DE102008050186A1 - Kapazitive Schaltereinrichtung mit verbesserter Berührungserkennung - Google Patents

Kapazitive Schaltereinrichtung mit verbesserter Berührungserkennung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion, welche eine Detektorelektrode, eine Hilfselektrode und eine Modulationseinrichtung, welche mit der Detektorelektrode koppelbar ist, aufweist. Die Detektorelektrode und die Hilfselektrode sind mit einer vorbestimmten Koppelkapazität C1 gekoppelt. Zwischen der Hilfselektrode und einem Objekt wird eine Koppelkapazität C2 gebildet, welche bei Annäherung des Objektes an die Hilfselektrode und/oder bei Berührung der Hilfselektrode durch das Objekt eine Änderung erfährt, wobei die Koppelkapazität C1 und die Koppelkapazität C2 eine Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt bilden. Die Modulationseinrichtung ist zum Modulieren einer elektrischen Größe der Modulationseinrichtung in Abhängigkeit von der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt ausgestaltet.
Bereitgestellt wird auch ein Bedienfeld mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltereinrichtung, insbesondere eine kapazitive Schaltereinrichtung, welche ausgebildet ist, Schaltzustände durch Annäherung an die Schaltereinrichtung bzw. durch Berühren der Schaltereinrichtung einzustellen, um beispielsweise Schaltvorgänge an einem Gerät vorzunehmen.
  • Kapazitive Schalter sind in vielfältiger Art und Weise aus dem Stand der Technik bekannt. Um einen Schaltzustand für einen kapazitiven Schalter einzustellen, ist es bekannt, als Schaltschwelle, bei welcher sich der Schaltzustand ändert, anwendungsspezifisch einen fixen Pegel festzulegen, der sich bei Annäherung, bzw. Berühren der Oberfläche des kapazitiven Schalters einstellt. Bei über- oder unterschreiten dieser Schaltschwelle kann ein Schaltvorgang, beispielsweise in einem Haushaltsgerät, ausgelöst werden.
  • Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch Kopplungsschwankungen der kapazitiven Koppelung, beispielsweise zwischen dem Finger des Bedieners und dem kapazitiven Schalter, die Signalpegel der kapazitiven Schalter schwanken und ein Erreichen der eingestellten Schaltschwelle nicht immer sichergestellt werden kann. Die Koppelungsschwankungen können beispielsweise aufgrund wechselnden Massebezugs des Bedieners gegen Erde oder aufgrund von Umwelteinflüssen verursacht werden.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Verbauen eines kapazitiven Schalters hinter einer Bedienblende, beispielsweise einer Glasscheibe, nicht mehr zwischen der Annäherung und der Berührung unterschieden werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kapazitiven Schalter, bzw. eine kapazitive Schaltereinrichtung bereitzustellen, bei der einerseits das Erreichen einer vorbestimmten Schaltschwelle sichergestellt werden kann und andererseits zwischen einer Annäherung und einer Berührung eindeutig unterschieden werden kann.
  • Demnach wird eine Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion bereitgestellt, welche eine Detektorelektrode, eine Hilfselektrode und eine Modulationseinrichtung, welche mit der Detektorelektrode koppelbar ist, aufweist, wobei die Detektorelektrode und die Hilfselektrode miteinander in eine kapazitive Kopplung einer vorbestimmten Koppelkapazität C1 bringbar sind, wobei zwischen der Hilfselektrode und einem Objekt eine Koppelkapazität C2 bildbar ist, welche bei Annäherung des Objektes an die Hilfselektrode und/oder bei Berührung der Hilfselektrode durch das Objekt eine Änderung erfährt, wobei die Koppelkapazität C1 und die Koppelkapazität C2 eine Gesamtkapazität zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt bilden, und wobei die Modulationseinrichtung zum Modulieren einer elektrischen Größe der Modulationseinrichtung in Abhängigkeit von der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt ausgestaltet ist.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Berührungs-/Näherungsschalter hinter einer Bedienblende verbaut werden kann, wobei trotzdem sichergestellt ist, dass eine Annäherung an den Schalter von einer Berührung des Schalter unterschieden werden kann.
