DE4408058A1 - Opto-electronic key=pad for application behind reflecting glass plate - Google Patents

Opto-electronic key=pad for application behind reflecting glass plate

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DE4408058A1
DE4408058A1 DE19944408058 DE4408058A DE4408058A1 DE 4408058 A1 DE4408058 A1 DE 4408058A1 DE 19944408058 DE19944408058 DE 19944408058 DE 4408058 A DE4408058 A DE 4408058A DE 4408058 A1 DE4408058 A1 DE 4408058A1
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DE19944408058
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Ullrich Dr Stetter
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INSTITUT FUER MASCHINEN, ANTRIEBE UND ELEKTRONISCH
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PRO INNOVATIO FORSCHUNGSZENTRU
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/9627—Optical touch switches
    • H03K17/9631—Optical touch switches using a light source as part of the switch

Abstract

The plate (1) extends over the upper extremities of cylindrical bores (2,3) set at an angle of 15 deg. to the vertical in a plane oriented along the platform (6), and contg. light emitting and detecting devices (4,5) respectively. In an orthogonal plane the emission bores (2) are inclined at 20 deg. and the detection bores (3) at 30 deg. to the vertical, with their axes intersecting at a point on the surface of the glass where the operator's finger is placed. Smaller angles of inclination are applicable under plates more than 10 mm thick.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Gebrauch eines optoelektronischen Tasten­ feldes, das vom Bediener durch eine von dem Tastenfeld unabhängige Glasscheibe getrennt ist, wobei zur Vermeidung von Fehlfunktionen durch Reflexionen an den Glas- Luft-Grenzflächen die Näherungssensoren geneigt sind.The invention relates to an arrangement for using an optoelectronic key field by the operator through a glass pane independent of the keypad is separated, whereby to avoid malfunctions due to reflections on the glass Air interfaces the proximity sensors are inclined.

Aus den Schriften DE 28 24 399 A1, DE 31 46 152 A1, DE 36 11 988 C2, DE 39 32 508 A1, DE 40 34 828 C1 und WO 84/03186 sind optoelektronisch betriebene Tastenfelder zur Dateneingabe bekannt, wobei die einzelnen Tasten je eine lichtemittierende und eine lichtdetektierende Vorrichtung enthalten. Die Tastenfunktion kann nach diesen Schriften durch Auflegen des Fingers auf ein mit dem Tastenfeld verbundenes lichtdurchlässiges Medium ausgelöst werden.From the documents DE 28 24 399 A1, DE 31 46 152 A1, DE 36 11 988 C2, DE 39 32 508 A1, DE 40 34 828 C1 and WO 84/03186 are optoelectronically operated keypads for Data input known, the individual keys each a light emitting and one contain light-detecting device. The key function can be according to these fonts by placing your finger on a translucent light connected to the keypad Medium are triggered.

Das lichtdurchlässige Medium ist in DE 31 46 152 A1 nicht flach, sondern speziell ausge­ formt, um die Änderung des Reflexions- und Absorptionsverhaltens an der Oberfläche bei Auflegen des Fingers zu erfassen. In der Schrift DE 28 24 399 A1 sind für jede Taste lichtdurchlässige Körper in Form eines rechteckigen Parallelepipeds vorgesehen, wobei zumindest die lichtempfindliche Vorrichtung an der Fläche des Körpers angebracht ist, die zur Berührungsfläche senkrecht steht. Bei dieser Anordnung wird zur Erkennung der Tastenbedienung ausgenutzt, daß das Licht, das unter flachem Winkel an einer Glas- Luft-Grenzschicht total reflektiert wird, bei Anlegen eines Fingers an diese Grenzschicht teilweise absorbiert wird. Nach dem gleichen Prinzip arbeitet das Verfahren nach WO 84/03186.The translucent medium is not flat in DE 31 46 152 A1, but is specially designed shapes to change the reflection and absorption behavior on the surface when you put your finger on it. In the document DE 28 24 399 A1 are for each key translucent body provided in the form of a rectangular parallelepiped, wherein at least the photosensitive device is attached to the surface of the body, that is perpendicular to the contact surface. With this arrangement, the Button operation takes advantage of the fact that the light that is at a flat angle on a glass Air boundary layer is totally reflected when a finger is placed on this boundary layer is partially absorbed. The method according to WO works on the same principle 84/03186.

Aus den Schriften DE 36 11 988 C2 und DE 39 32 508 A1 ist eine optoelektronische Tastatur bekannt, deren Frontplatte aus Glas besteht. Die Frontplatte ist fester Bestand­ teil der Tastatur.From the documents DE 36 11 988 C2 and DE 39 32 508 A1 is an optoelectronic Keyboard known, the front panel is made of glass. The front panel is permanent part of the keyboard.

