Оптична клавіатура

Винахід відноситься до обчислювальної техніки і призначений для вводу даних у системи обробки інформації, наприклад, в електронні обчислювальні машини, а також може бути використаний в експериментальній фізиці, лазерній техніці, медицині, засобах автоматизації технологічних процесів і в навігаційних пристроях. Відома фотоелектрична клавіатура для вводу інформації [Патент США №3750150, МКИ - G06F3/02, НКИ 340/365 Р, 178/17 D, 197/98, опубл. 31.07.1973г.], що формує електричний код символу шляхом затемнення групи освітлених фотодіодів напівпрозорими заслінками, механічно зв'язаними з відповідними клавішними голівками фотоелектричної клавіатури, що містить джерело світла, наскрізний оптичний канал, ряд клавішних голівок, механічно зв'язаних із напівпрозорими заслінками, що уявляють собою маску-формувач оптичного двійкового коду, блок фотоприймачів, перші і другі граничні схеми, блок диференціаторів, блок ліній затримки, блок тригерів, блок схем збіжності, вихідний регістр, що є виходом пристрою. Хибою такого пристрою є наявність складного електронного блока, що запобігає вихід помилкового коду при одночасному натисканні двох клавішних голівок шляхом оцінки рівня сигналу з фотодіода і визначення ступеня затемнення фотодіода однією або декількома напівпрозорими заслінками-переривниками потоку випромінювання в наскрізному керуючому інформаційному оптичному каналі. Найбільше близькою по технічній сутності є "Оптична клавіатура" [А. с. СССР №1515156, МКИ-4 - G06F3/023, опубл. 15.10.1989г., Бюл. №38.], що містить основні джерела випромінювання, приймачі випромінювання першої групи, клавішні голівки з пружинами повертання, розташовані в отворах основи корпусу, оптичні комутатори, розташовані у верхній частині клавішних голівок, інформаційні світловоди, приймачі випромінювання другої групи, кодову решітку, розташовану між інформаційними світловодами і клавішними голівками, оптичний комутатор містить розгалужувач у вигляді V-образного світловода і світловід, джерела випромінювання через основні плечі V-образних світловодів оптично зв'язані з відповідними приймачами випромінювання першої групи, світловоди кожної клавішної голівки розташовані з можливістю утворення оптичного зв'язку джерела випромінювання через додаткове плече V-образного світловода попередньої клавішної голівки і відповідних інформаційних світловодів із приймачами випромінювання другої групи, отвори кодової решітки розташовані під відповідними інформаційними світловодами. Хибою даного пристрою є низька ефективність оптичного зв'язку між оптичними комутаторами клавішних голівок за рахунок втрати випромінювання між ними і відсутності захисту від улучення сторонніх предметів і часток, а також технологічна складність у виготовленні функціональних компонентів. Задачею винаходу є одержати технологічну у виготовленні оптичну клавіатуру з низькими втратами випромінювання між функціональними компонентами. Поставлена задача досягається тим, що, оптична клавіатура містить основні джерела випромінювання, приймачі випромінювання першої групи, клавішні голівки з механізмом повертання, розташовані в отворах основи корпусу, оптичні комутатори, інформаційні світловоди, приймачі випромінювання другої групи, кодову решітку, розташовану між інформаційними світловодами і клавішними голівками, джерела випромінювання через оптичний комутатор оптично зв'язані з відповідними приймачами випромінювання першої групи з можливістю утворення оптичного зв'язку джерела випромінювання через інформаційні світловоди з приймачами випромінювання другої групи, отвори кодової решітки розташовані з можливістю утворення оптичного зв'язку з відповідними інформаційними світловодами, оптичні комутатори й інформаційні світловоди розміщені в герметичному каналі, що проходить під клавішними голівками, клавішні голівки містять магніти, оптичний комутатор виконаний у вигляді гнучких хвилеводів із можливістю утворення оптичного зв'язку через кодову решітку із зазначеними інформаційними світловодами, причому, один кінець хвилеводу жорстко закріплений і обладнаний дифракційною решіткою із можливістю утворення оптичного зв'язку з іншим кінцем наступного хвилеводу, що має косий зріз під кутом, що забезпечує при утворенні оптичного зв'язку з інформаційними світловодами високу ефективність вводу випромінювання, а площина його поверхні, вільна від зрізу, містить покриття з магнітоактивної речовини з можливістю утворення магнітної взаємодії з зазначеними магнітами клавішних голівок, джерело випромінювання оптично зв'язане через хвилеводи з приймачами випромінювання першої групи, а друга група приймачів випромінювання - із виходом інформаційних світловодів, механізм повертання виконаний у вигляді тросика, наприклад, із полімеру, обидва кінці якого через пружини розтягу зв'язані з корпусом, тросик розташований на опорах під клавішними