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T T X) Optische Taste mit Lichtleiter O T X ist eine kontaktlose Taste
zur Verwendung in Tas -taturen und sonstigen Eingabeeinheiten ( Steuerungen ) zur
Signaleingabe . Das Datenmedium ist Licht (sichtbar oder infrarot ), welches über
geeignete Sendelemente auf eine Bohrung in O T L projeziert wird . Die Informations
-eingabe bei gedrückter Taste erfolgt über einen Licht -leiter in der Taste auf
Empfangselemente (Fotodioden , - transistoren , LDR ) , die zur Auswertung des Hell
- Dunkel - Kontrastes dienen.
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Tasten dienen zur Eingabe von Informationen in direkter oder codierter
Form in der Steuerungs - und Datentechnik Der Einsatzbereich geht von der Einzeltaste
für die di -rekte Steuerung einzelner Funktionen in Maschinen oder Geräten über
Tastenfelder zur numerischen oder hexadezi -malen Eingabe in codierter oder nicht
codierter Form bei Kleinrechnern , Steuer - und Mikrocomutern bis zu alphanumerischen
Tastaturen in Rechenanlagen , Terminals und anderen Ein - bzw Aus gabege räten der
Datentechnik Die Information liegt in binärer Form vor , die durch die Schaltzustände
Taste gedrückt oder Taste nicht gedrückt erzeugt wird Herkömmliche Tasten lassen
sich in zwei Kategorien ein -teilen a. Tasten mit Kontakten ( mechanisch oder Folientastatur
) b, Tasten auf kontaktloser Basis ( magnetisch über Hall - Generatoren oder kapazitiv
)
(O T L) Optische Taste mit Lichtleiter Zu a. Tasten mit Kontakten
werden heute überwiegend ein -gesetzt . Ihr Grundaufbau besteht aus zwei oder mehreren
Kontakten in Form leitender Materialien die im Ruhezustand , d.h. bei nicht gedrückter
Taste durch einen Isolator ( meistens Luft ) von -einander getrennt sind . Durch
einen von außen einwirkenden mechanischen Impuls werden die Kontakte beim Drücken
der Taste gegeneinander ge -preßt und damit leitend verbunden . Hierdurch wird ein
Stromkreis geschlossen , wodurch eine Signaleingabe in Form eines elektrischen Im
-pulses erfolgt . Je nach mechanischem Aufbau der Tasten kommt es hierbei zu einem
mehr oder weniger starken Prellen , d.h. die Signaleingabe erfolgt nicht nur mit
einem Impuls , sondern durch eine Mehrfachbewegung der Kontakte in Form einer Im
-pulsserie . Durch geeignete mechanische Maßnahmen läßt sich dieser Effekt zwar
mindern , jedoch nie ganz ausschließen . Zur Unterdrückung des Prellens werden heute
vielfach in der nachgeschalteten Aus -wertungsel ektronik geeignete Maßnahmen getroffen
um pro Tastendruck nur einen Impuls zu erhalten Dies erfordert jedoch,je nach Ausführung,einen
gewissen Mehraufwand der Einzelkomponenten und somit einen größeren Platzbedarf
ebenso wie eine Kostenerhöhung . Ein zweites Problem liegt bei der Kontaktgabe in
der Erzeugung kleiner elek -trischer Entladungen , die einen Einsatz in ex -plosionsgefährdeten
Räumen ebenso wie unter Wasser nur in eingeschränktem Umfang zulassen Drittens tritt
selbst bei Verwendung hochwertiger Kontaktwerkstoffe im Lauf der Zeit eine gewisse
(o
? S) Optische Taste mit Lichtleiter chemische Veränderung der Kontaktoberfläche
ein Dies um so mehr wenn die äußeren Umgebungsbe -dingungen agressiver Art sind
( chemische Zu -sammensetzung ebenso wie Temperatur und Luft -feuchtigkeit . ) Viertens
stellt sich durch die Verwendung von Edelmetallen als Kontakt -werkstoff oder Überzug
die Problematik des Kostenfaktors und der Verfügbarkeit Die Verwendung sogenannter
Folientastaturen er -geben zwar hinsichtlich der Betriebsdauer und des Platzbedarfs
gegenüber mechanischen Tasten gewisse Vorteile , bei ihnen stellt sich je -doch
die Problematik in anderen Bereichen Erstens : Durch ihr Prinzip ist eine individu
-elle Zusammenstellung aus Einzeltasten nicht möglich . Folientastaturen werden
entweder nach Standard ( Zehnertastenfelder , Hex - oder QWERTY - Tastaturen ) oder
kundenspezifisch hergestellt , Eine Änderung bzw Ergänzung durch Variieren bzw.
