CN104040892B - 操作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作装置1，具有带触觉反馈的输入元件2并且具有刚性印刷电路板4。为了获得较高的运行可靠性和持久耐用性建议，印刷电路板4具有固定的第一印刷电路板区域8和与第一印刷电路板区域8相邻的、能够相对于第一印刷电路板区域8偏转的第二印刷电路板区域10，其中，第一印刷电路板区域8具有电容器的第一电极12以及第二印刷电路板区域10具有电容器的第二电极14，并且输入元件2与第二印刷电路板区域10作用连接，使得通过操作输入元件2，第二印刷电路板区域10相对于第一印刷电路板区域10偏转，以便改变第一电极12与第二电极14的间距。

Description

操作装置
技术领域
本发明涉及一种具有带触觉反馈的输入元件并且具有刚性印刷电路板的操作装置。
背景技术
这种操作装置例如公知为用于机动车的、具有带触觉反馈的输入元件的操作装置。基于触觉的(即以键入的目的触碰的)反馈，使用者(特别是机动车的驾驶员)能够用一只手操作操作装置，而不必在整个操作过程中将所有的注意力都放在操作装置上；因为利用触觉反馈可以让使用者例如确信，向操作装置的输入在实际上得到了确认，而他不必为此看着这个操作装置。为了不仅确保触觉的反馈还确保输入的识别，在公知的操作装置中需要昂贵的传感器装置。
发明内容
本发明的目的是，实现一种前述类型的操作装置，这种操作装置在构造简单的情况下能够确保可靠的操作效果。
根据本发明的，通过以下方式解决该目的，即，印刷电路板具有固定的第一印刷电路板区域和与第一印刷电路板区域相邻的、能够相对于第一印刷电路板区域偏转的第二印刷电路板区域，其中，第一印刷电路板区域具有电容器的第一电极，第二印刷电路板区域具有电容器的第二电极，并且输入元件与第二印刷电路板区域作用连接，使得通过操作输入元件，第二印刷电路板区域相对于第一印刷电路板区域偏转以便改变第一电极与第二电极的间距。
因此，根据本发明的操作装置设计了电容器，它被间接地用于接收在操作输入元件时施加给输入元件的力，并且直接地用于接收在偏转第二印刷电路板过程中由这个力造成的位移，并且因此用于改变第一电极和第二电极之间的间距。随着第一和第二电极之间的间距的改变，电容器的电容量发生变化。电容器的电容量变化例如可以由操作装置的评估单元进行评估。评估结果例如可以用作机动车内的仪器(例如空调或者收音机)的开关信号。因此，电容器是操作装置的电容式传感器的组成部分，其中，电容式传感器被设计用于在操作装置中接收力或位移。根据情况和具体的要求，也可以设计一个电容器网络。电容器电极优选地是铜电极，并且不仅可以设计在印刷电路板上，也可以设计在印刷电路板以内，例如以多层印刷电路板的形式(或者是复层印刷电路板)。也可以考虑的是，仅在第一印刷电路板区域内或者在第二印刷电路板区域内设计用于电容器电极的这种多层-印刷电路板-构造。
输入元件与第二印刷电路板区域作用连接，也就是说，作用于输入元件的力传输给第二印刷电路板区域。在最简单的情况下，输入元件和印刷电路板区域在力作用方向上相互贴靠，因此可以将压力从输入元件传输到第二印刷电路板区域。输入元件和第二印刷电路板区域之间的连接在原则上是任意的，只要能够根据本发明完成第二印刷电路板区域的偏转。例如也可以考虑的是，输入元件和第二印刷电路板区域弹性地相互固定耦合，使得作用于输入元件的横向力和拉力也能够让第二印刷电路板区域偏转。优选地可以竖直地朝向其表面操作输入元件，并且输入元件如下地与第二印刷电路板区域作用连接，即，使得通过操作输入元件能够在垂直于刚性印刷电路板的印刷电路板平面的方向偏转第二印刷电路板区域。但是也可以考虑其他的朝向，例如在平行于印刷电路板平面的方向上操作输入元件，并且从侧面或者在平行于印刷电路板平面的方向上相应地偏转第二印刷电路板区域。
