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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-211474 , eingereicht am 14. September 2009, die durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung, die eine von einem Objekt berührte Position feststellen kann, sowie auf ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Gerät.
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Eine solche Tastfeld-Eingabevorrichtung besitzt ein Schichtsubstrat aus Harz, das an der Rückseite einer Berührungsfläche vorgesehen ist. Auf dem Schichtsubstrat sind Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet, und diese Elektroden sind mit einer gedruckten Schaltungsplatte elektrisch verbunden.
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Wenn ein Objekt (beispielsweise ein dielektrisches Medium, wie ein Finger) die Berührungsfläche berührt, ändert sich die Kapazität zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode, und man erhält von der Detektionselektrode eine Detektionsspannung in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung. Als Ergebnis hiervon identifiziert die Steuerung des Schaltungssubstrats die berührte Position, und diese erzielte Information wird zum Ausführen einer vorbestimmten Verarbeitung verwendet (siehe z. B. ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-157107 ).
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Obwohl es in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-157107 nicht offenbart ist, ist auch eine Technologie bekannt, bei der das Schichtsubstrat von der Rückseite des Schichtsubstrats her beleuchtet wird (siehe z. B. ungeprüfte
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-135059 ). Wenn die in diesen beiden Dokumenten offenbarten Technologien kombiniert werden, können somit Zeichen oder dergleichen, die in die Berührungsfläche eingebracht sind, durch Beleuchten der Berührungsfläche von der Rückseite her in hervorgehobener Weise angezeigt werden.
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Zum effizienten Führen des Lichts eines Leuchtelements zu dem Schichtsubstrat ist es bevorzugt, dass ausgeschnittene Öffnungen in dem Schichtsubstrat gebildet sind und die Treiberelektroden und die Detektionselektrode unter Umgehung dieser ausgeschnittenen Öffnungen angeordnet sind.
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Da jedoch keine Treiberelektroden oder Detektionselektroden an den ausgeschnittenen Öffnungen entsprechenden Stellen vorhanden sind, ist die Elektrodendichte gering, wobei dies zu einer niedrigen Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt. Andererseits ist die Elektrodendichte an die ausgeschnittenen Öffnungen umgebenden Stellen hoch, wobei dies zu einer hohen Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt. Dies führt zu Schwankungen in der Objekt-Detektionsempfindlichkeit in einem Detektionsbereich, die von gering bis hoch reichen.
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In Anbetracht des Vorstehenden schafft die vorliegenden Erfindung eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung, die das vorstehend geschilderte Problem löst und eine gemittelte Objekt-Detektionsempfindlichkeit in einem Detektionsbereich realisiert, wobei die Erfindung ferner einen mit dieser Vorrichtung ausgestattetes Gerät schafft.
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Gemäß einem Gesichtspunkt weist eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: Ein Detektionssubstrat, auf dem Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet sind, wobei es sich bei der einen Seite des Detektionssubstrats um einen Detektionsbereich handelt; ein Schaltungssubstrat, auf dem ein Leuchtelement bzw. eine Leuchteinrichtung angebracht ist, die Licht in Richtung auf das Detektionssubstrat abstrahlt, wobei das Schaltungssubstrat auf einer Seite entgegengesetzt von der Seite des Detektionsbereichs des Detektionssubstrats angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung zum Feststellen einer Annäherung eines Objekts an das Detektionssubstrat auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode. Das Detektionssubstrat weist eine ausgeschnittene bzw. ausgesparte Öffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg für das von der Leuchteinrichtung abgestrahlte Licht entspricht, und die Treiberelektroden und die Detektionselektrode sind in die ausgesparte Öffnung umgehenderweise angeordnet.
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Eine Metallplatte ist zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnet, wobei die Metallplatte eine Durchgangsöffnung an einer Stelle aufweist, die dem Lichtweg von der Leuchteinrichtung zu der ausgesparten Öffnung entspricht.
