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Die Erfindung betrifft elektronische Tastaturen, die
eine Schnittstelle zur Eingabe von Informationen oder
Befehlen in ein elektronisches Gerät (Rechner u. s. w.) bilden
können, das von einem Benutzer gesteuert wird. Die
Druckschrift DE 36 30 898A zeigt eine Tastatur gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Tasten diser Tastatur bezeichnen entweder ein
alphanumerisches Zeichen oder bewirken je die Ausführung
einer bestimmten Funktion.
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In manchen Fällen möchte man, daß die Tasten
beleuchtet sind, damit man sie besser sehen kann. Es handelt sich
hauptsächlich um Fälle, in denen der Benutzer in einem
nächtlichen Umfeld arbeiten muß. Beispielsweise verlangen
die Normen für Flugzeuge, daß bestimmte oder sogar alle
Tasten der Tastatur nachts beleuchtet sind. Die Steuerung
eines Flugzeugs oder Hubschraubers bei Nacht erfolgt nämlich
in einer dunklen Pilotenkabine, und dann müssen alle
funktionell wichtigen Tasten gut und fehlerfrei vom Pilot
gesehen und identifiziert werden können.
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Die Tastatur besteht im allgemeinen aus einer
Druckschaltungsplatte, auf die Bauelemente aufgelötet sind. Zu
diesen Bauelementen gehören auch Minischalter, die durch
Druck betätigt werden können. Diese Schalter liegen je unter
einer Taste der Tastatur, und der Fingerdruck auf die Taste
wird an den Schalter zu dessen Betätigung übertragen.
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Die Beleuchtung der Taste von hinten mittels
Transparenz wird durch das Schalter-Bauelement unter der Taste
gestört. Um diese Beleuchtung zu gewährleisten, verwendet
man im allgemeinen Elektrolumineszenzdioden, die auf die
Druckschaltung neben dem U aufgelötet sind, aber die
Qualität des ausgesendeten Lichts ist oft für die Erfordernisse unzureichend.
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Die Erfindung schlägt eine andere Struktur der
Tastatur vor, mit der die Tasten von hinten besser
beleuchtet werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine elektronische
Tastatur mit einer steifen Druckschaltungsplatte, auf die
mindestens ein Schalter aufgelötet ist, welcher mittelbar
durch den Finger eines Benutzers betätigt werden kann, mit
einer Taste, die zumindest teilweise transparent ist und
sich über dem Schalter befindet, und mit einem
Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung der Taste von unten, wobei von dem
Beleuchtungsmittel ausgehende Lichtstrahlen für den Benutzer
durch den transparenten Bereich der Taste hindurch sichtbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastatur außerdem eine
flexible Druckschaltung zwischen der Taste und der den
Schalter tragenden steifen Druckschaltungsplatte aufweist,
daß die flexible Druckschaltung einen steifen Bereich
zwischen der Taste und dem Schalter besitzt, daß das
Beleuchtungsmittel eine Lumineszenzdiode enthält, die auf den
steifen Bereich zwischen der Taste und dem Schalter gelötet
ist, und daß die Taste einen von einem Rand umgebenen
Hohlraum enthält, in dem die Diode liegt, wobei der Rand auf dem
steifen Bereich um die Diode herum aufliegt.
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Die flexible Druckschaltung enthält
Stromspeiseleitungen zur Elektrolumineszenzdiode.
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Vorzugsweise hat die transparente Taste einen nach
hinten hohle Form und einen Rand, der einen Hohlraum umgibt,
in dem sich die Diode befindet. Der Rand liegt auf dem
steifen Bereich der flexiblen Druckschaltung um die Diode
herum auf. Die Taste kann also über den Rand des Hohlraums
einen Druck auf den steifen Bereich der flexiblen
Druckschaltung ausüben. Dieser Druck wird auf den Schalter über
diesen steifen Bereich übertragen.
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Die flexible Druckschaltung kann als elastische Feder
für die Taste dienen, um diese Taste in die Ruhestellung
zurückzubringen, wenn durch den Finger des Benutzers kein
Druck mehr auf sie ausgeübt wird.
