JPS62502013A - 電磁放射線回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁放射線回路 （発明の分野） 本発明は一般は接触感知キー屋の電磁放射線回路、専用ではないが特に光フアイ バー通信系に関して用いられ得る電磁放射線回路に関するものである。

遠隔通信及び過重なプロセス制御の分野においては、情報移送媒体として電流に 代わり光が使用される傾向は、より軽量でかつよりかさ高くないケーブルに対す る可能性のみならず、より大きい情報容量及び電磁過渡に対する非影響性により 、将来の通信網及び過酷な状態下の信号通信において重要な役割を果たすものと 期待されている。

光フアイバーケーブルの主要な用途は、大量の情報を高周波信号の形態で搬送す ることであるが、軍事用、光フアイバ通信のみが事実上可能とするような著しい 電磁干渉をもたらす環境下におけるプロセスコントロールのようなそのほかの用 途もありこれはキーボード等を介する情報の手入力をも含む。かかる用途におい 有用に用いられるが、特にいわゆる接触感知キ一式の光フアイバー回路に関する 。

（背景技術） 人と機械との間の通信においては、機械的キーの使用から接触感知キーの使用へ 移行する傾向にある。接触感知キーは機械的キーに比べてい（つかの利点を有す る。すなわち、接触感知キーは運動部分を有さす、このため摩耗を受けず、外界 から極めて容易に密封され、より低コストで製造され、さらに接触感知キーのデ ザインは審美的により満足できる解決を与えることが多い。

光接触感知キーに対する若干の概念は従来公知である。１９７５年７月発行のＩ ＢＭテクニカル・ディスクロー１８巻、第２号４８３頁には、光ファイバーから の反射光が帰還ファイバー、に達することを思上するような方法で指圧によりフ オームサラシャー（ｆｏａｍ　ｗａｓｈｅｒ）を変形する光フアイバースイッチ が記載されている。

１９８１年４月発行のエレクトロニック・エンジニアリング（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｒｒｉｎｇ　）の５１頁には、接近す、る指が電源ファイバ ーから検知ファイバーへの光路を反射ないし妨害するいくつかの設計案が示され ている。

しかしながら、系内に侵入する太陽からのような外部光に関する重要な問題に対 し、上述の文献はいかなる考慮もなされていない。

しかし、上述の先行技術文献のいずれも、その作用が機械的変形を伴うものでな く、かつそれは指が感応嵌置に接触するとき、さらに接触したときだけ、作動す るという意味における真の接触感知キーに関するものではない。

英国特許第１，６００，５５６号（対応する米国特許第４．２５４，３３３号及 び対応する他国の特許）には、真の光学的接触感知キーのための概念が記載され 、そこには、一方において太陽からのような外部光と、他方において放射線検知 器に作用して使用できる内部放射線系との完全な識別がなされている。上述した 内部放射線系が外部のものと完全に分離されているにもかかわらず、内部反射全 体の特定の性質によりキー表面に触れることによりこの内部放射線系に影響を与 えることはなお可能である。本発明は、高価であり、さらに外部電磁干渉に対し 系を鋭敏にする余分な電子回路を要するキーと関連して必要となる増幅を避ける ため、光フアイバー用接触感知キーの重要な条件はキーにおける光損光ができる 限り少ないことを考慮して、光フアイバー関連で使用するのに特に好適なこの概 念を発展させることに関連する。

光損失を減らす一つの方法としては入力ファイバーより放射された光をそれぞれ 入力及び出力ファイバーの前に置かれたレンズを用いて出力ファイバー上に焦点 を合わせることがあろう。しかし、このことは、体裁のよ（ないデザインとなる 傾向があり、さらに光損失に至：る焦点調整の欠陥に関して理想的でないという 不都合を有する。かかる欠陥は焦点を調整する過程において不可避的なものであ り、像形成面の大きさに対する線源の大きさの比により決まる。このため、本発 明は主として接触面自体のような比較的大きい像形成面の使用に関する。この意 味において、本発明はダーウエントの抄録扁Ｈ８８４３Ｂ／３７、ＳＵ　６３６ −８０３と外見上は一応類似する。しかし、この文献は、表面が劣悪な焦点特性 を有する回転対数螺縁の表面に関する。また、この文献は光電センサを直接に照 射すると共に、重要な機能不全を起こす、太陽からのような周囲光に対する識別 については考慮されていない。