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Gemäß der Erfindung sind auf dem Detektionssubstrat Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet, wobei die Steuereinrichtung die Annäherung eines Objekts an das Detektionssubstrat auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode feststellen kann.
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Auf dem Schaltungssubstrat ist eine Leuchteinrichtung angebracht, und das Detektionssubstrat weist eine ausgesparte Öffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg für das von der Leuchteinrichtung abgestrahlte Licht entspricht, wobei die Treiberelektroden und die Detektionselektrode unter Umgehung der ausgesparten Öffnung angeordnet sind.
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Dies erlaubt ein effizientes Führen des Lichts der Leuchteinrichtung in Richtung zu dem Detektionssubstrat, jedoch ist die Elektrodendichte an einer der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle gering, was zu einer Reduzierung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt, während in dem umgebenden Bereich die Elektrodendichte hoch ist, was zu einer Erhöhung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Metallplatte zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnet, und die Metallplatte weist eine Durchgangsöffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg von der Leuchteinrichtung zu der ausgesparten Öffnung entspricht. In einem anderen Bereich als der der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle kann, obwohl die Elektrodendichte dort hoch ist, die Objekt-Detektionsempfindlichkeit somit vermindert werden, da dieser Bereich mit der Metallplatte bedeckt ist. Andererseits wird an der der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle die Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Durchgangsöffnung nicht vermindert, sondern bleibt wie sie ist. Als Ergebnis hiervon kann die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionsbereich gemittelt werden.
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Außerdem hat die zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnete Metallplatte die Funktion einer Einrichtung zum Schutz gegen elektromagnetische Interferenz (EMI).
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Bei dieser Konfiguration der vorliegenden Erfindung kann das Schaltungssubstrat ein elektronisches Bauteil aufweisen, das zum Ansteuern der auf diesem angebrachten Treiberelektroden ausgebildet ist.
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Diese Konfiguration hat den zusätzlichen Vorteil, dass selbst wenn das zum Ansteuern der Treiberelektroden ausgebildete elektronische Bauteil Funkstörstrahlung erzeugt, die zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat vorgesehene Metallplatte unerwünschte Funkstörstrahlung oder dergleichen blockieren kann.
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Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kann ein Plattenelement das Detektionssubstrat in einer Anordnung auf seiner Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite des Plattenelements eine Bedienungsfläche bildet, und ein elastisches Element, das Elastizität in Richtung seiner Dicke aufweist, kann zwischen dem Detektionssubstrat und der Metallplatte angeordnet sein. Das Detektionssubstrat kann dadurch in enge Berührung mit der rückwärtigen Oberfläche des Plattenelements gebracht sein, das die Metallplatte und das elastische Element in Richtung auf das Plattenelement gedrückt gehalten sind.
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Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration bestehen darin, dass das Plattenelement, das Detektionssubstrat, das elastische Element und die Metallplatte in dieser Reihenfolge angeordnet sind und das elastische Element die Distanz zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat sowie die Distanz zwischen dem Detektionssubstrat und der Metallplatte vorgibt.
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Genauer gesagt ist die Distanz zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat klein und konstant vorgesehen, so dass sich keine Luftschicht zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat bilden kann. Dies verhindert die Entstehung von Schwankungen in der Ansprechempfindlichkeit aufgrund eines Raums in irgendeinem Teil zwischen dem Detektionssubstrat und dem Plattenelement.
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Da das Detektionssubstrat und die Metallplatte derart angeordnet sind, dass sie durch die Dicke des elastischen Elements voneinander getrennt sind, kann eine übermäßige Reduzierung in der Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Metallplatte verhindert werden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kann ein Halteelement zum Halten der Metallplatte und des Schaltungssubstrats zwischen der Metallplatte und dem Schaltungssubstrat vorgesehen sein. Die Metallplatte kann einen Verlängerungsbereich aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass er sich von einem Rand der Metallplatte weg erstreckt und in Richtung auf das Innere der Metallplatte umgebogen ist. Durch Befestigen des Schaltungssubstrats an dem Halteelement unter Verwendung einer Schraube in einem Zustand, in dem der Verlängerungsbereich sandwichartig zwischen dem Schaltungssubstrat und dem Halteelement angeordnet bzw. eingeklemmt ist, kann ein auf dem Schaltungssubstrat angeordnetes Erdungsmuster mit dem Verlängerungsbereich in Kontakt gebracht werden.