在本发明中，第一和第二电极之间的间距以及电容器因为这个间距形成的电容量意义重大。上述间距在操作输入元件时发生变化。上述间距在操作输入元件时是变大还是变小仅仅对于在评估单元中评估这个间距的变化来说有意义。不仅电容器的电容器变小，还有变大，原则上都可以由评估单元评估并识别为输入，也就是说对输入元件进行操作。
在根据本发明的操作装置中特别有利的是，仅利用少量构件就能够制造它。利用本发明能够有利地省去额外的构件，例如弹簧接触件、绝缘元件、引导元件、屏蔽板。由此减少了用于操作装置的制造耗费，并且使用寿命延长。根据本发明的操作装置在制造中简单并且成本低，并且它具备很高的可靠性和运行可靠性。因此，根据本发明的操作装置特别适合作为用于机动车的操作装置。
以特别有利的方式，在本发明中采用刚性印刷电路板，除了用于接收与操作输入元件相关的力或位移，它在操作装置中用于容纳并接触各种各样的电构件。第二印刷电路板区域本身是刚性的，但是特别是可以相对于第一印刷电路板区域弹性地偏转。因此存在一个总的来说刚性的印刷电路板，但是它在特定的区域内，也就是第二印刷电路板区域内具有弹性。有利地，在根据本发明的操作装置中，可以为识别并使用输入元件的最短位移(特别是长度为0.05mm到0.4mm的位移)或者说为了进行操作施加给输入元件的、1到4牛的力。为了屏蔽干扰影响，个别电极可以接地。
根据本发明的一种有利的改进方案，第一印刷电路板区域或者第二印刷电路板区域具有另一个与第一电极或与第二电极相对应的、形成电容的电极。因此，这一个电极和第一或第二电极可以构造不可变的固有电容，相反地，第一和第二电极之间构造寄生电容。以这种方式可以进一步提高操作装置的功能可靠性。利用上述改进构造能够提高电容器的固有电容。此外，所述另一个电极以有利的方式也许能够产生屏蔽效果。
当第二印刷电路板区域根据本发明的另一种改进方案具有与固定的第一印刷电路板区域直接连接的、指形的连接部段和至少承载着第二电极的、布置在第二印刷电路板区域的背向连接部段的端部上的电极部段，就能够有利地让根据本发明的操作装置的输入元件的操作更加轻松。因此可以提高第二印刷电路板区域的弹性并且简化其可偏转性。第二印刷电路板区域的连接部段在连接位置上与第一印刷电路板区域连接。
根据本发明的另一种有利的改进方案，第二印刷电路板区域构造成U形的，其中，分别构成指形的连接部段的U的臂部直接与第一印刷电路板区域连接，并且其中，构成电极部段的、连接这些臂部的U的底部区域至少承载着第二电极。以这种方式能够在第二印刷电路板区域的可偏转性良好的情况下同时实现操作装置的特别高的稳定性。
当至少第一电极和第二电极根据本发明的另一种有利的改进方案分别构造成梳形的，那么在操作输入元件时，不仅可能提高电容器的电容，还可能提高电容变化量的大小。其中，第一电极和第二电极优选地分别形成一个梳子结构，这种的梳子结构在电容器中相互嵌合。
根据本发明的另一种有利的改进方案设计的是，第二印刷电路板区域在连接位置上与第一印刷电路板区域连接，并且第一印刷电路板区域和第二印刷电路板区域至少在第二印刷电路板区域的至少具有第二电极的电极部段上仅通过细窄的空隙相互分开。由此能够实现电容器的电容量的提升。优选地，间隙的大小刚好不会阻碍第二印刷电路板区域相对于第二印刷电路板区域偏转，也就是说，在偏转第二印刷电路板区域时，两个印刷电路板区域之间不会发生接触。有利地，这个间隙可以是在印刷电路板中铣出来的。
如果输入元件根据本发明的另一种改进方案在力导入点上与第二印刷电路板区域作用连接，就能够有利地让输入元件的操作更加轻松，其中，力导入点设置在第二印刷电路板区域的背向连接位置的端部上，第二印刷电路板区域与第一印刷电路板区域在所述连接位置上相连。在力导入点上，输入元件例如可以接靠在第二印刷电路板区域上，从而可以将压力传递到第二印刷电路板区域上。由于力导入点和连接位置之间的间距大，所以第二印刷电路板区域在力导入点上的弹性比较大，并且因此在施加给输入元件的操作力比较小的情况下能够让第二印刷电路板区域有大的偏转。