  • Die Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion kann eine Detektionseinrichtung aufweisen, welche ausgestaltet ist zum Erfassen einer Größe, die indikativ für die Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt ist.
  • Die Detektionseinrichtung kann mit der Modulationseinrichtung kapazitiv gekoppelt sein. Die hat den Vorteil, dass Schalterelement (Detektorelektrode, Hilfselekt rode und Modulationseinrichtung) unabhängig von der Detektionseinrichtung verbaut werden.
  • Die Modulationseinrichtung kann eine Einkoppelelektrode aufweisen, wobei die kapazitive Koppelung der Detektionseinrichtung mit der Modulationseinrichtung durch ein von der Detektionseinrichtung abstrahlbares und an der Einkoppelelektrode einkoppelbares elektrisches Wechselfeld C3 herstellbar ist.
  • Die Modulationseinrichtung kann mit dem elektrischen Wechselfeld C3 mit Energie versorgt werden. Für die Modulationseinrichtung muss keine eigene Energieversorgung bereitgestellt werden.
  • Die Modulationseinrichtung kann einen Schwingkreis oder einen Frequenzteiler umfassen. Das Modulieren der elektrischen Größe kaum eine Amplitudenmodulation sein.
  • Das Modulieren der elektrischen Größe der Modulationseinrichtung kann eine Veränderung der Last an der Detektionseinrichtung bewirken. Die Veränderung der Last ist durch die Detektionseinrichtung detektierbar.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Hilfselektrode im Wesentlichen parallel und in einem vorbestimmten Abstand zur Detektorelektrode angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bewirkt das Berühren der Hilfselektrode durch das Objekt einen sprunghaften Anstieg der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode und dem Objekt.
  • Die Detektionseinrichtung kann in einer Ausgestaltung der Erfindung aufweisen: einen elektrischen Kreis zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, welches an einer Einkoppelelektrode einkoppelbar ist, und Mittel zum Auswerten einer elektrischen Größe.
  • Vorteilhafter Weise umfasst die Auswertung eine Erfassung einer Lastveränderung in dem elektrischen Kreis.
  • Die Lastveränderung kann Signalanteile verschiedener Frequenzen umfassen, wobei die Auswertung ein Trennen dieser Signalsanteile umfasst und wobei die Detektionseinrichtung Mittel zum Erzeugen zumindest eines Schaltsignals aus den Signalsanteilen umfasst. Damit können mehrere Schalterelemente (Detektorelektrode, Hilfselektrode und Modulationseinrichtung) an die Detektionseinrichtung (kapazitiv) gekoppelt werden.
  • Die Mittel zum Erzeugen zumindest eines Schaltsignals sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine Pegeländerung des zumindest einen Schaltsignals erfolgt, wenn sich die Modulationsamplitude eines Signalsanteils sprunghaft vergrößert oder sprunghaft verkleinert.
  • In einer Ausführungsform kann der Kreis umfassen:
    • – einen LC-Schwingkreis mit einer Signalgeberschaltung, vorzugsweise einen LC-Schwingkreis hoher Güte, zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes; und
    • – eine parallel zum LC-Schwingkreis geschaltete Sendeelektrode, wobei die Kapazität der Sendeelektrode einen Bestandteil der Schwingkreiskapazität bildet und wobei das vom LC-Schwingkreis erzeugte elektrische Wechselfeld an der Sendeelektrode abstrahlbar ist.
  • Durch die Erfindung wird des Weiteren ein Bedienfeld bereitgestellt, welche mindestens eine erfindungsgemäße Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion aufweist, wobei die Hilfselektrode an der dem Benutzer zugewandten Seite des Bedienfeldes und die Detektorelektrode an der Rückseite des Bedienfeldes angeordnet sind.