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Die flexible Druckschaltung kann elektrisch
unmittelbar an die steife Druckschaltungsplatte angeschlossen sein
oder beide werden getrennt an das durch die Tastatur
gesteuerte elektronische Gerät angeschlossen (Rechner u. s. w.).
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Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt von der Seite einen
Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Tastatur in Höhe einer
Taste.
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Fig. 2 zeigt von oben die flexible Druckschaltung in
einer Anwendung der Tastatur auf zwölf Funktionstasten, die
an der Peripherie einer quadratischen Zone angeordnet sind,
die einen Bildschirm aufnnehmen wird.
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Gemäß Fig. 1 enthält die Tastatur einen steife
Druckschaltungsplatte 10 (Dicke beispielsweise 2 mm), auf
der einerseits Mini-Schalter 20 entsprechend je einer Taste
der Tastatur liegen und andrerseits gravierte elektrische
Leiter verlaufen, die diese Schalter mit Schaltungen
außerhalb der Tastatur verbinden, um den Schaltzustand der
Schalter zu erfassen.
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Die gravierten Leiter sind im Schnitt der Fig. 1
nicht sichtbar.
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Die Verbindung zwischen der Tastatur und dem Umfeld,
d. h. mit dem elektronischen Gerät, das von der Tastatur
(Rechner u. s. w.) gesteuert wird, erfolgt beispielsweise über
einen Verbinder, der sich auf der Druckschaltung befindet,
sowie über Kabel oder flexible Leitbänder, die von diesem
Verbinder zum Gerät führen. Diese Verbindung ist bekannt und
braucht hier nicht beschrieben zu werden. Jeder Schalter ist
so über gedruckte Leiter und den Verbinder angeschlossen,
sodaß man den Schaltzustand des Schalters erfassen kann und
die für die Taste gewünschte Funktion auslösen kann, sobald
eine Betätigung der Taste den Schalter schließt (oder
ausnahmsweise auch öffnet).
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In Fig. 1 ist der Schalter 20 ein Bauelement, das
auf die Oberfläche der Druckschaltungsplatte 10 aufgelötet
ist. Er enthält im Inneren einen mechanischen Kontakt (nicht
sichtbar), der an Leiter der Druckschaltungsplatte
angeschlossen ist und durch Druck auf eine elastische
Druckfläche 22 an der Oberseite des Bauelements 20 betätigt wird.
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Die Taste 30 der Tastatur, die als manuell
betätigbare Taste zur Aktivierung einer Funktion dient, ist
mindestens teilweise transparent (beispielsweise aus einem
organischen Glas), da man sie durch eine Lichtquelle beleuchten
will, die unter der Taste in Fig. 1 liegt. Diese Taste ist
genau oberhalb des Schalter-Bauelement 20 so angeordnet, daß
der Schalter durch Drücken auf die Taste betätigt wird. In
dem häufigsten Fall einer Betätigung durch unmittelbaren
Druck mit dem Finger sieht man vor, daß das Drücken auf die
Taste einen mechanischen Druck auf die Druckfläche 22 des
Schalters hervorruft, was in der Praxis bedeutet, daß man
eine steife Verbindung zwischen der Taste und der
Druckfläche 22 benötigt.
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Die Taste 30 ist in einen Freiraum 42 geeigneter Form
eines Gehäuses 40 der Tastatur eingesetzt. Die Taste kann
frei in diesen Freiraum hineingedrückt werden, aber sie kann
nicht herausfallen, beispielsweise aufgrund der Vorsprünge
44 des Gehäuses oberhalb der seitlichen Ränder der Taste.
Wenn die Tastatur dicht sein muß, liegt eine Dichtung 46
zwischen der Taste 30 und dem Gehäuse 40. Die steife
Druckschaltungsplatte 10 ist am Gehäuse durch nicht dargestellte
Mittel befestigt, die sich beispielsweise am Rand der
Tastatur befinden. Der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und
der Druckschaltungsplatte reicht aus, um darin die
Bauelemente der Druckschaltung, insbesondere die Schalter 20,
unterbringen zu können.