根据本发明的另一种有利的改进方案设计的是，输入元件在至少两个力导入点上与第二印刷电路板区域作用连接，其中，力导入点分布在整个第二印刷电路板区域上。通过预设多个力导入点，能够在操作输入元件时获得第二印刷电路板区域的偏转量的平均值。
如果根据本发明的另一种有利的改进方案设计两个固定的第一印刷电路板区域，还可以实现操作装置就输入元件的操作而言的特别高的敏感度，其中，这两个第一印刷电路板区域布置在印刷电路板的相互对置的侧面上。优选地，这两个第一印刷电路板区域分别构造成U形的。印刷电路板的相互对置的侧面是印刷电路板的相互背向的侧面。
根据一种有利的改进方案，为了能够特别轻松地进行操作，输入元件在一个力导入点上与第二印刷电路板区域作用连接，其中，这个力导入点布置在所述两个第一印刷电路板区域之间。优选地，这个力导入点布置在第一印刷电路板区域之间的中间位置。
可以考虑的是，例如在操作装置的壳体内布置用于评估电容器的电容量的变化的评估单元。然而，为了操作装置具有紧凑的构造，当电极根据本发明的另一种改进方案借助印刷电路板的印制导线连接到布置到印刷电路板上或者印刷电路板中的评估单元上是有利的。此外，这样就可以最小化对操作装置的可能的干扰影响。优选地，评估单元具有集成的电路。
根据本发明的另一种有利的改进方案，输入元件具有显示装置。因此，为了能够全面地、可变地操作特别是机动车内各种各样的仪器和/或装置，操作装置具有对触摸敏感的显示屏。优选地，显示装置可以具有电子光学显示器，例如液晶显示器。
附图说明
在图中用简图示意性地示出了本发明的几个实施例，下面将对它们进行详尽的描述。图中示出
图1用剖面侧视图示出带有印刷电路板的操作装置的截面，
图2用俯视图示出操作装置的印刷电路板，
图3a，3b用剖面侧视图示出根据图2所示的印刷电路板，
图4a，4b用剖面侧视图示出根据图2所示的印刷电路板的一种变化方案，
图5用俯视图示出操作装置的另一种印刷电路板，
图6a，6b用剖面侧视图示出根据图5所示的印刷电路板，
图7用俯视图示出操作装置的另一种印刷电路板，
图8用俯视图示出操作装置的另一种印刷电路板，以及
图9a，9b用剖面侧视图示出根据图8所示的印刷电路板。
分别相对应的元件在所有的附图中都配有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了具有带触觉反馈的输入元件2并且具有刚性印刷电路板4的操作装置1。印刷电路板4的总体上相对于操作装置1的周围(例如壳体)的位置是固定的(通过支架5象征性地表示)。同样地，在没有外界作用的力的情况下将输入元件2保持在固定位置上的弹簧元件6的位置相对于操作装置1的周围也是固定的。
印刷电路板4具有固定的第一印刷电路板区域8和与第一印刷电路板区域8相邻的、能够相对于第一印刷电路板区域8偏转的第二印刷电路板区域10。输入元件2在力导入点FE上与第二印刷电路板区域10作用连接。通过向输入元件2施加压力(例如借助使用者的一只手的一根手指HF)，第二印刷电路板区域10在图1中朝下的箭头Z的方向上相对于第一印刷电路板区域8被偏转。
第一印刷电路板区域8具有电容器的第一电极12，第二印刷电路板区域10具有电容器的第二电极14。可以看出，输入元件2如下地与第二印刷电路板区域10作用连接，即，通过操作输入元件2(在这里就是通过用手指HF向输入元件2施压)，在第一电极12与第二电极14的间距不断变化的情况下，第二印刷电路板区域10相对于第一印刷电路板区域8被偏转。
由于电极12，14之间的间距的变化，电容器的电容量发生变化。由布置在印刷电路板4上的评估单元16评估的电容变化是第二印刷电路板区域10的偏转量的一个度量标准，并且因此也是输入元件2的操作的度量标准。
第二印刷电路板区域10具有另一个与第二电极14对应的、与该电极14形成一定的电容量的电极18。第二电极14和所述另一个电极18形成电容器的不可改变的固有电容，相反地，第二电极14和第一电极12形成电容器的、与第二印刷电路板区域10的偏转相关的、可变的寄生电容。
