КЛАВИАТУРА С ДВУХРЕЖИМНОЙ ПОДСВЕТКОЙ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к коммутационной технике, и может быть использована в качестве контактных устройств клавиатур для бортовых индикаторных устройств летательных аппаратов (ЛА), с возможностью двухрежимной подсветки клавиатуры: при использовании экипажем приборов ночного видения (ПНВ) и без использования ПНВ.
При пилотировании ЛА с использованием ПНВ пилот осматривает закабинную обстановку через ПНВ, а за кнопками клавиатуры, размещенной на приборной доске, наблюдает не вооруженным глазом. Оптическое излучение клавиатуры, не сопряженной по спектральным характеристикам с ПНВ, создает засветку ПНВ. Это приводит к нарушению работы ПНВ, уменьшает контраст при обзоре закабинной обстановки и снижает дальность обнаружения закабинных объектов, и, в частности, может привести к выводу из строя ПНВ.
Известен кнопочный формирователь управляющего сигнала в электронных авиационных приборах с жидкокристаллическими дисплеями (по патенту на полезную модель RU 36565 U1, МПК Н01Н 13/02, опуб. 10.03.2004), содержащий кнопку со штоком, установленную в направляющей втулке, связанный со штоком ферромагнитный якорь, магнитную систему, взаимодействующую с якорем, и бесконтактный формирователь электрического импульса, при этом, кнопка расположена на лицевой кромке прибора, охватывающей жидкокристаллический дисплей, в продолговатом гнезде, отделенном от внутренней полости прибора герметичной перегородкой, на которой закреплена направляющая втулка и магнитная система из двух магнитов, расположенных симметрично относительно оси втулки в продольном направлении гнезда, а на свободном конце штока имеется светонепроницаемая шторка, взаимодействующая с бесконтактным формирователем электрического импульса, выполненным в виде оптоэлектронной пары, которая установлена на плате, прикрепленной изнутри к корпусу прибора с зазором относительно герметичной перегородки.
Недостатком известного решения является отсутствие подсветки кнопок.
Известен брызгозащищенный кнопочный переключатель со встроенным освещением (по патенту на изобретение RU 2383958 С2, МПК Н01Н 9/04, опуб. 10.03.2010), содержащий корпус, монтажную плату, имеющую проводящие дорожки, кнопку, выполненную из светопропускающего материала, с внешней стороны которой выполнен пространственный модулятор света, а с внутренней стороны - толкатель, мембрану из эластичного материала, возвратную пружину, контактное устройство, при этом, корпус электрически изолирован от монтажной платы, кнопки установлены в мембрану из эластичного материала таким образом, что мембрана, обеспечивая соединение с натягом, погружена внутрь паза, выполненного по периметру кнопки, при этом размеры кнопки над мембраной соответствуют размерам окна в корпусе переключателя, а размеры кнопки ниже мембраны выполнены больше размеров окна в корпусе, при этом возвратная пружина одной стороной установлена непосредственно на корпусе контактного устройства, а другой стороной зафиксирована толкателем кнопки.
Брызгозащищенный кнопочный переключатель со встроенным освещением не обеспечивает двухрежимную подсветку кнопок.
Известна клавиатура с подсветкой (по патенту на изобретение US 4449024, МПК Н01Н 13/702; Н01Н 9/18, опуб. 15.05.1984), выбранная в качестве прототипа, включающая печатную плату, на которой в центре установлена лампа, расположенная в отверстии. Световой поток рассеивается через световодную пластину, которая обеспечивает боковое рассеивание энергии от лампы и освещает графическую накладку. Печатная плата имеет белое светорассеивающее покрытие, которое улучшает дисперсию световой энергии по всей площади световодной пластины. Толкатель имеет основную часть с выступом и кольцевой фланец. В местах расположения контактов в нижней грани световодной пластины выполнены надсечки, обеспечивающие подсветку графических накладок.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности двухрежимной подсветки кнопок клавиатуры. Кроме того, размещение лампы в отверстиях печатной платы создает условия для появления радиопомех и снижает устойчивость при работе изделия в условиях работы в электромагнитных полях высокой интенсивности, а также не гарантируется уверенный тактильный эффект при нажатии на обозначенное подсветкой место кнопки.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в обеспечении подсветки кнопок клавиатуры в двух режимах: при использовании экипажем ПНВ и без использования ПНВ, а также в повышении уверенности оператора в срабатывании кнопки при уменьшении геометрических размеров клавиатуры.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении равномерности подсветки кнопок клавиатуры в двух режимах, в уменьшении засветки ПНВ подсветкой кнопок в режиме при использовании экипажем ПНВ, а также в обеспечении устойчивого тактильного эффекта.