  • Die Anordnung der Hilfselektrode und der Detektorelektrode zueinander sind so gewählt, dass die Detektorelektrode und die Hilfselektrode eine kapazitive Kopplung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität bilden.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
  • 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung;
  • 2 den Verlauf von zwei Signalpegeln, einmal ohne eine Hilfselektrode und einmal mit einer Hilfselektrode;
  • 3 einen möglichen Grundaufbau einer Detektionseinrichtung, an welcher eine kapazitive Schaltereinheit kapazitiv koppelbar ist;
  • 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltereinrichtung mit einer alternativen Anordnung der Hilfselektrode.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung, welche im Wesentlichen eine Schaltereinheit 210 und eine Detektionseinrichtung 200 umfasst. Die Schaltereinheit 210 umfasst im Wesentlichen eine Modulationseinrichtung ZPS, eine Detektorelektrode E1, eine Hilfselektrode E2 und eine Einkoppelelektrode EK. Die Schaltereinheit 210 ist kapazitiv an eine Detektionseinrichtung 200 gekoppelt.
  • Der Aufbau sowie die Funktionsweise der Detektionseinrichtung 200 wird weiter unten mit Bezug auf 3 näher beschrieben.
  • Die Schaltereinrichtung ist im Wesentlichen hinter einer Bedienblende 100 angeordnet. Über die Einkoppelelektrode EK ist die Schaltereinheit 210 kapazitiv mit der Detektionseinrichtung 200 gekoppelt, wobei die Detektionseinrichtung 200 an einer Sendelektrode SE ein elektrisches Wechselfeld abstrahlt, welches in die Einkoppelelektrode EK eingekoppelt wird. Über das eingekoppelte elektrische Wechselfeld wird die Schaltereinrichtung gleichzeitig mit Energie versorgt.
  • Nähert sich ein Finger 260 der Oberfläche der Bedienblende 100, an welcher keine Hilfselektrode E2 angeordnet ist, wird ein Teil des an der Detektorelektrode E1 anliegenden elektrischen Felds über den menschlichen Körper absorbiert. Bei zunehmender Annäherung des Fingers 260 an die Detektorelektrode E1 vergrößert sich die durch den Finger 260 und die Detektorelektrode E1 gebildete Koppelkapazität.
  • Die Veränderung dieser Koppelkapazität bewirkt, dass die Modulationseinrichtung ZPS eine elektrische Größe der Schaltereinheit 210 bzw. der Modulationseinrichtung ZPS moduliert, was wiederum eine Modulation der Last an der Detektionseinrichtung 200 bewirkt. Die Modulation der Last wird von Detektionseinrichtung 200 detektiert.
  • Da die Schaltereinheit 210 im Wesentlichen hinter der Bedienblende 100 angeordnet ist, welche die Dicke H besitzt, kann sich der Finger 260 maximal mit Abstand H an die Schaltereinheit 210 annähern. Ein dieser Annäherung entsprechender Signalverlauf, welcher von der Detektionseinrichtung 200 berechnet, bzw. ermittelt wird, ist im oberen Diagramm der 2 dargestellt. Wie im oberen Diagramm der 2 ersichtlich ist, steigt der Signalpegel bei zunehmender Annäherung des Fingers an die Bedienblende, wobei bei Berühren der Bedienblende (mit Abstand H zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode E1) der Schaltpegel S erreicht wird, bei welchem ein Schaltvorgang, beispielsweise für ein Haushaltsgerät initiiert werden kann.
  • Aus dem oberen Diagramm der 2 ist ebenfalls ersichtlich, dass der Signalverlauf bei zunehmender Annäherung des Fingers 260 an die Bedienblende 100 gewissen Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen resultieren aus den Schwankungen der kapazitiven Koppelungs- bzw. Erdungsverhältnisse des Bedieners. Diese Schwankungen der kapazitiven Koppelungs- bzw. Erdungsverhältnisse des Bedieners können dazu führen, dass selbst bei Berühren der Bedienblende 100 die Schaltschwelle S nicht erreicht wird.
  • Um sicherzustellen, dass die Schaltschwelle S in jedem Fall erreicht wird, wird auf der den Bediener zugewandten Oberfläche der Bedienblende 100 eine Hilfselektrode E2 angeordnet. Diese Hilfselektrode E2 besitzt eine konstante Koppelung C1 zu der Detektorelektrode E1 der hinter der Bedienblende 100 angeordneten Schaltereinheit 210.
  • Zwischen dem Finger 260 und der Hilfselektrode E2 wird eine Koppelkapazität C2 gebildet. Die Koppelkapazitäten C1 und C2 bilden zusammen eine Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode E1 (Reihenschaltung der Koppelkapazitäten C1 und C2).
