NO160954B - Elektromagnetisk slingskretselement. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår elektromagnetiske strålingskretselemen-ter generelt taster av den berøringsfølsomme typen.

Britisk patent nr. 1.600.556 angår en berøringsfølsom taste som har en strålingsutbredelsesenhet, slik som et optisk prisme anordnet mellom en strålingskilde, slik som en lysemitterende diode og en strålingsdetektor slik som en fototransistor. Når en ytre overflate til strålingsutbredelsesenheten blir berørt, blir betingelsene for den totale indre refleksjonen ved denne overflaten endret, som medfører en identifiserbar endring i strålingen fra strålingskilden som når strålingsdetektoren. Innfallende ytre stråling når ikke strålingsdetektoren på grunn av at denne strålingen alltid blir internt reflektert inne i enheten for således å forlate den gjennom en overflate fjerntlig-gende fra strålingsdetektoren.

Denne anordningen er generelt tilfredsstillende. Praktiske problemer kan imidlertid oppstå dersom tasten blir anvendt med et optisk system under vann. Brytningsindeksen inne i strålingsutbredelsesenheten må være over en viss kritisk verdi for å sikre strålingsadskillelse mellom detektor-strålene (dvs. strålene fra strålingskilden til strålingsdetektoren) og ytre stråler. Den kritiske verdien er l/V~2 hvor mediumet utenfor prismen er luft og omkring 1,66 hvor mediumet er vann. Brytningsindeksen i størrelsesorden av 1,7 kan imidlertid ikke lett bli tilveiebrakt med billige materialer slik som ordinært glass eller pleksiglass, og det er nødvendig med dyrt, tungt optisk glass.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å overvinne dette problemet.

Ifølge et trekk ved foreliggende oppfinnelse er det derfor tilveiebrakt en elektromagnetisk strålingskrets som innbefatter en strålingsutbredelsesenhet mellom en strålingskilde og en strålingsdetektor, idet enheten er tilpasset for å frembringe en identifiserbar endring i strålingen som når detektoren fra strålingskilden, når en overflate av enheten blir berørt, kjennetegnet ved at den ytre strålingen som går inn i enheten gjennom overflaten kan forlate enheten ved en sideoverflate til enheten, men på en måte hovedsakelig utilstrekkelig for å bevirke påvirkning av detektoren.

Ifølge et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et elektromagnetisk strålingskretselement som innbefatter en strålingsutbredelsesenhet mellom en strålingskilde og en strålingsdetektor, idet enheten er tilpasset til å frembringe en identifiserbar endring i strålingen som når detektoren fra strålingskilden når en overflate til enheten er berørt, kjennetegnet ved at den ytre strålingen som går inn i enheten gjennom overflaten blir tillatt å forlate enheten ved en sideoverflate til denne, men ved en streifvinkel som er hovedsakelig utilstrekkelig til at strålingen kan nå detektoren.

Betrakter man tilfellet hvor overflaten er ved en rett vinkel i forhold til motsatte sideoverflater gjennom hvil-ke detektorstrålen er anordnet for å passere mellom strålingskilden og strålingsdetektoren når overflaten er be-rørt, forekommer begrensningstilfellet for den største vinkelen til en fremkommende stråle ved en sideoverflate utledet fra den ytre strålingen, når den ytre strålingen er parallell med berøringsflaten. Dersom det ytre mediumet som interfererer med berøringsflaten har en brytningsindeks tiq, og utbredelsesenheten har en brytningsindeks n, kan den største vinkelen ^ som en omgivende stråle i enheten har med sideoverflaten bli gitt med uttrykket (jfr. Snell's lov):

Brytes denne strålen i sideoverflaten vil den gjøre det ved en vinkel med denne overflaten, hvor:

Dette betyr at ved en avstand fra sideoverf laten og utenfor visse sektorer fra denne overflaten vil der ikke være noen ytre strålinger (forutsatt at brudte stråler kan bli forhindret fra å nå detektoren ved hjelp av en art spred-ning i nærheten av detektoren). Ved innføring av verdier, dvs. for a, f. eks. 4 mm tykk plate, må avstanden mellom overflaten og detektoren kun være omkring 2 mm for å sikre at ikke noe omgivelseslys fra utenfor berøringsoverflaten når detektoren.