Die lichtemittierende und die lichtdetektierende Vorrichtung sind in der Anordnung nach DE 26 11 988 C2 parallel ausgerichtet. In dieser Schrift wird der Nachteil beschrieben, daß ein Teil des Lichtes von der lichtemittierenden Vorrichtung an der Glasoberfläche re­ flektiert wird und die lichtdetektierende Vorrichtung erreicht, wo es einen Teil des uner­ wünschten Untergrundsignals bildet, das softwaremäßig relativ aufwendig erfaßt und in einer Kalibriertabelle gespeichert werden muß. Diese Tabelle ist nicht universell, sondern muß für jede Anwendung neu erstellt werden.The light emitting and light detecting devices are in the arrangement according to DE 26 11 988 C2 aligned in parallel. This document describes the disadvantage that part of the light from the light emitting device re on the glass surface is inflected and reaches the light detecting device where there is part of the un Desired underground signal forms, which is relatively expensive to detect in software and in a calibration table must be saved. This table is not universal, but must be created again for each application.

In der Schrift 40 34 828 C1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, das den Einfluß des von außen eintreffenden Streulichts auf die Näherungssensoren auf elektronischem Wege reduziert. Dieses Verfahren kann jedoch prinzipiell nicht den von den lichtemittierenden Vorrichtungen verursachten Anteil am Streulicht eliminieren. In the document 40 34 828 C1, a method is proposed which influences the influence of Scattered light arriving from outside on the proximity sensors electronically reduced. In principle, however, this method cannot do that of the light-emitting ones Eliminate the amount of stray light caused by devices.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Tastenfeld zu schaffen, dessen Tastenfunktion durch Annäherung mit dem Finger ausgelöst werden kann, wobei das Tastenfeld vom Bediener durch eine in der Fläche beliebig ausgedehnte Glasscheibe separiert werden kann, die nicht Bestandteil der Tastatur ist. Die einzelnen Tasten des Tastenfeldes sind als Näherungssensoren realisiert, bestehend aus jeweils einer lichtemittierenden Vorrichtung und einer lichtdetektierenden Vorrichtung, die in zueinander geneigten Bohrungen in einer Plattform eingebracht sind. Die Schaltfunktion wird bei diffuser Reflexion des emittierten Lichts am Finger in die lichtdetektierende Vorrichtung ausgelöst. Der Schaltpunkt auf der vom Tastenfeld abgewandten Oberfläche der Glasscheibe wird bestimmt durch die Kreuzung des von den Bohrungen freigege­ benen Strahlengangs.The invention has for its object to an optoelectronic keypad create, the button function are triggered by approaching with the finger can, the keypad by the operator by an arbitrarily extended in the area Glass pane can be separated, which is not part of the keyboard. The single ones Keys of the keypad are implemented as proximity sensors, each consisting of a light emitting device and a light detecting device which in bores inclined to one another are made in a platform. The switching function with diffuse reflection of the emitted light on the finger into the light-detecting Device triggered. The switching point on the surface facing away from the keypad the glass pane is determined by the intersection of the exposed from the holes beam path.

Das zu lösende Problem besteht in den Reflexionen des Lichtes der emittierenden Vor­ richtung an den Glas-Luft-Grenzflächen, insbesondere derjenigen auf der vom Tastenfeld abgewandten Oberfläche der Glasscheibe.The problem to be solved is the reflections of the light from the emitting front Direction at the glass-air interfaces, especially those on the keyboard facing surface of the glass sheet.