Hinzufügen neuer Einzeltasten ist nicht möglich . Änderungen sind nur im großen
Stückzahlrahmen durch Entwurf einer neuen Tastatur im entsprechenden Kostenrahmen
möglich Zweitens stellt die Eingabeform für den Bediener hinsichtlich des Fehlens
einer spürbaren tak -tilen Rückmeldung keine befriedigende Lösung insbesondere bei
der Eingabe größerer Daten -mengen , dar . Desgleichen treten Probleme bei der zielgenauen
Eingabe , durch Fehlen von me -chanischen Abgrenzungen ( Fingermulden ) , auf Auch
durch Inhomogenität oder Fremdkörper an den Kontaktflächen kommt es zu fehlerhaftem
Kontakt -verhalten . Ebenso ist das Isolationsverhalten
(o T B)
Optische Taste mit Lichtleiter bei hoher Luftfeuchtigkeit noch nicht ausreichend
gelöst . Ferner ist die Sicherheit vor Funktions -störungen bei wechselnden Umwelteinflüssen,ins
-besondere im Dauereinsatz , noch nicht ausreichend gewährleistet Zu b, Tasten auf
kapazitiver Basis sind zwar gegenüber solchen mit Hall - Generatoren preisgünstiger
in der Herstellung , fordern jedoch aufgrund ihres Prinzips bei der Decodierung
in Tastenfeldern einen erheblichen Mehraufwand an Fühler - und Treiber -schaltungen
. Ein weiterer Nachteil besteht in ihrer Empfindlichkeit gegenüber äußeren Umweltbedingungen
, sowie in der Notwendigkeit der Abschirmung gegen statische Entladungen Tasten
mit Hall - Generatoren sind in der Herstellung durch die Art und Anzahl der benötigten
Einzel -komponenten sehr kostenaufwendig . Auch bei ihnen muß eine Vorsorge gegen
äußere magnetische Ein -flüsse getroffen werden Ziel der Erfindung war es eine Taste
zu entwickeln , die folgende Eigenschaften besitzt 1. Prellfreies Schalten bei gleichzeitiger
Unterdrückung elektrischer Entladungen 2. Vermeidung von Korrosion durch Verwendung
nicht kor -rosiver Materialien 3. Sicher vor Störeinflüssen äußerer Art.
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T L) Optische Taste mit Lichtleitern 4. Unempfindlich gegenüber äußeren
Umweltbedingungen 5, Vom Prinzip der Einzeltaste problemlose Erweiterung zu Tastaturen
6, Äußere Form ergonomisch angepaßt 7. Taktile Rückmeldung in Form eines festen
Anschlages bei Erreichen des Schaltpunktes 8, Ohne größeren mechanischen oder schaltungstechnischen
Aufwand auch unter Wasser oder in Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit einsetzbar
9, Günstiges Preis - Leistungsverhältnis durch die Kon -struktion und Vermeidung
der Verwendung von Edelme -taillen 10. Kleine Bauform und geringes Gewicht 11. Möglichkeit
in der Verwendung in geradlinigen oder abgesetzten Tastaturformen 12. Verwendung
kostengünstiger Standardbauelemente zur Decodierung Ermöglicht wurde die Realisierung
dieser Eigenschaften durch folgende Konstruktion von 0 T L Zur Auswertung der Information
ob eine Taste gedrückt ist wird als Signalmedium Licht verwendet . Der Aufbau einer
O T L gliedert sich daher wie folgt Unter einer Fingermulde befindet sich die Deckplatte
des beweglichen Mittelteils . Dieses Mittelteil liegt auf einer Feder , die im festen
Bodenteil abgestützt ist . Die Eck -träger des Bodenteils bilden die Führung für
den beweglichen
T L) Optische Taste mit Lichtleiter Mittelteil .