En effekt nær opptil streifutstrålingen til omgivende strålinger ved sideoverflaten som beskrevet ovenfor kan forekomme når fuktighet kondenserer på en strålingsutbredelsesenhet med lav brytningsindeks slik som glass eller pleksiglass. Dersom strålingskilden er anbrakt under glass vil strålingskilden normalt aldri kunne nå detektoren med mindre glasset blir berørt med en finger eller lignende gjenstand som beskrevet i det tidligere patentet. På grunn av den ufullstendige adskillelsen mellom strålingssysteme-ne som er en følge av lav brytningsindeks for strålingsutbredelsesenheten dersom et billig materiale ble anvendt ved denne enheten, kan strålekilden som blir brudt ved be-røringsflaten ved streifvinkler bli avbøyd av den buede, ytre overflaten til fuktighetsdråper på berøringsoverfla-ten tilbake i strålingsutbredelsesenheten innenfor vinkel-området, hvor de kunne nå detektoren.

Dersom det ikke er rettet på denne virkningen, kan fuktig-hetskondensering på berøringsoverflaten feilaktig bli registrert som en påvirkning når billig glass eller pleksiglass blir anvendt ved strålingsutbredelsesenheten. Dette problemet kan bli overvunnet dersom vinkelloben til strålingen som når glasset fra strålingskilden er begrenset ved hjelp av en åpning, slik at hovedsakélig ingen kildestråler kan nå dråpene ved streifvinkler.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen som beskrevet ovenfor er det mulig å tilveiebringe stor operasjonsberøringsføl-somhet, med hovedsakelig ingen følsomhet for ytre strå-lingspåvirkning (omgivende lys), selv ved tilfeller hvor tasten er fremstilt av billig glass eller pleksiglass, og ble anvendt under vann eller ved andre lignende medium.

Ved anordningen ved ovenfor nevnte tidligere patent og også ved andre utførelsesformer ved oppfinnelsen, blir se-parasjon av uønsket ytre stråling fra detektorstrålen tilveiebrakt ved å stole på refleksjonsvinkelen og/eller brytningen til den ytre strålingen ved overflaten til utbredelsesenheten som bestemt ved hjelp av relativebryt-ningsindekser for enheten og det ytre mediumet. Et ytterligere formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en berøringsfølsom taste som avhengig av en alternativ separasjonsmodus og som er spesielt egnet for an-vendelse hvor ytre medium er vann eller lignende, og som også tillater detektoren å være i en del av strålingsutbredelsesenheten (dvs. ikke adskilt fra denne enheten ved hjelp av et luftgap).

Ifølge et tredje trekk ved foreliggende oppfinnelse er det derfor tilveiebrakt et elektromagnetisk strålingskretselement som innbefatter en strålingsutbredelsesenhet mellom en strålingskilde og en strålingsdetektor, idet enheten er tilpasset til å frembringe en identifiserbar endring i strålingen som når detektoren fra strålingskilden når en overflate til enheten blir berørt, kjennetegnet ved at i det minste en av overflatene til enheten har et substrat derpå, i det minste i nærheten av detektoren tilpasset for å absorbere eller dempe ytre utledet stråling før den når detektoren.

Med denne anordningen er det mulig å tilveiebringe en tilfredsstillende eliminering av den ytre strålingen uten at det er nødvendig å bruke dyre materialer for utbredelsesenheten også hvor enheten blir anvendt under vann eller andre lignende medium.

Substratet blir fortrinnsvis tilført den motsatte overflaten parallell med berøringsoverflaten hvor detektorstrålen faller inn på substratoverflaten ved en streifvinkel som vil være underlagt total indre refleksjon uten i det ve-sentlige å være påvirket av substratet, mens derimot ytre utledet stråling som er rettet ved slik overflate med en vinkel som tillater delvis overføring gjennom denne vil bli sterkt absorbert eller dempet av substratet.

Substratet kan være av enhver egnet absorberende art, men fortrinnsvis ved tilfelle av et optisk system ha en brytningsindeks som er i det minste så stor som den til mediumet utenfor berøringsoverflaten. Brytningsindeksen til substratet skulle imidlertid være så lavt som mulig sam-menlignet med brytningsindeksen for utbredelsesenheten. I tilfelle av et optisk prisme bundet av vann skulle brytningsindeksen være omkring 1,33.

Substratet kan være i form av en absorberende maling med egnet brytningsindeks, idet malingen er påført overflaten til platen, eller den kunne være i form av en andre plate som består av et materiale med egnet brytningindeks, og som innbefatter absorberende innretning, idet den andre platen er limt til prismet ved hjelp av transparent sement med høy brytningsindeks, f.eks. epoksyharpiks. Substratet kunne være kombinert med fremgangsmåten for å feste platen til angjeldende anordning og/eller fremgangsmåte for å maskere detektoren fra det ytre lyset ovenfor.