  • Während der Annäherung des Fingers 260 an die Hilfselektrode E2 ändert sich die kapazitive Koppelung C2 zwischen dem Finger 260 und der Hilfselektrode E2. Diese Änderung der kapazitiven Koppelung C2 wirkt sich auch auf die Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode E1 aus. Die Änderung der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode E1 führt wiederum dazu, dass die Modulationseinrichtung ZPS eine elektrische Größe der Modulationseinrichtung moduliert, was wiederum zu einer Modulation der Last der Detektionseinrichtung 200 führt.
  • Während der Annäherung des Fingers 260 an die Hilfselektrode E2 weist der Signalverlauf, welcher von der Detektionseinrichtung berechnet bzw. ermittelt wird, einen ähnlichen Signalverlauf wie der Signalverlauf ohne Hilfselektrode E2 auf. Im Unterschied zur Schaltereinrichtung ohne Hilfselektrode E2 ist die Annäherung an die Schaltereinheit 210 nicht bis auf einen vorbestimmten Abstand H begrenzt, so dass der Finger 260 die Schaltereinrichtung (in diesem Fall die Hilfselektrode E2) berühren kann.
  • Das Berühren der Hilfselektrode E2 führt zu einem sprunghaften Anstieg der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen dem Finger 260 und der Detektorelektrode E1, da sich die Gesamtkapazität (C1, C2) sprunghaft der Koppelkapazität C1 nähert.
  • Dies ergibt sich aus der Vorschrift (C1·C2)/(C1 + C2) für zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, wobei mit zunehmender Annäherung des Fingers 260 an die Hilfselektrode E2 die Koppelkapazität C2 im Vergleich zur konstant bleibenden Koppelkapazität C1 stark ansteigt, was bei der Berührung schließlich dazu führt, dass die Gesamtkapazität (C1, C2) nahezu der Koppelkapazität C1 entspricht. Im Ersatzschaltbild würde dies einer Koppelkapazität C1 mit in Serie geschaltetem sehr kleinem Widerstand entsprechen. Dieser sprunghafte Anstieg der kapazitiven Koppelung C1 führt wiederum zu einem sprunghaften Anstieg des von der Detektionseinrichtung berechneten bzw. ermittelten Signals.
  • Ein Beispiel für einen von der Detektionseinrichtung 200 berechneten bzw. ermittelten Signalverlauf für eine Annäherung mit anschließender Berührung ist im unteren Diagramm der 2 dargestellt. Die in 2 gezeigten Signalverläufe entsprechen der Last einer Detektionseinrichtung, welche von der Modulationseinrichtung ZPS amplitudenmoduliert wurden. Die Berührung der Hilfselektrode E2 durch den Finger 260 fuhrt zu einem sprunghaften Anstieg der Modulationsamplitude um ungefähr 6 dB. Dieser Anstieg ist in jedem Fall ausreichend, dass der Schaltpegel S sicher überschritten wird.
  • Zusätzlich kann aufgrund des sprunghaften Anstiegs des Signalpegels eine Annäherung des Fingers an die Hilfselektrode E2 von der Berührung der Hilfselektrode E2 durch den Finger zuverlässig unterschieden werden. Umgekehrt kann ein Entfernen des Fingers 260 von der Hilfselektrode E2 ebenfalls zuverlässig detektiert werden, da ein Entfernen des Fingers zu einem sprunghaften Abfall des Signalpegels fuhrt.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen kapazitiven Schaltereinrichtung besteht darin, dass neben der eindeutigen Detektion der Berührung einer Bedienoberfläche ein der Schaltereinrichtung zugeordneter Schaltvorgang immer mit einer taktilen Rückmeldung (Berührung) des Benutzers gepaart ist.
  • Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der zuverlässigen Unterscheidung zwischen einer Annäherung und einer Berührung beispielsweise zweistufige Schaltvorgänge ausgelöst werden können, etwa bei der Auslösung einer Digitalkamera.
  • 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Detektionseinrichtung 200, an welche eine Schaltereinheit kapazitiv gekoppelt ist. Ein Teil der Schaltereinrichtung ist hinter einem Bedienpanel 100 angeordnet.