可以看出的是，根据图1所示的操作装置的构造是对称的，并且除了上述第一个第二印刷电路板区域10，还具有构造相同的另一个第二印刷电路板区域10’，它位于第一个第二印刷电路板区域10对面，并且与第一印刷电路板区域8相邻。
图2用俯视图示出了操作装置的具有固定的第一印刷电路板区域8和能够相对于第一印刷电路板区域8偏转的第二印刷电路板区域10的刚性印刷电路板4。第二印刷电路板区域10具有与固定的第一印刷电路板区域8直接连接的指形的连接部段20和一个电极部段22。电极部段22布置在第二印刷电路板区域10的背向连接部段20的端部上。
第二印刷电路板区域10的连接部段20在连接位置24上与第一印刷电路板区域8连接。不仅在第二印刷电路板区域10的连接部段20上，而且还在第二印刷电路板区域10的电极部段22上，第一印刷电路板区域8和第二印刷电路板区域10仅通过细窄的间隙26相互分隔开。
在图3a中用剖面图A-A(见图2)示出了根据图2所述的印刷电路板4的第一变化方案。第一印刷电路板区域8具有第一电极12，第二印刷电路板区域10具有第二电极14。第二印刷电路板区域10具有另一个与第二电极14形成固有电容的电极18。第二印刷电路板区域10构造成多层印刷电路板(或者复层印刷电路板)的形式。
图3b示出了图3a在向第二印刷电路板区域10施加力F，使得该印刷电路板区域10相对于第一印刷电路板区域8被偏转的情况，这个力是操作在此未示出的输入元件的结果。在偏转的基础上，具有第一电极12、第二电极14以及另一个电极18的电容器发生变化。电容器的总电容通过偏转增大。
力F作用于力导入点FE，输入元件在这个点上与第二印刷电路板区域10作用连接。力导入点FE布置在第二印刷电路板区域10的背向连接部段20的端部上，在这里是布置在电极部段22上。
力F偏转第二印刷电路板区域10，该区域基于它的构造相对于第一印刷电路板区域8具有弹簧弹性，并且因此改变电磁场的变化曲线并且改变电容器的电容量。
在图4a中用剖面图A-A(见图2)示出了根据图2所示的印刷电路板4的第二变化方案。第一电极12在第一印刷电路板区域8内的布置相当于根据图3a，3b所示的布置。第二印刷电路板区域10在这里构造成具有第二电极14和另一个电极18的双层印刷电路板。第一电极12和第二电极14在第二印刷电路板区域10处于未偏转的状态下时布置在一个平面内。
在力F的作用下(图4b)，第二印刷电路板区域10相对于第一印刷电路板区域8被偏转。具有第一电极12、第二电极14和另一个电极的电容器的总电容量变小。
在这里，力F也偏转第二印刷电路板区域10，该区域基于它的构造相对于第一印刷电路板区域8具有弹簧弹性，并且因此改变电磁场的变化曲线并且改变电容器的电容量
图5示出了另一种具有第一固定的印刷电路板区域8和能够相对于第一印刷电路板区域8偏转的第二印刷电路板区域10的刚性印刷电路板4。第二印刷电路板区域10构造成U形的，其中，U的臂部28，30分别构成指形的连接部段20，32，它们直接与第一印刷电路板区域8连接。U的连接这些臂部28，30的底部区域34构成第二印刷电路板区域10的电极部段22。
在第二印刷电路板区域10上设计了三个力导入点F1，F2，F3，它们分布在第二印刷电路板区域10上。第一力导入点F1位于第一臂部30上，另外两个力导入点F2，F3位于底部区域34上。
通过端侧的宽的底部区域34和相应地实现的电极12，14，18增加了寄生电容器电容的影响，由此提升了在相对于第一印刷电路板区域8偏转第二印刷电路板区域10时接收位移的敏感度。
图6a，6b用剖面图A-A(见图5)示出了根据图5所述的印刷电路板4。第一印刷电路板区域8具有第一电极12，第二印刷电路板区域10具有第二电极14和另一个电极18。第二电极14和另一个电极18构成电容器的固有电容，第一电极12和第二电极14构成电容器的寄生电容。在偏转第二印刷电路板区域10时，由于力F的影响(图6b)，电容器的寄生电容发生变化，因此它的由固有电容和寄生电容组成的总电容量也发生变化。