（本発明の要約） 従って、本発明によれば、放射線入力器と放射線出力器との間に放射線伝搬単位 を備え、前記単位が、前記単位面に触れると入力器から出力器に至る放射線に同 定可能の変化を生じるようにされていると共に、前記面を介して前記単位に入射 する外部放射線と入力器からの放射線とを出力器において識別するようにされた 電磁放射線回路であって、集線器を前記単位に組み込むことにより入力器からの 放射線を集め、ついで前記接触面を経て出力器に向かうようにしたことを特徴と する電磁線回路が提供される。この配置により、次のような特性を有する接触感 知キーが構成されることができる。

すなわち、接触感知キーは純粋に光の原則で機能し、放射線（可視光線、■Ｒ等 ）のみが必要であって、電気成分はキーに必要でない。接触感知キーは純粋に触 感キーとして機能し、機械的部分の運動や媒体の変形は伴わない。接触感知キー は接触面を指のような作動体により触れると、内部光線系における放射線の全円 反射の同定し得る変化を利用する。接触感知キーは、例えば特別の幾何学的配置 を用いているため、周囲光に対しほとんど感応しない。接触感知キーは光の節約 が著しい。すなわち、キー内においては内部光線系に対する放射線損失はほんの わずかである。このことは先行技術の英国特許第１　、６００　、５５６号及び ＰＣｉＴ出願ＳＥ　８４１０００．３１に比べて明確な特徴である。

一つの好ましい実施例においては、前記単位が放射線入力及び出力器の放射線放 射及び放射線入射の直径とほぼ同一の直径を備えた細長い円筒形導線器を具備し 、該導線器の円筒形面が前記した集線器を構成し、かつ前記面の一部が前記接触 面を構成する。導線路は透明材料から形成されたファイバーを具備し、実施例に よっては通常の外周被覆のない光ファイバーが使用されてもよい。

別の好ましい実施例においては、前記単位が前記接触面及び前記集線器となる楕 円面を備えた本体を具備し、前記入力及び出力器がそれぞれ楕円面の焦点で又は 近傍で接続するように配置されている。入力器及び出力器はそれぞれの焦点に直 接に配置されていてもよい。等価装置も可能である。例えば、入力器を焦点の一 つに配置し、反射板（例えば、平面鏡）を異なる位置、例えば入力器に、あるい はその近傍に放射線を反射するため、もう一つの焦点に配置する。

さらに別の好ましい実施例においては、前記単位がその頂部面に前記接触面を備 えた本体を具備し、前記入力及び出力器が一方の側面に配置され、かつ前記集線 器が本体の反対側面に反射板を具備する。反射板は、２つの焦点を有する楕円鏡 または１つの焦点を有する球面鏡、あるいは表面とある角度をなす入射線がそれ 自身の路の後方に反射されるように配置される反射材の多数の角を有する表面を 具備する。

入力及び出力器は前記した単位から好適なものであればいかなるものでもよい光 源及び光検知器に離れている端部に接続された光ファイバー、あるいは適当な同 様なものを具備する。あるいは、光発光ダイオード及び光ダイオード、あるいは 前記した単位と近似するものを用いてもよい。

好ましくは、前記単位と結合し、かつ該入力器からでない周囲放射線が出力器に 達しないようにするために配置された少なくとも１つの空隙が設けられる。この ように、出力器と単位の間、及び／又は上述の反射体（これを設けた場合）と単 位の間に空隙が設けられてもよい。また、空隙は入力器と単位の間に設けられて もよい。さらにあるいは代わりとして、放射線吸収材料が入力器からでない周囲 放射線を吸収するために、前記した単位の表面に設けられてもよい。