Når en stråle ved en steil vinkel i forhold til berørings-overf laten hvor kun ytre stråler forekommer, eller en stråle ved en mellomliggende vinkel hvor både ytre og interne stråler forekommer, møter grensesnittet mellom prismet og substratet, vil den delvis bli bøyd inn i substratet og absorbert der og delvis bli reflektert. Dersom substratet dekker et tilstrekkelig stort område slik at strålene må utføre et antall refleksjoner for å nå detektoren, så vil strålene på denne måten bli dempet ved svært lavt nivå. I motsetning til dette vil detektorstrålen ut-øve total indre refleksjon ved grensesnittet og nå detektoren uten noen brytende tap i forhold til substratet, forutsatt at absorpsjonen ved substratet er lav innenfor relaksjonslengden til den flyktige bølgen ved total indre refleksjon, slik at den totalt reflekterte bølgen ikke vil bli absorbert ved nedgravning i substratet.

Ved en modifikasjon av den ovenfor nevnte anordningen kan absorpsjonsmaterialet som maskerer detektoren være adskilt fra prismet ved et gap med et medium med en brytningsindeks hovedsakelig som internt medium. Ytre stråler som når detektoren utsettes normalt for en rekke multippelreflek-sjoner i prismeoverflåtene og ved hver refleksjon blir altså noen av strålene brudt ut gjennom overflaten og absorbert. Dersom det absorberende materialet dekker et tilstrekkelig stort område foran detektoren ville således stråler som kommer fra de ytre kildene ved hjelp av disse multippelrefleksjonene/bøyningene, bli dempet til svært lave nivåer, mens derimot stråler innenfor det interne strålesystemet vil nå detektoren uten brytningstap siden de blir totalt reflektert i overflatene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 og 2 viser eksempler på oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en utførelsesform ved hvilken strålingskil-der, her eksempelvis vist som en lysemitterende diode 1, anbrakt under en pleksiglassplate 2, som har en flat toppoverflate 3, en motsatt flat parallell bunnoverflate 4 og en sideoverflate 5 mellom og ved rette vinkler i forhold til overflaten 4, 5. Dersom toppoverflaten 3 til platen 2 blir berørt av en finger blir spredt stråling 7 mottatt av en detektor 6 (slik som en fototransistor) utenfor sideflaten 5 til platen slik at detektoren 6 blir påvirket av denne strålingen. Detektoren 6 er anbrakt med avstand fra og direkte vendt mot sideflaten 5 og er anbrakt under en skjermkonstruksjon 8.

Ytre strålinger eller stråler fra lysemitterende dioder når fingeren ikke er i kontakt med glasset vil ikke nå detektoren &. Normalt vil slike stråler ikke en gang stråle ut fra sideflaten 5 til platen. Brytningsindeksen til pleksi-glasset er imidlertid ikke høyt nok til å sikre at den totale indre refleksjonen til slike stråler i sideflaten 5 i tilfelle hvor det ytre mediumet utenfor berøringsflaten 3 er vann. I dette tilfellet vil ytre utledede stråler 9 gå ut fra sideflaten oftest med en viss største streifvinkel som angitt med det skyggede området 10 på fig. 1. Detektoren 6 er anbrakt ved en egnet avstand fra sideflaten 5 slik at kun stråling som når detektoren er strålingen 7 spredt av fingeren når denne er i kontakt med glasset over strålingskilden 1.

For å eliminere mulige problemer på grunn av brytningen i fuktighetsdråper som beskrevet ovenfor blir strålingen fra den lysemitterende dioden 1 kollimert ved hjelp av en åpning 11 i et ugjennomsiktig substrat 12.

Fig. 2 viser en strålingsutbredelsesenhet i form av en plate 2a (av lik form som platen 2) med en detektor 13 i ett med platen ved dens sideflate 21. Detektorstrålen 14, spredt ved hjelp av fingeren fra en strålingskilde 15 under platen 2a, blir når fingeren er i kontakt med toppflaten 16 til platen, totalt innvendig reflektert av toppen og bunnen til horisontalflåtene 16, 17 i platen. Ytre stråler 18 blir på den andre siden delvis reflektert og delvis avbøyd ved et grensesnitt mellom bunnflaten 17 og et substrat 19 påført denne. Substratet 19 har en åpning 22 innrettet med kilden 15. På grunn av absorpsjon av den avbøyde delen blir eksternt utledet stråling 18 dempet til lave nivåer etter et antall slike delrefleks joner. Kartområdet til toppflaten i platen nær detektoren er skygget på egnet måte (med en skjermkonstruks jon 20) mot direkte ytre stråling, slik at slik stråling kan nå detektoren kun etter flere refleksjoner i topp- og bunnflatene 16, 17 i platen.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen naturligvis ikke er ment å bli begrenset til detaljer ved ovenfor nevnte utførel-sesform som kun er beskrevet som et eksempel. Strålingskilden kan nærmere bestemt i steden for å bli anbrakt for totalt å reflektere, indre stråling ved berøringsoverfla-ten, hvis reflekterte stråling blir dempet når fingeren er brakt i kontakt med overflaten.

