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Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Tastschalter, bei dem durch
Unterbrechen eines auf eine lichtempfindliche Zelle fallenden Lichtstrahles ein
elektrischer Impuls ausgelöst wird.
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In der modernen Gerätetechnik besteht die Tendenz, durch weitgehende
Elektronisierung den bisherigen Umfang mechanischer Funktionsgruppen auf ein Mindestmaß
zu reduzieren, um eine weitgehende Wartungsfreiheit bei gleichzeitiger Gewichtserleichterung
und geringerer Geräuschbildung zu erreichen.
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Dieser Trend führte bereits zu Vorschlägen, die ,im allgemeinen noch
auf mechanischer Basis aufgebauten manuellen Bedienungselemente, wie z. B. Schalter,
Drucktasten und/oder ganze Tastenfelder, als kontaktlose Tastschalter auszubilden.
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Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen dieser Art arbeiten auf
kapazitiver Basis, wie z. B. der Gegenstand der deutschen Patentschrift 1010139
erkennen läßt, bei welchem eine gasgefüllte Kaltkathodenröhre Verwendung findet,
deren Zündspannung nur erreicht wird, wenn durch Berühren eines Tastknopfes über
den Körperschluß eine Erdverbindung zu einer Hilfselektrode hergestellt wird.
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Die auf diesem Prinzip basierenden Tastschalter erfordern noch einen
relativ hohen Aufwand an Schaltungsmitteln. Außerdem ist das Bauvolumen derartiger
Schalter so groß, daß z. B. eine Bildung von Vielfachfeldern mit einem bei Schreibmaschinentastaturen
üblichen Abstand nicht möglich ist. Auch ist die Bauhöhe derartiger Tastelemente
so groß, daß ihre Verwendung in etlichen Fällen aus diesem Grunde auf Schwierigkeiten
stößt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Lösung für einen
kontaktlosen Tastschalter zu finden, welche die vorgenannten Nachteile umgeht.
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In Anwendung des von Lichtschranken her bekannten Prinzips der Impulsauslösung
durch Unterbrechung eines auf eine Fotozelle fallenden Lichtstrahles ist der Tastschalter
gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch eine Tastmulde
führt, die so ausgebildet ist, daß der Strahl durch Einfügen der Hand. oder eines
Teiles derselben unterbrochen wird.
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An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die schematische Darstellung eines Tastschalters gemäß
der Erfindung im Schnitt; F i g* 2 zeigt die Schnittdarstellung einer Variante der
F i g. 1 mit erhöhter Lichtausbeute; F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung
eine Ausführung des Tastschalters gemäß der Erfindung im Schnitt, bei welcher die
Tastmulde durch eine elastische Membrane abgedeckt ist; F i g. 4 zeigt eine :mögliche
Variante der Ausfüh--. rung von F i g. 3 im Schnitt; F ig. 5 stellt unter Verwendung
der Tastschalter nach F i g. 3 oder 4 eine mögliche Ausführung einer Tastaturanordnung
bei abgenommener Deckplatte dar; F i g. 6 zeigt eine weitere Variante des Tastschalters
gemäß der Erfindung in schematischer Schnittdarstellung, welche sich durch sehr
geringe Abmessungen auszeichnet; F i g. 7 zeigt eine Ausführung des Tastschalters
i gemäß der Erfindung in schematischer Schnittdarstellung, bei welcher die Lichtzufuhr
von unten erfolgt; F i. g. 8 zeigt eine Variante des Erfindungsgegenstandes im Schnitt,
bei welcher zwischen Lichtquelle und lichtempfindlicher Zelle ein Lichtfilter angeordnet
ist; F i g. 9 zeigt in einer schematischen Darstellung die Unterseite der Deckfläche
einer handgerechten Einhandtastatur.
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F i g. 1 läßt das Grundprinzip des Tastschalters gemäß der Erfindung
erkennen. Der Körper 1 des Tastschalters besteht aus einer Deckfläche 1 a und einer
Grundplatte 1 b, welche durch eine Zwischenlage 1 c in einem vorbestimmten Abstand
zueinander gehalten werden. Diese Zwischenlage 1 c ist gemäß der Schnittdarstellung
mit einer Ausnehmung versehen, in welcher auf der einen Seite eine Lichtquelle 2
und auf der anderen Seite eine Echtempfindliche Zelle 4, weiterhin kurz Fotozelle
genannt, angeordnet sind. Der Raum zwischen beiden ist bis auf einen Mindestbereich
vor der Fotozelle 4 in der dargestellten Weise mit einem lichtleitenden Material,
z. B. einer Faseroptik, ausgefüllt. Über dem damit vor der Fotozelle 4 bestehenden
freien Raum ist die Deckfläche 1 a mit einer Ausnehmung 5 versehen, welche zusammen
mit dem darunter befindlichen Hohlraum eine Tastmulde 6 bildet. Die Größe der Tastmulde
6 ist gemäß F i g. 9 variabel und wird durch den Teil der -Hand bestimmt, durch
welchen der Tastschalter betätigt werden soll.