Bei der üblichen symmetrischen Anordnung des Näherungssensors oder wie die in DE 36 11 988 C2 beschriebene parallele Ausrichtung der lichtdetektierenden oder der lichtemittierenden Vorrichtung senkrecht zur Glasoberfläche fällt das reflektierte Licht zum erheblichen Teil in die lichtdetektierende Vorrichtung und löst bei einem empfind­ lichen Sensor die Schaltfunktion unabhängig von der Annäherung des Fingers aus. Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß die Neigungswinkel der Boh­ rungen für die lichtemittierende und die lichtdetektierende Vorrichtung in der Ebene, die die Bohrungen aufspannen, bezüglich der Glasoberfläche verschieden sind und zusätzlich die besagte Ebene zur Oberfläche geneigt ist, d. h. auf ihr nicht senkrecht steht. Dadurch ist gewährleistet, daß der Lichtstrahl aus der emittierenden Vorrichtung, der teilweise an der Glas-Luft-Grenzfläche mit gleichem Ein- und Ausfallwinkel reflektiert wird, nicht in die Bohrungen zur lichtdetektierenden Vorrichtung einfallt, sondern daneben auftritt und dort absorbiert wird oder in nicht störender Weise gestreut wird. Wegen der damit bewirkten Ausblendung des von der lichtemittierenden Vorrichtung verursachten Licht­ untergrundsignals kann die Empfindlichkeit des Näherungssensors derart erhöht werden, daß sich die Bewertung des detektierten Signals gegenüber dem Vorgehen in DE 40 34 828 C1 insofern vereinfacht, als keine Mehrfacherfassung des Signalsprungs an der lichtdetektierenden Vorrichtung und eine Mittelwertbildung zu erfolgen braucht oder kein Vergleich des Signals mit einer extra angelegten Kalibriertabelle wie in DE 36 11 988 C2 stattfinden muß, um die Tastenbedienung zuverlässig zu erfassen. Durch das durch die Anordnung gelöste Problem des von der lichtemittierenden Vorrich­ tung verursachten Störsignals kann die softwaremäßige Auswertung des Signals der lichtdetektierenden Vorrichtung bei ein- und ausgeschalteter lichtemittierender Vorrich­ tung auf einen einzigen Schaltvorgang reduziert werden und somit die Bewertungszeit gegenüber DE 40 34 828 C1 zumindest halbiert werden.With the usual symmetrical arrangement of the proximity sensor or as in DE 36 11 988 C2 described parallel alignment of the light-detecting or light-emitting device perpendicular to the glass surface, the reflected light falls for the most part in the light-detecting device and triggers a sens sensor switch function regardless of the proximity of the finger. According to the invention the problem is solved in that the inclination angle of the Boh for the light emitting and light detecting device in the plane, the clamp the holes, differ with regard to the glass surface and additionally said plane is inclined to the surface, d. H. is not perpendicular to it. Thereby ensures that the light beam from the emitting device is partially on the glass-air interface is reflected with the same angle of incidence and angle of incidence, not in the holes to the light-detecting device is incident, but occurs next to it and is absorbed there or scattered in a non-disturbing manner. Because of that caused blanking of the light caused by the light emitting device background signal, the sensitivity of the proximity sensor can be increased in such a way that the evaluation of the detected signal compared to the procedure in DE 40 34 828 C1 simplified in that no multiple detection of the signal jump at the light-detecting device and averaging needs to be done or no comparison of the signal with a specially created calibration table as in DE 36 11 988 C2 must take place in order to reliably detect the key operation. By the problem solved by the arrangement of the light-emitting device device can cause the software evaluation of the signal of the light-detecting device with the light-emitting device switched on and off  tion can be reduced to a single switching operation and thus the evaluation time compared to DE 40 34 828 C1 at least halved.

Bin weiterer Vorteil der Anordnung ist, daß die Bewertung der Tastenbedienung nach einem fest eingestellten universellen Schwellwert erfolgen kann, in weiten Grenzen unab­ hängig von der Dicke der Glasscheibe.Another advantage of the arrangement is that the evaluation of the key operation after a fixed universal threshold value can take place, within wide limits depending on the thickness of the glass sheet.

Als ein Ausführungsbeispiel nach den Schnittdarstellungen in Fig. 1 und Fig. 2 für ein Tastenfeld, das durch eine Glasscheibe (1) bedient werden kann, sind die Neigungswinkel der Bohrungen (2) und (3) für die lichtemittierende (4) und die lichtdetektierende (5) Vorrichtung gegen die Achse senkrecht zur Oberfläche der Tastaturplattform (6) geneigt, und zwar in der Ebene, die die Bohrungen aufspannen, die Bohrung (2) um 20°, die Bohrung (3) um 30° und die Neigung der erwähnten Ebene zur Oberflächennormale 15°. So gelangt nur das Licht der emittierenden Vorrichtung (4), das an einem Finger, der sich im Schaltpunkt befindet, diffus gestreut wird, in die Bohrung (2), nicht dagegen das nach dem Reflexionsgesetz an den Glas-Luft-Grenzflächen reflektierte Licht. Diese spezielle Anordnung der Bohrungen funktioniert bei Glasstärken von 0 bis 10 mm. Das Prinzip ist übertragbar auf dickere Glaskonstruktionen bei geringerer Neigung der Bohrungen zueinander.As an embodiment according to the sectional views in Fig. 1 and Fig. 2 for a keypad, which can be operated by a glass pane (1), the inclination angle of the holes (2) and (3) for the light emitting (4) and said light detecting ( 5 ) device inclined against the axis perpendicular to the surface of the keyboard platform ( 6 ), in the plane spanning the bores, the bore ( 2 ) by 20 °, the bore ( 3 ) by 30 ° and the inclination of the mentioned Plane to the surface normal 15 °. Thus, only the light of the emitting device ( 4 ), which is diffusely scattered on a finger that is in the switching point, reaches the bore ( 2 ), but not the light reflected according to the law of reflection at the glass-air interfaces. This special arrangement of the holes works with glass thicknesses from 0 to 10 mm. The principle can be applied to thicker glass constructions with less inclination of the bores to one another.