さらに明確には、内部と外部の放射線を識別するため、伝搬単位がＰＯＴ出願８ ４／　０００３１に記載されたものであってもよい。この特許出願明細書には、 接触面を有し、かつ該接触面の一方に伸びる別の面を有する放射線伝搬単位と、 該接触面の方向で放射線を該単位に方向づけるように配置された放射線源と、該 側面に対向する放射線検知器とを具備し、該単位が単位の接触面を指のような作 動体により触れると、放射線源から検知器に達する放射線中の同定可能の変化を 生みだすようにされている電磁線回路であって、該接触面を介して該単位に入射 する外部放射線が放射線伝搬単位の、表面で該外部放射線を反射するために、そ れにより該検知器を作動させるにほとんど不十分な方法を除き、その上記した側 面に上記した単位を設けることを特徴とするものが記載されている。

（図面の簡単な説明） 本発明を実施例により、かつ添付した図面を参照してさらに説明する。

第１図は本発明による触感キーの一形態に関する模式的平面図、第２図は第１図 の■−■における横断面図、第３図は別の実施例に関する第１図と同様の図、第 ４図及び第５図はそれぞれ第３図の■−■及び■−■における断面図、第６図は さらに別の実施例に関する第１図と同様の図、第７図は第６図の■−■における 断面図、第８図はさらに別の実施例に関する第１図と同様の図、第９図は第８図 の■−■における断面図である。

（本発明を実施する最も好ましい例） 第１図は、入力及び出力ファイバーと同一の直径を有する円筒形導光器、３の形 態の放射線伝搬単位と、接続する入力ファイバー１及び出力ファイバー２を有す る光ファイバー製の接触感知キーを示す。導光器３はファイバーの特性を改良す るため、かかるファイバーを普通被覆する光絶縁体を有しない光ファイバーとし て構成されていてもよく、通常、ファイバーは屈折率が特定の半径方向に分布す る被覆体を具備している。導光器３内の繰り返し反射は上述した英国特許第１， ６００゜５５６号に記載された方法により小さくできるが、導光器３０面に指６ を押圧して小さくされてもよい。繰り返し反射は導光器３内で起こり、このため −回だけの反射の場合と比べてさらに小さくなる。

接触感知導光器３は、被覆板がエツチングにより除去されている通常の光ファイ バーの一部であってもよく、あるいは好ましくはガラスまたはガラスの屈折率と 相当に近似する屈折率を有する他の適当な透明材料からなる、接続外側ファイバ ーと同一の直径を有する円筒形ファイバーの一部であってもよい。入力ファイバ ーからの内部光線系と周囲光を分離するため、入力及び出力ファイバー１．２は 空隙４により分離されているのが好ましい。内部光線系を周囲放射線から分離す るかかる空隙の配置及び機能は上述の英国特許第１　、６００　、５５６号及び 英国特許出願第８３０２９９７号（及び対応するＰＯＴ出願ｓｚ　８４１０００ ３１　）に記載されている。

図かられかる通り、ファイバ〒１．２は適当な材料であればいかなるものから形 成されていてもよく、一般に長方形の基礎部７内にそれらの端部が固定されてい る。導光器３はファイバー１．２の両端部間において、かつこれらと軸方向にお いて一直線に同じ基礎部７に固定されている。ファイバーの端部は基礎部に全体 的に埋め込まれ、これにより導光器３の中央部はその全周の最上部半分があられ となる。この配置とするために、基礎部の上部面は中央領域８に設げられる。

導光器の露出面５が接触面となる。

この配置により、光の節約は導光器３の接触面５が入力及び出力ファイバー１． ２と同一の直径を有することにより、光はいかなる焦点調整装置を用いることな く、導光器３の集光及び導光特性による極めて小さい光損失で出力ファイバーに 方向づけられるという事実により達せられる。この実施例の不都合は、導光器３ が不必要にこわれやすいと共に、キーの基礎部に機械的に一体化する方法が極め て重要視されるほどに非常に薄いことにある。以下に記載された３種類の実施例 においては、より大きい導光器及び接触面を用い、満足できる光の節約を達成す るための必要な焦点調整は、屈折手段により果たされる。