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Die Funktionsweise ist folgende: Im unbetätigten Zustand des Tastschalters
trifft ein von der Lichtquelle 2 herrührender, durch das lichtleitende Material
3 bis zu einem gewissen Grade gebündelter Lichtstrahl 2 a auf die Fotozelle 4. Das
dabei an ihren Anschlüssen 4 a auftretende Spannungspotential wird von einer nachgeschalteten,
nicht dargestellten Auswerteelektronik als Ruhezustand erkannt. Ein Betätigen des
Tastschalters erfolgt durch bloßes Einlegen eines Fingers 7 oder eines anderen Teiles
der Hand in die Tastmulde 6 in der dargestellten Weise, wodurch der Lichtstrahl
2 a unterbrochen wird. Die damit unterbundene Erregung .der Fotozelle
4 führt dazu, daß das Spannungspotential an den Anschlüssen 4 a null oder
nahezu null wird, was von der nachgeordneten, auswertenden Elektronik als eine Betätigung
des Tastschalters erkannt wird.
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F i g. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung. Zur besseren Lichtausbeute
sind eingangs- und ausgangsseitig des lichtleitenden Materials zwei Sammellinsen
18 angeordnet. Das von der Lichtquelle 2 abgestrahlte Licht wird durch= die erste
Linse 18 zu einem parallelen Strahl gebündelt, welcher jenseits des lichtleitenden
Materials 3 durch die zweite Linse 18 auf die Fotozelle 4 fokussiert wird. Durch
die in .diesem Fall erfolgende Konzentration des Lichtes kommt man mit einer Lichtquelle
geringerer Leistung aus, als sie bei der Ausführung nach F i g. 1 erforderlich ist.
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Bei der Ausführung nach F i g: 3 ist die Fotozelle 4 direkt unter
der Ausnehmung 5 der Tastmulde 6 in die Grundplatte 1 b eingelassen. Um eine Verschmutzung
und/oder Beschädigung der empfindlichen Fotozelle 6 zu vermeiden, ist zwischen der
Deckfläche 1 a und dem lichtleitenden Material 3, welches in diesem Fall den Tastmuldenraum
von mindestens zwei Seiten begrenzt, eine elastische Membrane 8 angeordnet.
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Normalerweise fällt das von einer oder mehreren Lichtquellen 2 über
das lichtleitende Material 3 zugeführte
Licht in diffuser Form
auf die Fotozelle 4 und erregt diese. Mit dem Einfügen eines Fingers 7 in die Tastmulde
6 wird die stark nachgiebige Membrane 8 nach unten gedrückt und deckt letzten Endes
die Fotozelle 4 in ihrem lichtempfindlichen Bereich so weit ab, daß der Schaltzustand
eindeutig erkennbar ist.
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F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der F i g. 3, bei welcher an Stelle
der die Tastmulde 6 überspannenden Membrane 8 ein weichelastischer Tastkörper 9
vorgesehen ist, welcher im Ruhezustand einen Teil des Tastmuldenraumes ausfüllt.
Bei leichtem Druck auf den Körper 9, z. B. mittels eines Fingers 7, wird die Öffnung
10 in der Grundplatte 1 b durch den Körper 9 abgedeckt, so daß das zuvor durch diese
Öffnung 10 auf die darunter befindliche Fotozelle 4 fallende Licht der Lichtquellen
2 abgeschirmt wird.
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Auch bei dieser Ausführung müssen die schematisch dargestellten Lichtquellen
2 nicht in unmittelbarer Nähe der Fotozelle 4 liegen, sondern das Licht wird gemäß
vorliegendem Beispiel durch eine zur Bildung der Tastmuldenräume mit Bohrungen 11
a versehene Platte aus durchsichtigem Material 11 von außenliegenden Lichtquellen
2 zugeführt, wie F i g. 5 an einem Vielfachtastenfeld zeigt, bei der die Deckfläche
1 a zur besseren Übersicht entfernt ist.