在图7中用俯视图示出了用于操作装置的刚性印刷电路板4的另一个实施例。印刷电路板4具有带有第一电极的、固定的第一印刷电路板区域8和带有第二电极的第二印刷电路板区域10，这个第二印刷电路板区域10能够相对于第一印刷电路板区域8偏转。根据图7所示的印刷电路板4以类似于根据图2所示的印刷电路板的方式构成，然而在根据图7所示的印刷电路板中，第一印刷电路板区域8和第二印刷电路板区域10以梳子的形式相互嵌合，并且因此第一电极和第二电极也是如此。第一电极和第二电极分别构造成梳子形状的。由于梳形的构造可以提高电容器电容。
图8示出了操作装置的刚性印刷电路板4的另一个实施例。在这种印刷电路板4中设计了两个固定的第一印刷电路板区域8，8’，其中，这两个第一印刷电路板区域8，8’布置在印刷电路板4的相对置的侧面上，并且分别构造成U形。这两个第一印刷电路板区域8，8’分别具有一个第一电极12，12’和每个电容器的另一个电极18，18’(见图9a)。
第一印刷电路板区域8，8’与第二印刷电路板区域10对应并且包夹住它，在操作在此未示出的输入元件并且因此产生力F(见图9b)时，可以相对于第一印刷电路板区域8，8’偏转第二印刷电路板区域10。为此，输入元件在力导入点FE上与第二印刷电路板区域10作用连接，其中，力导入点FE布置在两个第一印刷电路板区域8，8’之间，在这里是在它们之间的中间位置。第二印刷电路板区域10具有电容器的两个电极14，14’。随着第二印刷电路板区域10的偏转，电容器的电容量发生变化，由此在操作装置中借助评估单元识别对输入元件的操作。

Claims (17)

1.一种操作装置，具有带触觉反馈的输入元件并且具有刚性的印刷电路板，其特征在于，所述印刷电路板(4)具有固定的第一印刷电路板区域(8)和与所述第一印刷电路板区域(8)相邻的、能够相对于第一印刷电路板区域(8)偏转的第二印刷电路板区域(10)，其中，所述第一印刷电路板区域(8)具有电容器的第一电极(12)，所述第二印刷电路板区域(10)具有所述电容器的第二电极(14)，并且所述输入元件(2)与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，使得通过操作输入元件(2)，所述第二印刷电路板区域(10)相对于所述第一印刷电路板区域(8)偏转以便改变所述第一电极(12)与所述第二电极(14)的间距，其中，所述第二印刷电路板区域(10)具有与固定的所述第一印刷电路板区域(8)直接连接的、指形的连接部段(20)和至少承载所述第二电极(14)的、布置在所述第二印刷电路板区域(10)背向所述连接部段(20)的端部处的电极部段(22)。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述第一印刷电路板区域(8)和所述第二印刷电路板区域(10)具有与所述第一电极(12)或所述第二电极(14)相对应的、形成电容量的另一个电极(18)。
3.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述第二印刷电路板区域(10)构造成U形的，其中，分别构成指形的连接部段(20，32)的所述U形的臂部(28，30)直接与所述第一印刷电路板区域(8)连接，并且其中，构成所述电极部段(22)的、连接所述臂部(28，30)的所述U形的底部区域(34)至少承载所述第二电极(14)。
4.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，至少所述第一电极(12)和所述第二电极(14)分别设计成梳形。
5.根据权利要求3所述的操作装置，其特征在于，至少所述第一电极(12)和所述第二电极(14)分别设计成梳形。
6.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述第二印刷电路板区域(10)在连接位置(24)处与所述第一印刷电路板区域(8)连接，并且所述第一印刷电路板区域(8)和所述第二印刷电路板区域(10)至少在所述第二印刷电路板区域(10)的至少具有所述第二电极(14)的电极部段(22)处仅通过细窄的空隙(26)相互分开。
