DD208887A1 - Tastenelement und tastatur - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemaesse Tastenelement und die Tastatur werden in Eingabevorrichtungen von Datenverarbeitungsanlagen, in der Buchungs-und Frakturiertechnik und in der Mess-, Steuer-und Regeltechnik eingesetzt. Ziel der Erfindung ist es, ein Tastenelement und eine Tastatur unter Verwendung eines optoelektronischen Kopplers und eines kodierten Reflektors zu schaffen. Erfindungsgemaess wird der optoelektronische Mikroreflexkoppler an bestimmten Stellen der Umhuellung eines Tastenelementes eingesetzt und ihm gegenueber eine geeignete, kodierte strahlreflektierende Flaeche angeordnet. Der Mikrooptokoppler wird in hybrider Bauweise derart gestaltet, dass der Sender und Empfaenger in einer Ebene angeordnet sind, und optisches Uebersprechen wird durch eine reflektierende Trennwand zwischen den beiden Elementen verhindert. Die reflektierenden Flaechen werden als Spiegel oder als Schnappvorrichtung ausgebildet. Weiterhin lassen sich der Mikroreflexkoppler und die Reflektoren als Matrizen anordnen, und an den zusammengehoerigen Spalten und Zeilen befinden sich am Kreuzungspunkt strahlungsunterbrechende und/oder strahlungsablenkende Vorrichtungen.

Description

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Titel der Erfindung Tastenelement und Tastatur

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Tastenelement und die dazugehörige Tastatur wird in Eingabevorrichtungen von Datenverarbeitungsanlagen in der Buchungs- und Fakturiertechnik, in der Meß-, Steuer- und Regeltechnik und auf anderen Gebieten der Elektronik eingesetzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine Möglichkeit, ohne mechanische Kontaktgabe einen Schalt-Vorgang auszulösen, besteht in der Verwendung von Sensorschaltern. Sie beruhen auf dem. Prinzip, die dem menschlichen Körper anhaftende Kapazität bzw. Impedanz in ein entsprechendes System einzukoppeln.

Wie in der "Funktechnik" Heft 9, 1971, S. 332 beschrieben, müssen z. B. dicht benachbarte Kontakte mit dem Finger überbrückt werden. Ein weiteres integrationsfähiges Konzept ist aus der DE-OS 2 654 575 bekannt. Hierbei wird die bei der Berührung der Kontaktflächen zusätzlich- angeschlossene Kapazität des menschlichen Körpers zu einem

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Schaltvorgang verarbeitet. Der Machteil dieser Sensorschalter besteht jedoch darin, daß trotz Verwendung von schmutz- und feuchtigkeitsabweisenden Kunststoffen, z. 3. Piacrylglas oder Polystyros, sich zwischen den dicht benachbarten Kontaktflächen Feinschlüsse, infolge ungünstiger Klimaverhältnisse, Schmutz- und Staubablagerungen, bilden können. Außerdem kann mit isolierten Betätigungsorganen (z. B. Fingerlinge, angezogene Handschuhe) keine Schaltauslösung herbeigeführt werden. Ohne Berührung schaltend sind induktive und kapazitive Näherungsschalter bekannt ("Näherungsschalter, induktiv und kapazitiv", und-oder-nur+steuerungstechnik 1, Heft 2, 1980) .. Hierbei beginnt ein Oszillator zu schwingen, wenn eine Annäherung an als Sensor ausgebildete Teile eines Schwingkreises erfolgt. Diese Information wird zu einem Schaltvorgang verarbeitet. Es werden also mehrere elektronische Stufen benötigt, ehe der Schaltvorgang ausgebildet ist. Außerdem wird ein kaum integrierbarer Schwingkreis benötigt.

Weiterhin ist ein elektrisches Schaltgerät nach DS-OS'' 2 105 071 bekannt, das einen Kondensatorschalter mit Auswerteschaltung benutzt. Da ein Ladungsabfluß des Kondensators hier nicht verhindert werden kann, muß die Kapazitätsänderung sprunghaft erfolgen, um überhaupt ein auswertbares Signal zu erhalten. Das begrenzt die möglichen Konstruktionen erheblich. Den bei diesen Kondensatorkonstruktionen auftretenden Aufladungen und der damit, verbundenen Funktionsunfähigkeit wird durch Verwendung von Elektreten begegnet, die für die Mikroelektronik ein außergewöhnliches Material darstellen und schlecht zu integrieren sind.