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Die Ausführung gemäß F i g. 6 stellt eine besonders flach bauende
Version dar. Hierbei findet eine im wesentlichen ringförmige Lichtquelle 2 Verwendung,
welche entweder als Strahler aus selbststrahlendem oder strahlenanregbarem Material
in der Art der Leuchtstoffröhren oder als ringförmige Lampe ausgebildet ist. Unterhalb
dieser in eine Trägerplatte 12 eingelassenen Lichtquelle 2 ist konzentrisch die
Fotozelle 4 angeordnet, welche im unbetätigten Zustand des Tastschalters durch das
von der Lichtquelle 2 diffus abgestrahlte Licht erregt wird. Der Innendurchmesser
der ringförmigen Lichtquelle 2 muß dabei so groß sein, daß die sich aus der vorbeschriebenen
Anordnung ergebende Tastmulde gerade so groß ist, daß durch Auflegen eines Fingers
7 in der dargestellten Weise der Fingerballen die Fotozelle 4 abdeckt und damit
die Erregung derselben für die Zeit der Tastung unterbricht.
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F i g. 7 stellt eine Ausführung dar, welche sich für Vielfachfelder
gemäß F i g. 5 eignet. Bei dieser Anordnung sind die Lichtquellen 2 in einem durch
die Grundplatte 1 b und Zwischenschichten 13 begrenzten Raum 14 angeordnet, deren
diffuses Licht durch Ausnehmungen 13 a nach oben auf die dicht neben den Ausnehmungen
13 a in die Zwischenschichten 13 eingelagerten Fotozellen 4 fällt. Die Ausnehmungen
13 a befinden sich jeweils direkt unter den Ausnehmungen 5 in der Deckfläche 1 a
und weisen eine dem Zweck der Tastmulde angepaßte trichterförmige Form auf. Da die
Fotozellen 4 in diesem Fall relativ empfindlich sein müssen, ist zwischen der Deckfläche
1 a und der oberen Zwischenschicht 13 eine wie in F i g. 3 beschriebene
Membrane 8 angeordnet, welche die Fotozelle 4 vor Fremdeinstrahlung und die Lichteintrittsöffnung
vor einer Verschmutzung schützt.
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Im unbetätigten Zustand, in dem die gespannte Membrane 8 nicht beeinflußt
wird, gelangt das von den Lichtquellen 2 herrührende diffuse Licht durch die Ausnehmung
13 a auf die Fotozelle 4 und erregt diese in der beschriebenen Weise. Wird die Membrane
8 durch die Betätigung mittels eines Fingers 7 nach unten gedrückt, so legt sie
sich an die trichterförmige Wandung der Ausnehmung 13 a an und unterbindet für die
Zeit der Tastung die lichtelektrische Beeinflussung der Fotozelle 4.
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F i g. 8 zeigt eine hinsichtlich der Konstruktion der F i g. 7 ähnliche
Ausführung, bei welcher die Lichtquellen 2 ebenfalls in einem freien Raum
14 unterhalb der Zwischenschichten 13 angeordnet sind. Hier werden die Tastmulden
6 durch keilförmig zulaufende Ausnehmungen 13 b in den Zwischenschichten 13 gebildet.
Nach unten gegen den freien Raum 14 sind die Ausnehmungen durch eine Filterscheibe
15 abgeschlossen. Diese Filterscheibe 15 dient dazu, einen bestimmten Spektralbereich
aus der von den Lichtquellen 2 herrührenden Strahlung auszufiltern, z. B. den Infrarotbereich.
Die Fotozellen 4 weisen ebenfalls einen entsprechenden Filtervorsatz 4 b
auf, welche somit weitgehend von Störeinstrahlungen durch das Umgebungslicht geschützt
sind, da lediglich der ausgefilterte Infrarotanteil auf die Fotozelle 4 gelangt,
welcher wesentlich geringer ist als der, den die Lichtquellen 2 liefern, so daß
die Fotozellen 4 nur eine dementsprechende Ansprechempfindlichkeit besitzen. Zum
Erzielen eines besseren Wirkungsgrades ist in die der Fotozelle 4 gegenüberliegende
Wandung der Ausnehmung 13 b ein Spiegel 16 eingelassen, welcher für eine Konzentration
der Lichtstrahlen 2 a auf die Fotozelle 4 sorgt und deren Verlauf dabei so gerichtet
ist, daß der wesentlichste Teil beim Betätigen des Tastschalters durch das Einfügen
eines Fingers 7 in die durch die Ausnehmung 13 b gebildete Tastmulde unterbrochen
wird.