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Eine flexible Druckschaltung 50 ist am Gehäuse 40 der
Tastatur befestigt und liegt zwischen der steifen
Druckschaltungsplatte und den Tasten. Diese flexible
Druckschaltung trägt eine Elektrolumineszenzdiode 60 oberhalb des
Schalter-Bauelements 20 und unter dem Zentrum der Taste 30.
Weiter besitzt sie Speiseleiter für die Diode und
gegebenenfalls andere Schaltungselemente. Durch Aussenden von Licht
unterhalb des Zentrums der Taste kann diese von innen
beleuchtet werden.
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Die flexible Druckschaltung 50 enthält elastische
Bereiche 52 und steife Bereiche 54. Die größere lokale
Steifheit ergibt sich beispielsweise durch eine größere
lokale Dicke der flexiblen Folie, die die Druckschaltung 50
bildet, oder auch durch eines oder mehrere steife Plättchen,
die auf die flexible Folie an den Stellen aufgeklebt ist,
die man versteifen will. Ein steifer Bereich 54 liegt
unterhalb jeder Taste, und auf einer solchen Fläche, daß beim
Drücken der Taste das untere Ende der Taste gegen den
steifen Bereich 54 drückt, sodaß dieser steife Bereich 54 den
Druck der Taste auf die Druckfläche 22 des
Schalter-Bauelements 20 überträgt. Die elastischen Bereiche 52 erlauben
eine ausreichende Verschiebung der steifen Bereiche 54 beim
Druck auf die Taste, um den U 20 zu betätigen.
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Vorzugsweise ist die Elektrolumineszenzdiode 60 auf
den steifen Bereich 54 oben aufgelötet und sitzt in einem
Hohlraum 32, der sich im hinteren Bereich des Zentrums der
transparenten Taste befindet. Dieser Hohlraum ist nach unten
offen. Die Taste steht am Rand dieses Hohlraums 32
unmittelbar mit dem steifen Bereich 54 in Kontakt, sodaß der Rand 34
der Taste den Druck auf den steifen Bereich 54 der flexiblen
Schaltung 50 überträgt, ohne einen Druck auf die
Elektrolumineszenzdiode auszuüben.
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Die flexible Druckschaltung ist am Gehäuse
beispielsweise durch Schrauben oder Kleben befestigt. Sie kann auch
lokal an den Tasten 30 durch deren Unterseite am Rand 34 des
Hohlraums 32 befestigt sein. In diesem Fall muß sich ein
Bereich der flexiblen Folie zwischen einem Befestigungspunkt
auf der Taste und einem Befestigungspunkt am Gehäuse
erstrecken. Die Befestigungspunkte auf der Taste können sich
im flexiblen Bereich oder im steifen Bereich der flexiblen
Schaltung befinden.
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Um den Lichtwirkungsgrad der Vorrichtung zur
Beleuchtung der Tasten zu verbessern, wählt man die Höhe des
Hohlraums 32 um die Elektrolumineszenzdiode herum oberhalb der
Diode relativ groß (beispielsweise zwei- oder dreimal der
Höhe der Diode entsprechend) und macht die inneren
Seitenwände des Hohlraums ziemlich stark reflektierend. Dadurch
wird eine Streuung des Lichts nach den Seiten der Taste
vermieden und der Anteil des Lichts, der schließlich oben
aus der Taste austritt, maximiert.
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Beispielsweise kann eine seitliche Zwischenwand 36,
die lichtundurchlässig und weiß ist, die Diode über die
ganze Höhe des Hohlraums 32 umgeben.
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Am Grund des Hohlraums 32 oberhalb der Diode kann man
ein Lichtfilter 38 anordnen. Dies ist beispielsweise ein
Farbfilter, wenn die Elektrolumineszenzdiode ein weißes
Licht aussendet, während die Taste ein rotes, grünes oder
anderes Licht emittieren soll. Dieses Filter kann auch ein
Filter sein, das Infrarotstrahlungen unterdrückt, oder ein
beliebiges anderes Filter gemäß den Forderungen des
Benutzers.