  • Die Detektionseinrichtung 200 besteht im Wesentlichen aus einem Generator 240 und einem aus einer Induktivität 241 und einer Kapazität 242 gebildeten LC-Schwingkreis. Der LC-Schwingkreis kann als Serienschwingkreis oder als Parallelschwingkreis ausgebildet sein. Parallel zum LC-Schwingkreis liegen eine Sendeelektrode 250 (in 1 mit SE bezeichnet) sowie eine Auswerteeinrichtung 245.
  • Der Generator 240 der Detektionseinrichtung 200 erzeugt zunächst eine Wechselspannung, welche dem LC-Schwingkreis 241, 242 zugeführt wird, um anschließend ein elektrisches Feld mit genügend großer Reichweise zu erzeugen. Das erzeugte elektrische Feld fc wird an der Sendeelektrode 250 abgegeben und in die Einkoppelelektrode 251, welche mit der Modulationseinrichtung ZPS gekoppelt ist, eingekoppelt.
  • Die Modulationseinrichtung ZPS ist mit einer Detektorelektrode E1 gekoppelt.
  • Die Modulationseinrichtung ZPS kann in einer anderen Ausgestaltung auch galvanisch mit der Detektionseinrichtung 200 gekoppelt sein. Die kapazitive Koppelung hat jedoch den Vorteil, dass keine Verkabelung zwischen der Modulationseinrichtung ZPS und der Detektionseinrichtung 200 notwendig ist.
  • Mit der Einkoppelung des an der Sendeelektrode 250 abgestrahlten elektrischen Feldes in die Einkoppelelektrode 251 wird gleichzeitig auch die Modulationsein richtung ZPS mit Energie versorgt. Die kann z. B. mittels einer Gleichrichterschaltung erfolgen.
  • Die Anordnung der Sendeelektrode 250 gegenüber der Einkoppelelektrode 251 ist so zu wählen, dass das von der Sendeelektrode abgestrahlte elektrische Feld fc an der Einkoppelelektrode 251 einkoppelbar ist und dass kapazitive Koppelung groß genug ist, um die Modulationseinrichtung ausreichend mit Energie zu versorgen.
  • Über das eingekoppelte elektrische Feld fc wird von der Modulationseinrichtung ZPS die Last der Detektionseinrichtung 200 amplitudenmoduliert. Diese Modulation der Last ist von der Detektionseinrichtung 200 detektierbar.
  • Die von der Modulationseinrichtung ZPS vorgenommene Modulation der Last wird von der Auswerteeinrichtung 245 ausgewertet.
  • An der dem Bediener zugewandten Oberfläche des Bedienpanels 100 ist eine Hilfselektrode E2 angeordnet. Die Anordnung an der Oberfläche ist so gewählt, dass zwischen der Detektorelektrode E1 und der Hilfselektrode E2 eine kapazitive Koppelung mit einer Koppelkapazität C1 entsteht.
  • Nähert sich, wie in 3 gezeigt, eine Hand oder ein Finger 260 der Hilfselektrode E2, führt dies dazu, dass sich die Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen dem Finger und der Detektorelektrode E1 aufgrund der sich ändernden kapazitiven Koppelung C2 zwischen dem Finger 260 und der Hilfselektrode E2 ändert. Die Änderung der Gesamtkapazität (C1, C2) führt dazu, dass sich der Pegel, mit welcher die Last der Detektionseinrichtung 200 amplitudenmoduliert wird, ändert.
  • An eine Detektionseinrichtung 200 können mehrere Schaltereinrichtungen kapazitiv gekoppelt werden, wobei jede Schaltereinrichtung, bzw. die Modulationseinrichtungen der Schaltereinrichtungen bei Annäherung bzw. Berührung die Last der Detektionseinrichtung entsprechend amplitudenmodulieren.
  • Um die Lastmodulation mehrerer Modulationseinrichtungen für die Detektionseinrichtung 200 unterscheidbar zu machen, werden die einzelnen Modulationseinrichtungen so ausgestaltet, dass die Detektionseinrichtung 200 die von den jeweiligen Modulationseinrichtungen amplitudenmodulierte Last trennen und entsprechend den einzelnen Modulationseinrichtungen zuordnen kann.