第３図乃至第５図は、楕円面の２つの焦点にそれぞれ位置する端部な有する入力 及び出力ファイバー１１゜１２を備えん、回転楕円形の接触面ｌＯを有する放射 線伝搬単位を有する接触感知キーを示す。楕円面の反射特性のため、入力ファイ バー１１から放射された光は出力ファイバー１２に集光され、ついで反射されろ 。仮に楕円面が入力及び出力ファイバーから光学的突出面全体を区劃するならば 、キー中の光損失は接触面ｌＯでの完、全な内反射において非常に小さいものと なる。前述のように、作動体、例えば指１３による接触面ｌＯの静かな接触は内 反射を減少させ、この減少は出力ファイバー１２の端部で容易に同定され得る。

例えば、接触面１０を経て太陽からの入来する外部光を識別するため、入力及び 出力ファイバー１１　、１２は図に示される通り、空隙１４により単位９から分 離されている。再び前述の英国特許第１，６００，５５６号を参照し接触面ｌＯ を経て入射する外部光は側面ｌＯの空隙１４で全円反射され、かかる光線が導光 器９の側面と形成する角度が導光器９の有する屈折率の一定の臨界値以下であれ ば、出力ファイバー１２に達しないであろうことに注目されなければならない。

スネルの法則（Ｓｎｅ　１１″ＳＬａｗ　）によると、この臨界角度は水平面に 対しＶ＝ｓｉｎ−’（１／ｎ）である。

導光器内で屈折する場合、外部光線の接触面ｌＯに対する最小角度はＷ　＝　ｃ 　ｏ　５−１（１／ｎ　）である。かくして、外部光線が導光器の側面を介して 屈折されることができないのであれば、側面に垂直な接触面が水平面と形成する 最小角度ＵはＵ　＝　Ｗ　−Ｖ　＝　ｃｏｓ−’　（１／ｎ）　−５ｉｎ−’（ １／ｎ）である。

ガラス／窒気の界面に対し、屈折率ｎは１．５近傍で、角度ＵはＵ　＝　４８． ２−４１．６　＝　６．４度である。接触面１０を介して入射する外部光が側面 の外側にある出力ファイバー１２に達しないための十分な条件は、側面に垂直な 接触面の曲率が接触面のあら榛る点で６．４度未満である角度を接触面が水平面 と形成するようにすることである。側面が接触面と形成する鈍角が大きくなるに 伴い、屈折率の上昇は許容角度を大きくするであろう。

記載された実施例においては、別の方法により外部光が導光器９内での繰り返し 反射により出力ファイバー１２に達することができるので、吸収塗料のような吸 収手段１５が導光器９の底部面に配置されることが実用上重要である。

この実施例の変形においては、出力ファイバー１２は出力ファイバー１２が設け られている所の入力ファイバー１１に近接する点の後方に光を反射するように位 置づけられに平面鏡で置換されてもよい。また、光を出力ファイバー１１の後方 に反射することができることは、入力及び出力の両ファイバーの二重の目的に有 用であり、ここで入力及び出力の信号は伝搬の方向により識別される。すなわち 、未作動のキーに対し、戻る伝搬放射線は進む放射線とほぼ等しく、このため接 触により同定方法において戻る放射線は減少するであろう。

第６図及び第７図は、入力ファイバー１６からの光を四角形プリズム１７の１つ の側面を介して通し、ついで平面の接触面１８で内側に反射させる前述の英国特 許第１．６００，５５６号に極めて関連した実施例を示す。光線を反対側面に通 す場合、光線は接触面１８の後方にほぼ回転楕円形の鏡１９により反射され、つ いで接触面における全円反射後、光線は出力ファイバー２０により集光されるプ リズムの最初の側面を透過する。入力ファイバー１６から出力ファイバー２０へ の光の焦点調整は、この場合、側面の屈折及び接触面１８の反射を考慮して楕円 鏡１９の２つの焦点におけるそれぞれの入力及び出力ファイバー１６　、２０を 有することにより果たされる。再び、先に説明した通り、周囲光を識別するため に、ファイバー１９　、２０とプリズム１７との間のみならず、楕円鏡１９とプ リズム２１との間に空隙２１を設げることが肝要であり、また吸光物質２８でも よい。

この実施例の変形においては、楕円鏡は中央焦点に１本のファイバーを有する球 形であってもよく第３図乃至第５図の前述の変形実施例と同様の方法で入力及び 出力の両ファイバーとして使用される。