An der Oberseite der Eckträger befinden sich kleine Haltenasen , die das Mittelteil
in der Ruhestellung gegen den Federdruck festhalten . Verbunden werden die Eckträger
an der Oberseite durch einen Rahmen . Das ei -gentliche Datenelement befindet sich
im Mittelteil . In dem Grundkörper befinden sich in einer Ebene zwei zuein -ander
um neunzig Grad versetzte Durchgangsbohrungen A As und B - B'. Auf der Oberfläche
des Mittelteils ist eine viertelkreisförmige Radiuskurve eingearbeitet , deren Austrittspunkte
in den Punkten C und D , im Abstand d oberhalb der Bohrungsebene , die durch die
Durchgangs -bohrungen A - A' und B - B' gebildet wird , liegt . In diese Kurve wird
ein Lichtleiter viertelkreisförmig ver -legt und durch die vorerwähnte Deckplatte
, welche durch Snap - In - Fassung im Mittelteil befestigt wird , arretiert In Höhe
der Ebene A-A'wird vor der Bohrung A ein optisches Sendeelement ( IR - LED , LED
, oder Halbleiterlaserdiode ) montiert . Vor der Bohrung B ein Smpfangselement (
Foto -transistor ,Fotodiode ) . Im Ruhezustand strahlt das Licht in A ein und tritt
durch A'wieder aus . Das Empfangselement vor B erhält keine Lichtinformation . Wird
nun das Mittel -teil beim Drücken der Taste nach unten bewegt , wird das Licht beim
Erreichen des Endpunktes der Tastenbewegung in Punkt C in den Lichtleiter eingestrahlt
und tritt an Punkt D wieder aus . Da sich nun der Punkt D vor dem Empfangs -element
befindet,registriert dieses den Lichteinfall und wandelt es in ein entsprechendes
elektrisches Signal um Der Tastendruck ist somit ausgewertet worden . Bedingt durch
die Durchgangsbohrungen in der Ebene A - B ist eine Zusammenschaltung mehrerer Tasten
zu Reihen und Spalten für eine Tastatur problemlos möglich . Hierzu sind die Tasten
(o
T L) Optische Taste mit Lichtleiter waagrecht und senkrecht genau zueinander ausgerichtet
zu montieren . Dann wird vor jeder Spalte ein optoelektronisches Sendeelement installiert
und an jeder Zeile ein Empfangs element . Durch Multiplexen der Sendeelemente ist
es mit Hilfe handelsüblicher Decoder möglich eine Adreßdecodierung der entsprechenden
Taste vorzunehmen . Um beim Aufbau größerer alphanumerischer Tastaturen den ergonomisch
günstigen Zei -chenversatz wie allgemein üblich zu erreichen , befinden sich in
der Deckplatte acht Bohrungen , die jeweils um einen Betrag e versetzt sind . Die
zwei Haltestifte der Tastenkappe ( mit Fingermulde ) lassen sich nun maximal um
den Betrag 4e versetzen . Hierdurch ist es möglich den erforderlichen Versatz der
einzelnen Zeilenanfänge bei Beibehaltung einer unversetzten Anbringung der 0 T L
zu erreichen . Die Deckplatte dieser Ausführung ist somit um den Betrag 4e größer
als das Mittelteil . Eine Zeilen -anordnung größer als vier hat sich in der Praxis
aus ergo -nomischen Gründen nicht durchgesetzt , somit ist eine Ver -satzmöglichkeit
von vier Zeilen als ausreichend anzusehen Für Zehner - oder Hexadezimaltastaturen