голівками з можливістю забезпечення їхнього зворотно-поступального переміщення, кодова решітка виконана на оболонці інформаційних світловодів, виходом пристрою є приймачі випромінювання першої і другої груп. Магнітоактивна речовина виконана у вигляді, наприклад, залізонікелевого покриття. Джерело випромінювання і приймачі випромінювання розміщені в герметичному каналі. Приймачі випромінювання виконані у вигляді, наприклад, вхідних компонентів оптичного кабелю. Приймачі випромінювання виконані у вигляді, наприклад, фотоприймачів. Між кодовою решіткою і інформаційними світловодами містить другу дифракційну решітку. Така конструкція забезпечить високу ефективність оптичного зв'язку і технологічність виготовлення за рахунок конструктивного виконання функціональних компонентів. Оскільки зазначені відмітні ознаки відсутні в прототипу, - запропоноване технічне рішення відповідає критерію "новизна". Ознаки виконання оптичного комутатора і механізму повертання не виявлені у відкритій публікації науковотехнічної і патентної інформації. Таким чином, у запропонованого пристрою з'являється властивість, що не збігається з властивостями, що виявляються відмітними ознаками у відомих рішеннях і котре не дорівнює сумі цих властивостей, що дозволяє зробити висновок: запропоноване технічне рішення відповідає критерію "істотні відмінності". Запропонований пристрій поданий на фіг.1-4. Оптична клавіатура містить джерело випромінювання 1, оптично зв'язане через оптичні комутатори 2 із приймачами випромінювання першої групи 3. Оптичні комутатори 2 виконані з можливістю утворення оптичного зв'язку джерела випромінювання 1 через інформаційні світловоди 4 із приймачами випромінювання другої групи 5 через отвори кодової решітки 6. Оптичні комутатори 2 і інформаційні світловоди 4 із кодовою решіткою 6 розміщені в герметичному каналі 7, що проходить під клавішними голівками 8. Клавішні голівки 8 містять магніти 9. Оптичний комутатор 2 виконаний у вигляді гнучких хвилеводів 10, причому, один кінець хвилеводу 10 жорстко закріплений і обладнаний дифракційною решіткою 11 із можливістю утворення оптичного зв'язку з іншим кінцем наступного хвилеводу 10, що має косий зріз 12 під кутом a , що забезпечує при утворенні оптичного зв'язку з інформаційними світловодами 4 високу ефективність вводу випромінювання, а площина його поверхні, вільна від зрізу 12, містить покриття з магнітоактивної речовини 13 із можливістю утворення магнітної взаємодії з зазначеними магнітами 9 клавішних голівок 8. Джерело випромінювання 1 через дифракційну решітку 11 оптично пов'язане через хвилеводи 10 із приймачами випромінювання першої групи 3, а друга група приймачів випромінювання 5 - із виходом 14 інформаційних світловодів 4. Механізм повертання виконаний у вигляді тросика 15, наприклад, із полімеру, обидва кінці якого через пружини розтягу 16 зв'язані з корпусом 17. Тросик 15 розташований на опорах 18 під клавішними голівками 8 із можливістю забезпечення їхнього зворотнопоступального переміщення. Кодова решітка 6 виконана на оболонці інформаційних світловодів 4. Виходом пристрою є приймачі випромінювання першої 3 і другої груп 5. Магнітоактивна речовина 13 виконана у вигляді, наприклад, залізонікелевого покриття. Джерело випромінювання 1 і приймачі випромінювання 3 і 5 розміщені в герметичному каналі 7. Приймачі випромінювання 3 і 5 виконані у вигляді, наприклад, вхідних компонентів оптичного кабелю (у графічних матеріалах не подані). Приймачі випромінювання 3 і 5 виконані у вигляді, наприклад, фотоприймачів. Між кодовою решіткою 6 і інформаційними світловодами 4 міститься друга дифракційна решітка (у графічних матеріалах не подана). Джерело випромінювання 1 призначене для генерації потоку випромінювання. Оптичні комутатори 2 служать для комутації каналювання оптичного випромінювання. Приймачі випромінювання першої групи 3 перетворюють оптичний сигнал і синхронізують роботу оптичної клавіатури. Інформаційні світловоди 4 передають оптичний двійковий код. Приймачі випромінювання другої групи 5 перетворюють оптичний двійковий код для використання в пристрої, підключеному до оптичної клавіатури. Кодова решітка 6 служить для кодування падаючого потоку випромінювання в оптичний двійковий код. Герметичний канал 7 призначений для запобігання дестабілізуючих чинників зовнішнього запиленого середовища при каналюванні оптичного випромінювання. Клавішні голівки 8 служать для керування каналюванням потоку випромінювання. Магніти 9, забезпечуючи магнітну взаємодію з активними елементами оптичної клавіатури, управляють каналюванням оптичного потоку. Гнучкі хвилеводи 10 служать для каналювання потоку випромінювання. Дифракційна решітка 11 гнучких хвилеводів 10 служить для ефективності оптичного зв'язку між гнучкими хвилеводами 10 і ефективності вводу випромінювання від джерела випромінювання 1. Косий зріз 12 під кутом a