7.根据权利要求5所述的操作装置，其特征在于，所述第二印刷电路板区域(10)在连接位置(24)处与所述第一印刷电路板区域(8)连接，并且所述第一印刷电路板区域(8)和所述第二印刷电路板区域(10)至少在所述第二印刷电路板区域(10)的至少具有所述第二电极(14)的所述电极部段(22)处仅通过细窄的空隙(26)相互分开。
8.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)在力导入点(FE)处与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，其中，所述力导入点(FE)布置在所述第二印刷电路板区域(10)背向连接位置(24)的端部上，在该连接位置处，所述第二印刷电路板区域(10)与所述第一印刷电路板区域(8)连接。
9.根据权利要求7所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)在力导入点(FE)处与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，其中，所述力导入点(FE)布置在所述第二印刷电路板区域(10)背向连接位置(24)的端部上，在该连接位置处，所述第二印刷电路板区域(10)与所述第一印刷电路板区域(8)连接。
10.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)在至少两个力导入点(F1，F2，F3)上与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，其中，所述力导入点(F1，F2，F3)在整个所述第二印刷电路板区域(10)上分布地布置。
11.根据权利要求9所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)在至少两个力导入点(F1，F2，F3)上与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，其中，所述力导入点(F1，F2，F3)在所述第二印刷电路板区域(10)的所述端部上分布地布置。
12.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，设置两个固定的第一印刷电路板区域(8，8’)，其中，两个所述第一印刷电路板区域(8，8’)布置在所述印刷电路板(4)的相对置的侧面上。
13.根据权利要求12所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)在力导入点(FE)上与所述第二印刷电路板区域(10)作用连接，其中，所述力导入点(FE)布置在两个所述第一印刷电路板区域(8，8’)之间。
14.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，电极(12，12’，14，14’，18，18’)借助所述印刷电路板(4)的印制导线连接至在所述印刷电路板(4)上或者所述印刷电路板中布置的评估单元(16)。
15.根据权利要求13所述的操作装置，其特征在于，电极(12，12’，14，14’，18，18’)借助所述印刷电路板(4)的印制导线连接至在所述印刷电路板(4)上或者所述印刷电路板中布置的评估单元(16)。
16.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)具有显示装置。
17.根据权利要求15所述的操作装置，其特征在于，所述输入元件(2)具有显示装置。
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