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Die Leiter der flexiblen Druckschaltung 50 müssen an
eine Stromquelle angeschlossen werden, um die Dioden speisen
zu können. Ein Verbinder ist vorzugsweise vorgesehen, um die
Übertragung dieser Energie zu gewährleisten. Dieser
Verbinder kann unmittelbar an einen komplementären Verbinder
der steifen Druckschaltungsplatte 10 angeschlossen sein,
insbesondere wenn die Energiequelle aus der
Druckschaltungsplatte 10 stammt. Diese beiden Verbinder können dann
unmittelbar übereinanderliegen (vorzugsweise mittels
Steckverbindung senkrecht zur Ebene der beiden Druckschaltungen).
Man kann so die Elastizität der flexiblen Druckschaltung
nutzen, um ein Ende dieser Schaltung in Richtung zur steifen
Druckschaltungsplatte umzubiegen oder an einem beliebigen
anderen Teil der Tastatur oder des von der Tastatur
gesteuerten Geräts anzudrücken.
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Fig. 2 zeigt von oben die flexible Druckschaltung
mit ihren steifen Bereichen 54 in Form von gepunkteten
Flächen (Zonen größerer Dicke als die der flexiblem
Druckschaltung) sowie mit den Elektrolumineszenzdioden, die auf
jeden steifen Bereich aufgelötet sind.
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In diesem Beispiel hat die Tastatur die Form eines
schmalen Bands, das den Rand eines Rechtecks oder Quadrats
70 umgibt, in das ein Bildschirm eingesetzt werden kann. Die
flexible Druckschaltung 50 hat dann die Form dieses schmalen
Bands, wie es in Fig. 2 zu sehen ist. Die nicht
dargestellten Tasten der Tastatur sind gleichmäßig entlang dieses
Bandes genauso verteilt wie die Dioden 60, da ja jeweils
eine Diode genau unter jeder Taste liegt. Leiter 56 sind auf
der flexiblen Druckschaltung graviert und liefern den Strom
an alle Tasten von einem Verbinder 80, der vorzugsweise am
Rand der flexiblen Schaltung ausgebildet ist. In der
einfachsten Ausführungsform gibt es zwei Leiter, die entlang
des ganzen schmalen Bands verlaufen und alle Dioden parallel
speisen, aber selbstverständlich kann auch eine andere
Schaltung vorgesehen werden, wenn komplexere
Beleuchtungsfunktionen gewünscht sind.
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Der Verbinder 80 kann für vertikale Steckverbindung
(Verbindung mittels einer Bewegung senkrecht zur Ebene der
flexiblen Druckschaltung 50 und der steifen
Druckschaltungsplatte 10) mit einem entsprechenden Verbinder ausgebildet
sein, der auf der steifen Druckschaltungsplatte 10 befestigt
ist, wobei die Elastizität der flexiblen Schaltung die
gegenseitige Annäherung der Verbinder und ihre Kopplung erlaubt.
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Die Verbinder können auch eine horizontale
Steckrichtung haben.
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Schließlich kann man auch die flexible Druckschaltung
auf sich selbst am Ende zurückfalten, um das Verbinden zu
erleichtern. Der Verbinder 80 kann dann am Ende einer Verlängerung
des Bandes ausreichend weit entfernt vom Rechteck
liegen, auf dem die Dioden angeordnet sind.
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Die Tastatur kann auch eine andere Form als ein
laufendes Band um ein Quadrat oder Rechteck herum aufweisen.
Sie kann selbst rechteckig sein, wobei die Tasten über fast
die ganze Oberfläche des Rechtecks verteilt sind. Die
flexible Druckschaltung hat dann eine entsprechende Rechteckform
sowie steife Bereiche und Elektrolumineszenzdioden in
gleicher Verteilung wie die Tasten über die ganze rechteckige
Fläche.