第８図及び第９図は第６図及び第７図の実施例に関連したさらに別の実施例を示 し、ここで楕円鏡１９は角部な有する反射面２２で置換される。角部を有する反 射面２２は反射材料の小さい矩形の角部を具備し、入射光線がその表面により源 へ戻る方向に反射される特性を有する。角部分の寸法状態が側方に広がることは 不可避であり、かくしてこの実施例における光の節約は前述したものに比べ本質 的にいくぶん劣る。反射された放射線は、ついで入力ファイバー２４に近接する 出力ファイバー２３により、あるいはファイバーが前述のような入力及び出力の 両者に用いられる場合では入力ファイバー自体により集光される。この実施例も 平面な接触面２５と空隙２６と吸光材料２７を有する。

上述の実施例に対する幾つかの変換は本発明の範囲内であれば可能である。特に 、入力及び出力ファイバーは光放射ダイオード及び光ダイオードのような通常の 光電子素子で置き換えられてもよく、この場合、本発明は先行技術の解決に比べ て優れた光の節約を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）放射線入力器と放射線出力器との間に放射線伝搬単位を備え、前記単位が 、該単位面に触れると入力器から出力器に至る放射線に同定し得る変化を生じる ようにされていると共に、前記面を介して前記単位に入射する外部放射線と入力 器からの放射線とを出力器において識別するようにされた電磁放射線回路であつ て、集線器を前記単位に組み込むことにより入力器からの放射線を集め、ついで これを前記接触面を経て出力器に向かうようにしたことを特徴とする電磁放射線 回路。 （２）前記単位が放射線入力及び出力器の放射線射出及び放射線入射の直径とほ ぼ同じ直径を備えた細長い円筒形導線器を具備し、該導線器の円筒形面が前記し た集線器を構成し、かつ前記面の一部が前記接触面を構成する特許請求の範囲第 （１）項記載の電磁放射線回路。 （３）前記導線器が透明材料からなるファイバーである特許請求の範囲第（２） 項記載の電磁放射線回路。 （４）前記単位が前記接触面及び前記集線器となる楕円面を備えた本体を具備し 、前記入力及び出力器がそれそれ楕円面の焦点で又は近傍で接続するように配置 されている特許請求の範囲第（１）項記載の電磁放射線回路。 （５）前記単位がその頂部面に前記接触面を備えた本体を具備し、前記入力及び 出力器が一方の側面に配置され、かつ前記集線器が本体の反対側面に反射板を具 備する特許請求の範囲第（１）項記載の電磁放射線回路。 （６）反射板が楕円鏡を具備し、入力及び出力器が鏡の２つの焦点にそれぞれ配 置されている特許請求の範囲第５項記載の電磁放射線回路。 （７）反射板が球面鏡を具備し、かつ通常の入力及び出力器であるか、またはか かる器が該鏡の焦点で極めて近接して配置されている特許請求の範囲第（５）項 記載の電磁放射線回路。 （８）反射板が反射材の有する多数の角部を備えた表面を具備し、これにより該 面とある角度をたす入射線をそれ自身の路の後方に反射する特許請求の範囲第（ ５）項記載の電磁放射線回路。 （９）入力及び出力器が光ファイバーを具備する特許請求の範囲第（１）項〜第 （８）項のいずれかの（１）項に記載の電磁放射線回路。 （１０）前記単位と結合し、かつ該入力器からでない周囲放射線が該出力器に達 しないようにするにめに配置された少なくとも１つの空隙が設けられている特許 請求の範囲第（１）項〜第（９）項のいずれか（１）項に記載の電磁放射線回路 。 （１１）前記該空隙が該出力器と単位の間に設けられている特許請求の範囲第（ １０）項記載の電磁放射線回路。 （１２）特許請求の範囲第（５）項による場合、前記した空隙が該反射板と該本 体の間に設けられている特許請求の範囲第（１０）項又は第（１１）項記載の電 磁放射線回路。 （１３）放射線吸収材料が入力器からでない周囲放射線を吸収するために前記単 位の表面に適用される特許請求の範囲第（１）項〜第（１２）項のいずれか（１ ）項に記載の電磁放射線回路。