  • Hierfür können an den Modulationseinrichtungen unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen werden.
  • Beispielsweise können die einzelnen Modulationseinrichtungen einen freilaufenden Oszillator vorsehen, welcher jeweils mit einer unterschiedlichen Oszillator-Frequenz betrieben wird (die Last wird also mit einer vorbestimmten Oszillator-Frequenz amplitudenmoduliert), so dass an der Detektionseinrichtung ein Frequenzgemisch mit unterschiedlichen Amplituden anliegt, welches z. B. mit Hilfe einer Fourier-Transformation (z. B. FFT) entsprechend getrennt werden kann.
  • Anstelle eines freilaufenden Oszillators kann in den Modulationseinrichtungen auch ein Frequenzteiler vorgesehen sein, welcher die Frequenz des von der Detektionseinrichtung 200 abgestrahlten elektrischen Wechselfeldes teilt. Vorzugsweise ist das Teilungsverhältnis in den einzelnen Modulationseinrichtungen verschieden, so dass die einzelnen Modulationseinrichtungen jeweils mit unterschiedlicher Frequenz arbeiten und die Last der Detektionseinrichtung jeweils mit unterschiedlicher Frequenz amplitudenmodulieren. Auch hier wird an der Detektionseinrichtung ein Frequenzgemisch mit unterschiedlichen Amplituden detektiert, welches z. B. mit Hilfe einer Fourier-Transformation entsprechend getrennt werden kann. Das Teilungsverhältnis der jeweiligen Modulationseinrichtungen ist der Detektionseinrichtung bekannt, sodass eine eindeutige Zuordnung eines getrennten Signals zu einer Modulationseinrichtung gewährleistet ist.
  • Die Detektionseinrichtung 200 bzw. die Auswerteeinheit 245 kann mit einer Steuereinheit bzw. Gerätesteuerung 300 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 245 an mehreren Ausgängen jeweils ein Pegel einer Schaltereinrichtung zur Verfügung stellen.
  • 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltereinrichtung.
  • In dieser Ausführungsform ist die Hilfselektrode E2 nicht an der Oberfläche 102 einer Bedienblende 100 angeordnet, sondern direkt unterhalb (beispielsweise 0,5 mm) der Oberfläche 102. Dies hat den Vorteil, dass die Hilfselektrode E2 von äußeren Einflüssen, beispielsweise Schmutz, geschützt ist. Dennoch kann das Erreichen eines Schaltpegels S sowie die Unterscheidung einer Annäherung von einer Berührung sichergestellt werden.
  • Durch die Anordnung der Hilfselektrode E2 direkt unterhalb der Oberfläche 102 der Bedienblende 100 wird der Abstand, auf den sich der Finger 260 der Schaltereinrichtung annähern kann, minimiert. Die kapazitive Koppelung C2 zwischen der Hilfselektrode E2 und dem Finger 260 vergrößert sich bei zunehmender Annäherung des Fingers an die Hilfselektrode E2. Ein für die Annäherung des Fingers an die Hilfselektrode E2 von der Detektionseinrichtung ermittelte bzw. berechnete Signalverlauf entspricht im Wesentlichen dem Signalverlauf wie er in 2 im oberen Diagramm gezeigt ist.
  • Bei Berühren der Oberfläche 102 der Bedienblende 100 durch den Finger vergrößert sich die Auflagefläche der Fingerkuppe auf der Oberfläche 102 der Bedienblende sprunghaft. Die Vergrößerung dieser Auflagefläche führt wiederum zu einem sprunghaften Anstieg der kapazitiven Koppelung zwischen der Hilfselektrode E2 und dem Finger 260. Der von der Detektionseinrichtung 200 hierfür ermittelte bzw. berechnete Signalverlauf entspricht dabei im Wesentlichen dem Signalverlauf wie er im unteren Diagramm der 2 gezeigt ist. Der Signalanstieg beim Berühren der Oberfläche 102 ist zwar nicht so groß wie bei einer direkten Berührung der Hilfselektrode E2 durch den Finger 260, der Anstieg ist aber ausreichend, um einen vorbestimmten Schaltpegel S sicher zu überschreiten. Zu dem ist der Signalanstieg ausreichend, um die Annäherung eines Fingers an die Hilfselektrode E2 von der Berührung der Oberfläche 102 durch den Finger sicher zu unterscheiden.