werden Ausführungen mit den gleichen Abmessungen wie die des Mittelteils ver -wendet
, da die Tastenanordnung ohne Versatz ,d.h. gerade in senkrechter und waagrechter
Richtung erfolgt Um einen Einsatz unter Wasser zu ermöglichen werden anstelle der
optoelektronischen Sende - und Empfangselemente Hal -terungen für Lichtleiter montiert
. Somit ist es möglich die Multiplex - und Decodierelektronik abgesetzt über Wasser
zu installieren , ebenso wie die optoelektronischen Kom -ponenten . Hin - und Rückführung
der optischen Sende - und Empfangssignale werden dann von den Lichtleitern übernommen
FO
T L) Optische Taste mit Lichtleiter Die Vorteile der Erfindung liegen darin , daß
aufgrund der Verwendung von Licht als Signalmedium keine elektrischen Größen innerhalb
der Taste bei der Kontaktgabe wirksam werden Hierdurch werden elektrische Entladungen
vermieden und ein Prellen ebenso wie der Verschleiß leitender Kontakte durch Stromfluß
unterbunden . Durch die Vermeidung der Verwendung korrosionsgefäbrdeter Materialien
können äußere Einflüsse auf den Schaltvorgang keinen Einfluß nehmen . Da weiter
-hin auch auf Edelmetalle als Grundmaterial oder Überzug der Kontakte verzichtet
wird ist der Kostenfaktor bezüglich der Herstellungsmaterialien deutlich reduziert
. Äußere Einflüsse elektrischer oder magnetischer Art haben auf die Kontaktgabe
keinen Einfluß . Durch die Möglichkeit der Sig -nalzu - und abführung durch Lichtleiter
können ferner ohne Gefahr für den Anwender Einsatzbereiche , wie bspw. unter Wasser
, ermöglicht werden , die bislang mit herkömmlichen Prinzipien nur unter erheblichem
Volumen - und Kostenmehr -aufwand realisierbar waren . Durch Zusammenfassung der
Haupt -teile ist eine kostengünstige Produktion gewährleistet Die Zusammenstellung
einzelner Tasten zu Tastaturen , auch mit abgesetzten Zeilenanfängen , ist gegeben
. Erweiterungen ebenso wie Änderungen sind problemlos möglich . Durch eine taktile
Rückmeldung der Eingabe durch einen deutlich spür -baren Haltepunkt , ebenso wie
durch die eingabefreundliche Form der Tastenkappe ( Fingermulde ) ist die Forderung
nach der Bedienungsergonomie erfüllt . Eine Anpassung auf an -wenderspezifische
Einsatzbereiche ist durch das leichte Auswechseln der Tastenkappe ermöglicht . Bezüglich
der De -codierung können handelsübliche Decoder der verschiedenen Technologien (
TTL , CMOS , MOS etc. ) problemlos an die Ausgangsstufen der optoelektronischen
Empfängerschaltungen angeschlossen werden
(o TL Optische Taste
mit Lichtleiter Ausführungs - und Anwendungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen gezeigt Blatt 1 zeigt den schematischen Aufbau einer 0 T L in Form der
einzelnen Teile Blatt 2 stellt den Ebenenverlauf A - B und C - D dar Blatt 3 zeigt
die Anordnung der Bohrungen in der Deck -platte für a.) gerade und b.) versetzte
Tastaturen Blatt 4 demonstriert die Anordnung der Sende - und Em -pfangselemente
bei der Anordnung mehrerer 0 T L zu einer Tastatur