäisesti kosketuspinnassa, joka heijastunut säteily vaimenee, kun sormi 30 tuodaan kosketukseen pinnan kanssa.

Viitataan patenttiin 1 600 556 soveltuvia lisäyksi-tyiskohtia koskien.

Yllä kuvatuilla suoritusmuodoilla saavutetaan identifioitavissa oleva muutos säteilyssä säteilylähteestä, 35 joka saavuttaa säteilyilmaisimen, kun ja vain kun yksikön 11 9 82331 ulkopintaa kosketaan, tämän muutoksen johtuessa muutoksista sisäisen kokonaisheijastuksen olosuhteissa mainitussa pinnassa. Ulkopuolinen säteily, joka saapuu yksikköön mainitun pinnan kautta, ei oleellisesti saavuta sä-5 teilyilmaisinta myöskään tapauksessa, jossa säteilyä le vittävä yksikkö on valmistettu materiaalista, jonka taitekerroin on oleellisesti sama kuin tavanomaisen lasin tai plexilasin (esimerkiksi vähemmän kuin 1,55) ja ulkopuolisella väliaineella on taitekerroin, joka on oleellisesti 10 sama kuin veden.

Claims (8)

10 82331

1. Sähkömagneettiseen säteilyyn perustuva piiri-elementti, joka käsittää säteilyä levittävän yksikön (2 5 tai 2a), jossa on kosketuspinta (3 tai 16) ja toinen pinta (5 tai 21), joka ulkonee kosketuspinnan sivulta, säteilylähteen (1 tai 15), joka on sovitettu suuntaamaan säteily mainittuun yksikköön sen kosketuspintaa kohti ja säteilyilmaisimen (6 tai 13), joka on vastapäätä mainittua 10 sivupintaa (5 tai 21), mainitun yksikön ollessa sovitetun tuottamaan identifioitavissa olevan muutoksen säteilyssä, joka saavuttaa ilmaisimen säteilylähteestä, kun yksikön kosketuspintaa (3 tai 16) kosketetaan aktivoivalla elimellä, kuten sormella, tunnettu siitä, että ulkopuoli-15 nen säteily (9 tai 18), joka saapuu yksikköön (2 tai 2a) kosketuspinnan (3 tai 16) läpi voi poistua yksiköstä sen sivupinnalta (5 tai 21), mutta tavalla, joka on oleellisesti riittämätön aikaansaamaan tällöin ilmaisimen (6 tai 13) toiminnan seurauksena ulkopuolisen säteilyn (9 tai 18) 20 taittumisesta säteilyä levittävän yksikön (2 tai 2a) pinnassa (5 tai 17).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että ulkopuolinen säteily (9) voi poistua sivupinnasta (5) vain vinossa kulmassa (alue 10), joka on 25 oleellisesti riittämätön mahdollistamaan säteilyn saavuttaa ilmaisimen (6).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elementti, tunnettu siitä, että yksikkö (2) käsittää levyn, kosketuspinta (3) koostuu levyn tasomaisesta päällipinnasta, 30 säteilylähde (1) on sijoitettu levyn vastakkaisen tasomaisen yhdensuuntaisen pohjapinnan (4) alapuolelle, sivupinta (5) ulottuu päälli- ja pohjapintojen (3,4) välissä ja suorassa kulmassa niihin nähden yksikön yhdellä sivulla ja ilmaisin (6) on sijoitettu erilleen sivupinnasta ja suo-35 raan sitä kohti varjostuslaitteen (8) alapuolelle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, t u n- 11 82331 n e t t u siitä, että yksikön (2a) ainakin yhdellä pinnalla (17) on substraatti (19) ainakin ilmaisimen (13) läheisyydessä ja sovitettuna absorboimaan tai vaimentamaan ulkopuolelta peräisin olevaa säteilyä (18) ennen kuin se 5 saavuttaa ilmaisimen (13).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elementti, tunnettu siitä, että mainittu substraatti (19) on levitetty yksikön (2a) pinnalle (17) vastapäätä kosketuspintaa (16) ja sen suuntaisena, jolloin säteily (14), joka leviää 10 lähteen (15) ja ilmaisimen (13) välillä, joka osuu mainittuun vastakkaiseen pintaan (17) kokee sisäisen kokonaisheijastuksen, kun taas ulkopuolelta peräisin oleva säteily (18) , joka suuntautuu mainittuun vastakkaiseen pintaan (17) kulmassa, joka sallii osittaisen siirtymisen sen läpi 15 merkittävästi absorboituu ja vaimenee substraatissa (19).

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen elementti, tunnettu siitä, että substraatti (19) on erotettu yksiköstä (2a) väliainevälillä, jolla väliaineella on taitekerroin, joka on oleellisesti sama kuin kosketuspinnan 20 ulkopuolella olevalla ulkoisella väliaineella.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elementti, tunnettu siitä, että yksikkö (2a) käsittää levyn, kosketuspinta (16) käsittää levyn tasomaisen päällipinnan, säteilylähde (15) on sijoitettu levyn vastakkaisen tasomai- 25 sen yhdensuuntaisen pohjapinnan (17) alapuolelle, sivupinta (21) ulottuu päälli- ja pohjapintojen (16,17) välissä ja on suorassa kulmassa niiden suhteen yksikön yhdellä sivulla, ilmaisin (13) on sijoitettu kosketukseen sivupinnan (21) kanssa varjostuslaitteen (20) alapuolella, joka 30 ulottuu osittain kosketuspinnan (16) yli ja substraatti (19) on levitetty pohjapinnalle (17).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen elementti, tunnettu siitä, että aukko (11 tai 22) on muodostettu säteilylähteen (1 tai 15) ja yksikön (2 tai 2a) 35 väliin kollimoimaan kosketuspinnalle (3 tai 16) suunnattu säteily mainitusta lähteestä. i2 82331