  • In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Oberfläche 102 selbst teilweise elektrisch leitfähig ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind jene Bereiche der Bedienblende 100 elektrisch leitfähig ausgestaltet, an dessen Rückseite die Schaltereinheiten 210 angeordnet werden bzw. angeordnet werden sollen.
  • Die kapazitive Koppelung C3 der Schaltereinheiten 210 mit der Detektionseinrichtung 200 hat zudem den Vorteil, dass der Gestaltungsspielraum für die Anordnung von Schaltereinheiten hinter einer Bedienblende erhöht wird, da keine galvanischen Verbindungen zwischen den Schaltereinheiten und der Detektionseinrichtung notwendig sind. Zudem können die Bedienblenden, beispielsweise für ein Haushaltsgerät mit unterschiedlichen Ausführungen hinsichtlich ihrer Funktionalität, einheitlich hergestellt werden, was die Produktion erheblich vereinfacht und die Produktionskosten wesentlich verringert. Für die Ausgestaltung der Bedienblende hinsichtlich der Funktionalität des entsprechenden Geräts müssen lediglich die hierzu notwendigen Schaltereineinheiten 210 angeordnet werden.
  • An der dem Benutzer zugewandten Oberfläche 102 kann beispielsweise eine Folie aufgebracht werden, welche in den Bereichen, an denen sich an der Rückseite der Bedienblende 100 die Schaltereinheiten 210 befinden, elektrisch leitfähig ausgestaltet sind. Damit wird es auch möglich, eine Bedienblende 100 mit allen Schaltereinheiten zu versehen, wobei die Aktivierung der einzelnen Schaltereinheiten durch das Anbringen einer teilweise elektrisch leitend ausgestalteten Folie auf der dem Benutzer zugewandten Oberfläche 100 der Bedienblende erreicht wird. Dabei werden genau jene Schaltereinheiten aktiviert, bei denen der entsprechende Bereich der Folie als elektrisch leitfähig ausgestaltet ist. Die übrigen Schaltereinheiten können deaktiviert werden, da die Berührung der Bedienblende im Bereich dieser Schaltereinheiten zu keinem sprunghaften Anstieg des von der Detektionseinrichtung 200 berechneten bzw. ermittelten Signals führt.
  • Zusätzlich kann zur Vermeidung des Bereitstellens eines Schaltpegels für deaktivierte Schaltereinheiten das Ermitteln des Überschreitens eines Schaltpegels S mit dem Auswerten eines sprunghaften Anstiegs des Signalverlaufs kombiniert werden, indem das Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts nur dann als Schaltsignal interpretiert wird, wem das Überschreiten des Schwellwerts durch einen sprunghaften Anstieg im Signalverlauf hervorgerufen wurde.
  • Da die kapazitiven Schaltereinheiten 210 von dem von der Detektionseinrichtung 200 bereitgestellten elektrischen Wechselfeld mit Energie versorgt werden, können zudem ganze Bedienblenden inkl. der Schaltereineinheiten bereitgestellt werden, welche über keine zusätzlichen elektrischen Anschlüsse verfügen müssen, so dass durch einfaches Austauschen einer Bedienblende die Funktionalität eines Geräts geändert werden kann.