гнучких хвилеводів 10 забезпечує максимальну ефективність оптичного зв'язку з інформаційними світловодами 4 при повному внутрішньому відбитку в їхній серцевині. Покриття з магнітоактивної речовини 13 на гнучких хвилеводах 10 забезпечує магнітну взаємодію з зазначеними магнітами 9 клавішних голівок 8. Виходи 14 інформаційних світловодів 4 є сполучною ланкою з приймачами випромінювання другої групи 5. Механізм повертання клавішних голівок 8, виконаний у вигляді тросика 15 із пружинами розтягу 16, що зв'язані з корпусом 17, - забезпечує їхнє зворотно-поступальне переміщення. Тросик 15, розташований на опорах 18 утримує клавішні голівки 8 у початковому положенні, і, після натискання повертає їх у вихідний стан за допомогою пружин розтягу 16. На фіг.1 подана конструкція оптичної клавіатури в поздовжньому перетині. На фіг.2 поданий поперечний перетин клавішної голівки. Фіг.3 ілюструє роботу оптичної клавіатури в динаміці. На фіг.4 зображена умовна спрощена схема конструкції для пояснення принципу роботи пристрою оптичної клавіатури. Оптична клавіатура працює таким чином. У вихідному стані (фіг.1) потік випромінювання від джерела випромінювання 1 падає на дифракційну решітку 11 гнучкого хвилеводу 10, інший кінець якого оптично зв'язаний із дифракційною решіткою 11 наступного гнучкого хвилеводу 10. Таким чином, потік випромінювання проходить через усі оптично зв'язані гнучкі хвилеводи 10 і надходить на приймач випромінювання першої групи 3. Освітлена приймальна площадка приймача випромінювання першої групи 3 характеризує відсутність натискання клавішних голівок 8. При цьому на приймальній площадці приймачів випромінювання другої групи 5 відсутнє оптичне випромінювання. У момент натискання клавішної голівки 8-б (фіг.3), магніт 9, впливаючи на магнітоактивний прошарок 13, вигинає гнучкий хвилевід 10, розриває оптичний зв'язок із наступним хвилеводом 10, і, переміщує косий зріз 12 у напрямку інформаційних світловодів 4. Відбулося каналювання потоку випромінювання з кінця косого зрізу 12 гнучкого хвилеводу 10 через кодову решітку 6 в інформаційні світловоди 4. Кодова решітка 6 із прозорими і непрозорими ділянками здійснює оптичне каналювання потоку випромінювання в інформаційні світловоди 4 у вигляді двійкового оптичного коду. З виходу 14 інформаційних світловодів 4 оптичний двійковий код надходить на приймачі випромінювання другої групи 5. У момент натискання клавішної голівки 8-б, нижня її частина впливає на тросик 15, примушуючи розтягуватися пружину 16. При цьому виключається можливість натискання ще якоїсь клавішної голівки 8, тому що необхідне велике зусилля. Якщо ж це усе-таки відбудеться, то вихід помилкового коду виключений за рахунок того, що наскрізний оптичний канал, що складається з гнучких хвилеводів 10 уже розірваний. При одночасному натисканні двох або більше клавішних голівок 8 на виході інформаційних світловодів 4 буде присутній код клавішної голівки, розташованої ближче до джерела випромінювання 1 (позиція 8-а). У момент відпускання клавішної голівки 8-б пружини 16 натягають тросик 15 і повертають клавішну голівку 8б (фіг.3) у вихідний стан. Магнітна взаємодія між магнітом 9 і магнітоактивним прошарком 13 припиняється (за рахунок збільшення відстані між ними), і, розриваючи оптичний зв'язок з інформаційними світловодами 4, відновлює каналювання оптичного випромінювання по оптично зв'язаних гнучких хвилеводах 10. Приймач випромінювання першої групи 3 знову виявиться освітленим. Магнітоактивна речовина 13 виконана у вигляді, наприклад, залізонікелевого покриття. При цьому нікелеве покриття служить, як для запобігання залишкової намагніченості активного прошарку, так і його антикорозійним захистом. Джерело випромінювання 1 і приймачі випромінювання 3 і 5 розміщені в герметичному каналі 7. Приймачі випромінювання 3 і 5 виконані у вигляді, наприклад, вхідних компонентів оптичного кабелю (у графічних матеріалах не подані). Приймачі випромінювання 3 і 5 виконані у вигляді, наприклад, фотоприймачів. Між кодовою решіткою 6 і інформаційними світловодами 4 розміщено другу дифракційну решітку (у графічних матеріалах не подана) для ефективності оптичного зв'язку. Запропонована оптична клавіатура не містить електронних компонентів (як очевидно з винятково оптичної схеми) і спроможна працювати як з оптичними обчислювальними системами, так і з електронними. Для останніх призначені приймачі випромінювання 3 і 5. Така конструкція, у порівнянні з прототипом, дозволяє підвищити ефективність оптичного зв'язку між оптичними елементами і знизити втрати випромінювання за рахунок конструктивного їх виконання. Застосування винаходу дозволить підвищити ефективність обчислювальних засобів, їх надійність, а також знизить енерговитрати всієї обчислювальної системи в цілому. Поява такого роду пристроїв дозволить інформаційним технологіям вийти на винятково оптичний шлях.