Технический результат достигается тем, что в клавиатуре с двухрежимной подсветкой, содержащей заключенные в рамку из светонепроницаемого материала печатную плату с оптическим излучателем, тактильные элементы, держатель тактильных элементов с нижним клеевым слоем, экранирующий слой, толкатели, установленные в отверстиях световодной пластины из светопропускающего материала, причем поверхность печатной платы имеет рассеивающее покрытие белого цвета, согласно полезной модели, в качестве оптического излучателя используют установленные на печатной плате светодиоды белого цвета и зеленого цвета, снабженные оптическими фильтрами, обеспечивающими совместимость подсветки с ПНВ, при этом применяют светодиоды белого и зеленого цветов с направленным излучением вбок, которые установлены в углублениях световодной пластины, светодиоды белого цвета установлены на двух противоположных гранях световодной пластины, а светодиоды зеленого цвета установлены на двух других противоположных гранях световодной пластины так, чтобы их оптические оси не совпадали внутри световодной пластины, грани световодной пластины закруглены и покрыты пленкой диффузного отражения за исключением углублений, над толкателями установлены кнопки из светопропускающего материала со светонепроницаемым покрытием сверху и по бокам и сквозной гравировкой светонепроницаемого покрытия сверху кнопок. При этом, держатель тактильных элементов содержит последовательно расположенные клеевую пленку с двусторонним клеевым слоем, нижний слой которой является нижним слоем держателя, пленку для позиционирования тактильных элементов, тактильные элементы, пленку для фиксации тактильных элементов с нижним клеевым слоем, а верхняя и тыльная части оптических фильтров закрыты светонепроницаемыми экранами. Кроме того, тактильные элементы выполнены в виде сборки из наложенных друг на друга двух аналогичных мембран, рамка выполнена из электропроводящего материала, а экранирующий слой размещен на поверхности печатной платы и электрически соединен с рамкой.
Двухрежимность подсветки обеспечивается применением светодиодов белого цвета и зеленого цвета, снабженных оптическими фильтрами, обеспечивающих совместимость подсветки с ПНВ.
Повышение равномерности подсветки кнопок клавиатуры обеспечивается формой световодной пластины, размещением светодиодов так, чтобы их оптические оси не совпадали внутри световодной пластины, удержанием светового потока в световодной пластине.
Высокая уверенность оператора в срабатывании кнопки, при уменьшении ее геометрических размеров как элемента коммутации, обеспечивается применением сборки из наложенных друг на друга двух аналогичных мембран.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - общий вид фрагмента клавиатуры из трех кнопок;
фиг.2 - клавиатура в разрезе;
фиг.3 - сборка клавиатуры;
фиг.4 - световодная пластина;
фиг.5 - печатная плата, вид сверху.
Клавиатура с двухрежимной подсветкой (см. фиг.1 - фиг.5) содержит: рамку 1, кнопки 2, печатную плату 3, тактильные элементы 4, держатель 5 тактильных элементов 4, нижний клеевой слой 6 держателя 5 тактильных элементов 4, толкатели 7, световодную пластину 8, нижний клеевой слой 9 световодной пластины 8, светодиоды 10 белого цвета, светодиоды 11 зеленого цвета, оптические фильтры 12, полоса пропускания которых лежит в зоне нечувствительности ПНВ, светонепроницаемые экраны 13. Держатель 5 тактильных элементов 4 содержит пленку 14 с двусторонним клеевым слоем, нижний слой которой является нижним клеевым слоем 6 держателя 5 тактильных элементов 4, пленку 15 для позиционирования тактильных элементов 4, пленку 16 для фиксации тактильных элементов 4 с нижним клеевым слоем. Нижний клеевой слой 9 световодной пластины 8 является нижним слоем двусторонней клееевой пленки 17.
В примере реализации клавиатуры из трех кнопок, световодная пластина 8 имеет по одному углублению 18 на узких противоположных гранях, в которых размещены светодиоды 10 белого цвета и по одному углублению 19 на широких противоположных гранях, в которых размещены светодиоды 11 зеленого цвета. Для эффективного ввода светового потока в световодную пластину 8 в качестве светодиодов применяют светодиоды в корпусах с направленным излучением вбок.
При увеличении количества кнопок 2 клавиатуры увеличиваются размеры световодной пластины 8, что может привести к увеличению количества светодиодов, устанавливаемых на гранях световодной пластины 8.
Светодиоды на противоположных гранях световодной пластины 8 устанавливают так, чтобы их оптические оси не совпадали внутри световодной пластины 8, что способствует обеспечению равномерной засветки световодной пластины 8. Боковые грани световодной пластины 8, за исключением мест ввода светового потока, покрыты пленкой 20 диффузного отражения. Световодная пластина 8 имеет надсечки 21 в местах расположения кнопок 2.