Das beschriebene optoelektronische Tastenfeld ist erfindungsgemäß für den optionalen Einsatz hinter einer Glasscheibe bestimmt, um den Bediener räumlich von dem Eingabe­ gerät zu trennen. Diese Trennung ist beispielhaft in folgenden Fällen notwendig oder wünschenswert:The optoelectronic keypad described is according to the invention for the optional Use behind a sheet of glass designed to space the operator from typing disconnect device. This separation is necessary in the following cases, for example desirable:

Ein Kunde bedient vor einer Schaufensterscheibe einen menügeführten Informationscom­ puter, der einschließlich der Tastatur vandalismussicher hinter der Scheibe aufgebaut ist. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Bedienung der Tastatur aus hermetisch abgeriegelten Räumen, etwa Reinsträumen kontaminationsgefährdeten Räumen oder Operationssälen heraus, wobei die Tastatur und die damit verbundenen Geräte in einem durch eine Glas­ scheibe getrennten Raum untergebracht sind. A customer operates a menu-driven information com in front of a shop window computer, which, including the keyboard, is vandal-proof behind the window. Another application is the operation of the keyboard from hermetically sealed Rooms, such as clean rooms, rooms at risk of contamination or operating theaters out, with the keyboard and related devices in one through a glass disc separate room are housed.  

LegendeLegend

  • 1. Glasscheibe 1st Glass pane
  • 2. Bohrung für lichtemittierende Vorrichtung 2nd Hole for light emitting device
  • 3. Bohrung für lichtdetektierende Vorrichtung 3rd Hole for light-detecting device
  • 4. lichtemittierende Vorrichtung 4th light emitting device
  • 5. lichtdetektierende Vorrichtung 5 . light detecting device
  • 6. Tastaturplattform 6 . Keyboard platform

Claims (2)

1. Anordnung eines optoelektronischen Tastenfeldes aus einer oder mehreren Tasten, die als Näherungssensoren mit jeweils einer lichtemittierenden und einer lichtdetektierenden Vorrichtung ausgebildet sind, die mit einer elektronischen Steuerung derart verbunden sind, daß die lichtemittierende Vorrichtung einer sequenziell ausgewählten Taste dann betrieben wird, wenn das Signal der zugehörigen lichtdetektierenden Vorrichtung bewertet und nachfolgend ein der Taste entsprechender Code erzeugt wird, der zu einem zu steuernden Gerät übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in dem Tastenfeld, die den Strahlengang der darin eingebrachten jeweiligen lichtemittierenden und lichtdetektierenden Vorrichtung vorgeben, gegen die Senkrechte auf die Tastenfeldfläche mit unterschiedlichen Winkeln zueinander geneigt sind, und daß die Ebene, die von den Bohrungen aufgespannt wird, gegen die Senkrechte auf die Tastenfeldfläche mit einem Winkel geneigt ist, derart, daß das Licht der jewei­ ligen emittierenden Vorrichtung, das an einer zum Tastenfeld parallel angeordneten Glas­ scheibe teilweise nach dem Reflexionsgesetz reflektiert wird, nicht in die jeweilige Bohrung für die lichtdetektierende Vorrichtung trifft, sondern mit dem vollen Strahlquer­ schnitt neben die Bohrung zielt, wo das Licht im wesentlichen absorbiert wird.1. Arrangement of an optoelectronic keypad from one or more keys, which are designed as proximity sensors, each with a light-emitting and a light-detecting device, which are connected to an electronic control such that the light-emitting device of a sequentially selected key is operated when the signal of the associated light-detecting device and subsequently a code corresponding to the key is generated, which is transmitted to a device to be controlled, characterized in that the holes in the keypad, which specify the beam path of the respective light-emitting and light-detecting device incorporated therein, against the vertical are inclined at different angles to one another on the keypad surface, and in that the plane spanned by the bores is inclined at an angle to the perpendicular to the keypad surface, such that the light t of the respective emitting device, which is partly reflected on a glass pane arranged parallel to the keypad according to the law of reflection, does not hit the respective hole for the light-detecting device, but aims with the full beam cross-section next to the hole where the light essentially is absorbed. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastenfeld mittels Klebung oder eine andere mechanische Befestigung an eine in der Fläche beliebig ausgedehnte Glasscheibe angebracht werden kann, durch die hindurch das Tastenfeld zu bedienen ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the keypad by gluing or another mechanical attachment to one in the Surface of any length of glass can be attached through which the keypad is to be operated.
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