Det skal forøvrig henvises til britisk patent nr. 1600556 for ytterligere detaljer.

Med ovenfor beskrevne utførelsesformer er der en identifiserbar endring i strålingen fra strålingskilden som når strålingsdetektoren når og kun når den ytre overflaten til enheten er berørt, idet denne endringen er på grunn av en-dringer! i forholdene til den totale indre refleksjonen ved nevnte overflate. Ytre stråling som går inn i enheten gjennom overflaten når i hovedsaken ikke strålingsdetektoren selv i tilfelle hvor strålingsutbredelsesenheten er fremstilt av et materiale med en brytningsindeks i hovedsaken lik den til vanlig glass eller pleksiglass (f.eks. mindre enn 1,55) og det ytre mediumet har en brytningsindeks hovedsakelig lik det til vann.

Claims (4)

1. Elektromagnetisk strålingskretselement som innbefatter en strålingsutbredelsesenhet (2 eller 2a) mellom en strålingskilde (1 eller 15) og en strålingsdetektor (6 eller 13), idet enheten er tilpasset til å frembringe en identifiserbar endring i strålingen som når detektoren fra strålingskilden når en overflate (3 eller 16) til enheten blir berørt, karakterisert ved at den ytre strålingen (9 eller 18) som går inn i enheten (2 eller 2a) gjennom overflaten (3 eller 16) kan forlate enheten ved dens sideoverflate (5 eller 21), men på en måte hovedsakelig utilstrekkelig til å bevirke påvirkning av detektoren (6 eller 13).
2. 2. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre strålingen (9) kan forlate overflaten (5) kun ved en streifvinkel (området 10), som er hovedsakelig utilstrekkelig til for at strålingen kan nå detektoren (6).
3. 3. Element ifølge krav 2, karakterisert ved at enheten (2) innbefatter en plate, idet berøringsdver-flaten (3) består av en plan overflate i platen, at strålingskilden (1) er anbrakt under en motsatt, plan, parallell bunnoverflate (4) i platen, at sideflaten (5) strekker seg mellom og ved rette vinkler i forhold til topp- og bunnflatene (3, 4) ved ene siden av enheten og at detektoren (6) er anordnet med avstand fra en direkte mot hver-andre vendt sideflate under en skjermkonstruksjon (8).
4. 4. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste en overflate (17) til enheten (2a) har et substrat (19) derpå ved i det minste nærheten av detektoren (13) som kan absorbere eller dempe ytre utledet stråling (18) før de når detektoren (13). 5.

   Element ifølge krav 4,karakterisert ved at substratet (19) er påført en overflate (17) til enheten (2a) motsatt og parallelt med berøringsoverflaten (16) hvorved strålingen (14) utbredt mellom kilden (15) og detektoren (13) som er innfallende på overflaten (17) er underlagt total indre refleksjon, mens derimot ytre utledet stråling (18) som er rettet motsatt overflate (17) ved en vinkel som tillater delvis transmisjon derigjennom blir sterkt absorbert eller dempet av substratet (19). 6.

   Element ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at substratet (19) er adskilt fra enheten (2a) med et gap med et medium som har en brytningsindeks hovedsakelig som det ytre mediumet utenfor berøringsoverflaten. 7.

   Element ifølge krav 4, karakterisert ved at enheten (2a) innbefatter en plate, idet berøringsover-flaten (16) utgjør en plan toppoverflate i platen, at strålingskilden (15) er anbrakt under en motsatt planpa-rallell bunnoverflate (17) i platen, idet sideflaten (21) strekker seg mellom og ved rette vinkler i forhold til topp- og bunnflatene (16, 17) ved ene siden av enheten, at detektoren (13) er anordnet i kontakt med sideoverflaten (21) under en skjermkonstruksjon (20), som strekker seg delvis over berøringsoverflaten (16) og at substratet (19) er påført bunnoverflaten (17). 8.

   Element ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at en åpning (11 el- ler 22) er anordnet mellom strålingskilden (1 eller 15) og enheten (2 eller 2a) for å kolliminere strålingen fra kilden direkte mot berøringsoverflaten (3 eller 16).