Eine weitere Lösungsmöglichkeit für einen kapazitiven Schalter ist in der WP H 01 L/223 901 angegeben. Dort wird eine geeignet gestaltete Kapazität über einen Klemmtransistor aufgeladen und dann ein integrierter Schmitt-

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trigger geschaltet. Für bestimmte Anwendungen ist nachteilig, daß die Anzahl der den Schaltvorgang auslösenden kapazitiven Elektroden wegen ihrer Größe begrenzt ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Tastenelement oder eine Tastatur zu finden, bei der unter Verwendung eines optoelektronischen Kopplers und eines kodierten Reflektors aufwendige Kodier- und Dekodierschaltungen entfallen können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen optoelektronischen Mikro-Reflexkoppler und einen Reflektor, der kodierbar ist, als funktions bestimmende Elemente eines Tastenelementes oder von Tastaturen zu realisieren. Diese Elemente sind konstruktiv so zu gestalten, daS sie leicht in Tastengehäuse eingesetzt werden können und die Anzahl der de;n Schaltvorgang au slös/ehderf Elektroden leicht zu variieren ist.

ErfindungsgemäS wird der optoelektronische Mikroreflexkoppler an bestimmten Stellen der Umhüllung eines Tastenelementes eingesetzt. Diese Umhüllung kann beweglich oder starr gehaltert werden. Dem Reflexkoppler gegenüber ist eine geeignete, kodierte und strahlreflektierende Fläche angeordnet. Diese reflektierenden Flächen der Tasten einer Tastatur werden derart gestaltet, daß beim Betätigen der Taste, d. h. bei der Ansteuerung des Senders des Kopplers unterschiedliche Signale, vom Empfänger aufgenommen werden. Jedem der Signale wird ein Wert zugeordnet. Durch eine dieser Anordnung folgende logische Schaltung werden die kodierten Signale weiterverarbeitet.

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Konstruktiv werden die reflektierenden Flächen als Spiegel oder als Schnappvorrichtung ausgebildet. Die Spiegel können als mechanische Rastvorrichtungen gekoppelt sein. Die reflektierenden Flächen werden chemigraphisch hergestellt. Bei uncodierter Signalübertragung, bei der nur ein Statussignal übertragen wird, eignen sich auch defekte oder der Norm nicht entsprechende Schaltkreise oder Halbleiterchips als Reflektoren. Zwischen den reflektierenden Schichten können die Strahlen unterbrechende oder ablenkende Vorrichtungen angeordnet werden, die strahlabsorbierende und/oder spiegelnde Flächen enthalten. Als Vorrichtungen werden strukturierte Leiterplatten eingesetzt.

Erfindungsgemäß können zwei oder mehrere Mikroreflexkoppler aneinander vorbeigeführt· werden und eine verstärkende Signä!wirkung erzeugt werden. Des weiteren lassen sich die Mikro-Reflexkoppler und die Reflektoren als Matrizen anordnen. Darüber hinaus werden an den zusammengehörigen Spalten und Zeilen.am Kreuzungspunkt strahlenunterbrechende und/oder strählenablenkende Vorrichtungen angebracht. Vorteilhaft ist es auch für die Signalübertragung mit Tasten, daß die in der Matrixanordnung befindlichen optoelektronischen Reflexkoppler alternierend in Bezug auf Sender und Empfänger angeordnet werden. In hybrider Bauweise wird das derart realisiert, daß jeweils über die in einer Ebene sich befindlichen Sender, beispielsweise GaAs-Dioden und Empfänger beispielsweise Si-Transistoren ein oder mehrere ebene oder winklige Reflektoren angeordnet werden, die im Vergleich zu den benachbarten Koppelelementen größere oder kleinere spiegelnde Flächen aufweisen und unterschiedliche Abstände zu den Elementen haben. Oie Umhüllung der spiegelnden Strukturen können erfindungsgemäS je nach Anforderung so ausgelegt und gestaltet werden, daß sie bei Druckänderung und/oder Feuchteschwankung oder Teraperatur- und/oder Gasdruckänderung oder -zusammensetzung, ihre optischen Eigenschaften verändern und damit auch das Reflexionsverhalten unterschiedlich sein kann und der

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Schaltzustand demzufolge sich ändert. Eine teilweise Strahlauskopplung zur optischen Anzeige des Schaltzustandes kann durch Doppelreflexion, mehrfache Spiegelung, vorgenommen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In Figur 1 ist ein Tastenelement nach dem erfinderischen Lösungsprinzip dargestellt.

Auf einer Leiterplatte 1 wird ein Mikroreflexkoppler, bestehend aus Eraitterdiode 2 und Fototransistor 3, elektrisch kontaktiert und gleichzeitig in Richtung der gegenüber befindlichen absorbierenden Wandung 4 justiert.

Am Tastenkörp.er 5 ist ein reflektierendes rückseitenmetallisiertes Defektchip 5 so angebracht, daß bei Tastendruck sich das Defektchip vor den Mikroreflexkoppler schiebt und so das von der Emitterdiode 2 ausgestrahlte Lichtsignal auf den Fototransistor 3 reflektiert.