Claims (16)

  1. Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion, aufweisend eine Detektorelektrode (E1), eine Hilfselektrode (E2) und eine Modulationseinrichtung (ZPS), welche mit der Detektorelektrode (E1) koppelbar ist, wobei die Detektorelektrode (E1) und die Hilfselektrode (E2) miteinander in eine kapazitive Kopplung einer vorbestimmten Koppelkapazität (C1) bringbar sind, wobei zwischen der Hilfselektrode (E2) und einem Objekt (260) eine Koppelkapazität (C2) bildbar ist, welche bei Annäherung des Objektes (260) an die Hilfselektrode (E2) und/oder bei Berührung der Hilfselektrode (E2) durch das Objekt (260) eine Änderung erfährt, wobei die Koppelkapazität (C1) und die Koppelkapazität (C2) eine Gesamtkapazität zwischen der Detektorelektrode (E1) und dem Objekt (260) bilden, und wobei die Modulationseinrichtung (ZPS) zum Modulieren einer elektrischen Größe der Modulationseinrichtung (ZPS) in Abhängigkeit von der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode (E1) und dem Objekt (260) ausgestaltet ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Detektionseinrichtung (200), welche ausgestaltet ist zum Erfassen einer Größe, die indikativ für die Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode (E1) und dem Objekt (260) ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Detektionseinrichtung (200) mit der Modulationseinrichtung (ZPS) kapazitiv koppelbar ist
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei die Modulationseinrichtung (ZPS) eine Einkoppelelektrode (EK) aufweist und wobei die kapazitive Koppelung der Detektionseinrichtung (200) mit der Modulationseinrichtung (ZPS) durch ein von der Detektionseinrichtung (200) abstrahlbares und an der Einkoppelelektrode (EK) einkoppelbares elektrisches Wechselfeld (C3) herstellbar ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Modulationseinrichtung (ZPS) mit dem elektrischen Wechselfeld (C3) mit Energie versorgbar ist.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulationseinrichtung (ZPS) eines von Schwingkreis und Frequenzteiler umfasst und wobei das Modulieren der elektrischen Größe eine Amplitudenmodulation umfasst.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Modulieren der elektrischen Größe der Modulationseinrichtung (ZPS) eine Veränderung der Last an der Detektionseinrichtung (200) bewirkt.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hilfselektrode (E2) im Wesentlichen parallel und in einem vorbestimmten Abstand (H) zur Detektorelektrode (E1) angeordnet ist.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berühren der Hilfselektrode (E2) durch das Objekt (260) einen sprunghaften Anstieg der Gesamtkapazität (C1, C2) zwischen der Detektorelektrode (E1) und dem Objekt (260) bewirkt.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Detektionseinrichtung (200) aufweist: einen elektrischen Kreis zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, welches an einer Einkoppelelektrode (EK) der Schalterein richtung einkoppelbar ist, und Mittel zum Auswerten einer elektrischen Größe.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Auswertung eine Erfassung einer Lastveränderung in dem elektrischen Kreis umfasst.
  12. Einrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lastveränderung Signalanteile verschiedener Frequenzen umfasst, wobei die Auswertung ein Trennen dieser Signalsanteile umfasst und wobei die Detektionseinrichtung (200) Mittel zum Erzeugen zumindest eines Schaltsignals aus den Signalsanteilen umfasst.
  13. Einrichtung nach Anspruch 12, wobei die Mittel zum Erzeugen zumindest eines Schaltsignals derart ausgestaltet sind, dass eine Pegeländerung des zumindest einen Schaltsignals erfolgt, wenn sich die Modulationsamplitude eines Signalsanteils sprunghaft vergrößert oder sprunghaft verkleinert.
  14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Kreis umfasst: – einen LC-Schwingkreis (241, 242) mit einer Signalgeberschaltung (240), vorzugsweise einem LC-Schwingkreis hoher Güte, zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes; und – eine parallel zum LC-Schwingkreis geschaltete Sendeelektrode (SE), wobei die Kapazität der Sendeelektrode (SE) einen Bestandteil der Schwingkreiskapazität bildet und wobei das vom LC-Schwingkreis erzeugte elektrische Wechselfeld an der Sendeelektrode (SE) abstrahlbar ist.
  15. Bedienfeld (100), aufweisend mindestens eine Einrichtung für die Berührungs-/Näherungsdetektion gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hilfselektrode (E2) an der dem Benutzer zugewandten Seite (102) des Bedienfeldes und die Detektorelektrode (E1) an der Rückseite (101) des Bedienfeldes (100) angeordnet sind.
  16. Bedienfeld nach Anspruch 15, wobei die Anordnung der Hilfselektrode (E2) und der Detektorelektrode (E1) zueinander so gewählt ist, dass die Detektorelektrode (E1) und die Hilfselektrode (E2) eine kapazitive Kopplung mit einer vorbestimmten Koppelkapazität (C1) bilden.
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