Поверхность печатной платы 3 в местах, свободных от контактов 22, металлизирована и является экранирующим слоем 23, который электрически соединен с рамкой 1, выполненной из электропроводящего материала, что обеспечивает экранировку элементов, расположенных под клавиатурой, и тем самым повышает помехозащищенность работы клавиатуры в условиях воздействия электромагнитных полей высокой интенсивности. На поверхность экранирующего слоя 23, в промежутках между контактами 22 нанесен слой диффузно отражающего материала.
Клавиатуру собирают следующим образом:
На печатную плату 3 с установленными светодиодами 10 белого цвета и светодиодами 11 зеленого цвета приклеивают нижним клеевым слоем 6 пленку 14 с двусторонним клеевым слоем, на верхний клеевой слой устанавливают оптические фильтры 12. С верхней и тыльной сторон оптических фильтров 12 устанавливают светонепроницаемые экраны 13. На верхний клеевой слой пленки 14 приклеивают пленку 15, в отверстиях которой устанавливают тактильные элементы 4 и фиксируют их пленкой 16 с нижним клеевым слоем. Толкатели 7 устанавливают в отверстия световодной пластины 8, которую скрепляют с пленкой 16 с помощью двусторонней клеевой пленки 17. Указанная сборка устанавливается вместе с кнопками 2 в рамку 1.
Высокая плотность размещения кнопок 2 в составе клавиатуры препятствует размещению тактильных элементов 4, обеспечивающих заданные условия срабатывания из-за больших геометрических размеров. Поэтому, в качестве тактильного элемента 4 используют сборку из наложенных друг на друга двух аналогичных мембран, которая при малых габаритах мембран обеспечивает устойчивый тактильный эффект при нажатии кнопки 2.
От светодиодов 10 белого цвета или светодиодов 11 зеленого цвета с оптическими фильтрами 12, световой поток поступает в световодную пластину 8, в качестве которой может быть использована пластина из акрила. Особенностью световодной пластины 8 является отсутствие прямых и острых углов в плоскости распространения светового потока и покрытие боковых граней, за исключением мест ввода светового потока, пленкой 20 диффузного отражения. Со стороны световодной пластины 8, примыкающей к печатной плате 3, отражение светового потока обеспечивается белым светорассеивающим покрытием. Верхняя грань световодной пластины 8 остается светопропускающей. Форма световодной пластины 8, размещение светодиодов и удержание светового потока в световодной пластине 8 обеспечивают равномерность распределения светового потока в световодной пластине 8. С целью повышения эффективности использования светового потока, для подсветки каждой кнопки, в местах установки кнопок 2 в нижней грани световодной пластины 8 выполнены надсечки 21 (см. фиг.4), обеспечивающие эффективное выделение света, отразившегося от надсечек 21. Световой поток поступает в материал кнопки 2, в качестве которого может быть использован, например, полупрозрачный силикон, где дополнительно выравнивается по интенсивности, что обеспечивает равномерную освещенность верхней поверхности кнопки.
Кнопка 2 имеет вверху два вида покрытия: последовательно белого цвета и светонепроницаемое. На светонепроницаемое покрытие наносится лазерная гравировка (материал в местах гравировки выжигается) на глубину светонепроницаемого покрытия. Обнаженное покрытие белого цвета обеспечивает эффективное считывание информации в условиях высокой освещенности, при снижении освещенности гравированная надпись подсвечивается светодиодами 10 белого цвета.
Принцип работы клавиатуры с двухрежимной подсветкой:
Клавиатура подсвечивается всегда. При изменении общего уровня освещенности в кабине ЛА, оператор регулирует подсветку клавиатуры путем изменения яркости свечения светодиодов 10 белого цвета в широких пределах. При применении оператором ПНВ, для подсветки используются светодиоды 11 зеленого цвета, снабженные оптическими фильтрами 13, обеспечивающими совместимость подсветки с ПНВ. В этом режиме также предусматривается возможность регулировки яркости подсветки с ограничением максимальной яркости в этом режиме. При нажатии оператором на верхнюю грань кнопки 2, приходит в действие толкатель 7, нарастает усилие на верхней мембране, она плотно прижимается к нижней мембране, усилие продолжает нарастать, при достижении границы срабатывания обе мембраны прогибаются, и нижняя мембрана замыкает контакты 22. Применение двух мембран обеспечивает практически двукратное увеличение усилия срабатывания, что обеспечивает заданный тактильный эффект.
Наличие замкнутого экранирующего контура, образованного экранирующим слоем 23 и рамкой 1, исключает возможность воздействия помех на элементы, расположенные под клавиатурой, что повышает помехозащищенность в условиях работы в электромагнитных полях высокой интенсивности.
Таким образом, при использовании заявляемой полезной модели, достигается двухрежимная подсветка клавиатуры с равномерной подсветкой кнопок при использовании экипажем ПНВ и без использования ПНВ, а также обеспечивается устойчивый тактильный эффект.