Ist die Taste nicht gedruckt, sorgt eine Feder 7 dafür, daß das Qefektchip 6 aus, d'em Strahlengang nach oben geschoben wird. Dadurch trifft das von der Efflitterdiode 2 ausgesandte Lichtsignal auf die Wandung 4 und wird absorbiert. Der Füllkörper 8 wird'mit.der Leiterplatte 1 fest verbunden, um zu einer kompletten Taste oder Tastatur zu gelangen.

Figur 2 zeigt eine Lösungsvariante, die bei nicht gedruckter Taste das optische Signal von der Emitterdiode 2 auf den Fototransistor 3 überträgt. Dazu dient eine konkav gekrümmte Membrane 9 aus Federmetall. Im Ruhezustand ist sie gegen den Tastankörper. 5 gespannt. Der Füllkörper 8 ist mit der Ansteuerleiterplatte 1 für den Reflexkoppler fest verbunden und dient als Anschlag für den Tastenkörper 5.

v/ird die laste gedrückt, wölbt sich die Membrane 9 konvex so daß das von der £mitterdiode 2 ausgesandte Lichtsignal nicht auf. den Fototransistor 3 zurückreflektiert wird.

Im Zentrum der Membrane 9 befindet sich ein Loch. Damit wird die Membrane sicher justiert. Ober dem Loch ist im Tastenkörper 5 eine Lichtfalle 10 eingearbeitet..Lichtfalle 10 und absorbierende Wandung 4 sorgen bei gedruckter Taste für eine ausreichende Dämpfung des Signalweges.

In Figur 3 ist eine aus Reflexkopplern aufgebaute matrixadressierte Miniaturtastatur dargestellt. Zwei aneinander angrenzende Seiten sind mit Mikroreflexkopplern bestückt, die beiden gegenüberliegenden Seiten mit einem lichtabsorbierenden Material 4 beschichtet. So lange keine Taste gedruckt ist, wird das von der Emitterdiode 2 ausgesandte Lichtsignal vom dazugehörigen Fototransistor 3 nicht empfangen .

Bei Tastendruck schiebt sich der Tastenkörper 5 in den Signalweg und reflektiert an^: dieser Stelle das Lichtsignal in zwei Richtungen. Durch eine zeitmultiplexe Abfrage der Fototransistoren kann ermittelt werden, welche Taste gedruckt ist.

Claims (9)

- r 753 Erfindungs anspruch

1. Tastenelement und Tastatur, bestehend im funktionsbestim-(3 menden Teil aus einem oder mehreren optoelektronischen Mikro-Reflezkopplern und einer oder mehreren strahlreflektierenden Flächen, gekennzeichnet dadurch, daß der Reflexkoppler an bestimmten Stellen eines Tastenelementes eingesetzt wird und ihm gegenüber eine geeignete kodierte strahlreflektierende Fläche angeordnet wird, die unterschiedliche Signale empfängt uad jedem dieser Signale ein Code zugeordnet wird.

2. Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch:, daß der Mikro-Refleskoppler; ^;in hybrider Bauweise derart gestaltet wird, daß der Sender und Empfänger in einer Ebene angeordnet wird und optisches übersprechen durch

—- ' 15 eine nichtreflektierende Trennwand zwischen den beiden Elementen verhindert wird und durch einen ebenen oder winklig geformten Reflektor mit unterschiedlich spiegelnden Flächen und unterschiedlichem Abstand von dem Empfänger und Sender der Koppelfaktor und damit die Signalübertragung variiert werden·

3* Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die reflektierenden Flächen als Spiegel oder Schnappvorrichtung ausgebildet werden·

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4. Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Spiegel und optoelektronischem Mikro-Hefleskoppler eine den Strahl unterbrechende und/oder ablenkende Vorrichtung vorbeigeführt wird, die strahlabsorbierende und/oder spiegelnde Flächen enthält.

5· Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis 4-, gekennzeichnet dadurch, daß als strahlunterbrechende und/oder ablenkende Vorrichtung strukturierte Leiterplatten verwendet werden·

6*. Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß optoelektronische Mikro-Beflexkoppler in Matrixanordnung angeordnet sind und sich an den zusammengehörigen Spalten und Zeilen am Kreuzungspunkt strahlenunterbrechende und/oder strahlablenkende Vorrichtungen befinden,,

7* Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis.6, gekennzeichnet dadurch, daß die in Matrixanordnung befindlichen optoelektronischen Mikro-Heflexkoppler alternierend in Bezug' auf: Sender:: und 3mp£anger-, angeordnet werden·

8* Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis ?, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlunterbrechung und/oder -ablenkung elektronisch gesteuert ©.der geregelt wird,

9» Tastenelement und Tastatur nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß eine teilweise Strahlauskopplung. zur optischen Anzeige des Schaltzustandes ermöglicht wird.«

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