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Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration bestehen darin, dass durch Verbinden der Metallplatte mit dem Erdungsmuster des Schaltungssubstrats verschiedene Arten von Rauschen eliminiert werden können, so dass die Metallplatte als ausreichend wirksame Einrichtung für den EMI-Schutz fungieren kann. Indem das Schaltungssubstrat und das Halteelement unter Anordnung des Verlängerungsbereichs der Metallplatte zwischen diesen unter Verwendung einer Schraube aneinander befestigt sind, kann die Metallplatte in einfacher Weise mit dem Erdungsmuster verbunden werden, und außerdem ist die Orientierung der Metallplatte und des Detektionssubstrats stabilisiert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung ein Gerät vor, das eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung beinhaltet, wie diese vorstehend beschrieben worden ist.
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Ein solches Gerät hat den weiteren Vorteil, dass die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionssubstrat gemittelt werden kann und als Ergebnis hiervon die Zuverlässigkeit des Geräts verbessert ist, da sich bei einer Bedienungsperson des Geräts kein Grund zur Besorgnis einstellt.
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Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Darstellung, in der eine Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs vorgesehen ist;
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2 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der in 1 gezeigten Tastfeld-Eingabevorrichtung;
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3 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Tastfeld-Eingabevorrichtung entlang der Linie III-III in 2;
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4 eine Draufsicht auf das in 3 gezeigte Schichtsubstrat;
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5 ein Konfigurationsdiagramm der Tastfeld-Eingabevorrichtung, die die in 3 gezeigte integrierte Schaltung beinhaltet;
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6 eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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7 eine Schnittdarstellung der Tastfeld-Eingabevorrichtung entlang der Linie VIII-VIII in 6.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 veranschaulicht den Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs 1, wobei ein Sitz 4, der genauer gesagt durch einen Fahrersitz und einen vorderen Beifahrersitz gebildet ist, in der Breitenrichtung des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Ein Armaturenbrett 2 ist vor dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz angeordnet, und eine Windschutzscheibe 6 ist wiederum vor dem Armaturenbrett 2 angeordnet, wenn man aus dem Fahrzeug in Vorwärtsbewegungsrichtung blickt. Ein Bereich in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 1 ist von dem Fahrersitz und vom dem Beifahrersitz aus zu sehen.
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In dem Bereich des Fahrersitzes können an der Vorderseite des Armaturenbretts 2 angeordnete Instrumente 8 beispielsweise die Geschwindigkeit, den Kilometerstand und die Gangschaltposition des Fahrzeugs 1 anzeigen. Ein Lenkrad 10 ist an dem Ende einer Lenksäule 12 drehbar vorgesehen, die sich von unterhalb des Armaturenbretts 2 in Richtung auf den Sitz 4 erstreckt. Ein Schalthebel 14, der sich von der Lenksäulenwandung der Lenksäule 12 zu dem Beifahrersitz hin erstreckt, lässt sich nach oben und nach unten bewegen.
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Luftaustritte 16 einer Klimaanlage, die an der Vorderseite des Armaturenbretts 2 in den Bereichen von dem Fahrersitz bis zu dem Beifahrersitz angeordnet sind, leiten bei Aktivierung der Klimaanlage Luft in das Innere des Fahrgastinnenraums hinein.
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Ein Monitor bzw. Bildschirm 18 ist an der Vorderseite des Armaturenbretts 2 zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz angeordnet. Der Bildschirm 18 kann bei Aktivierung eines Navigationsgeräts 200 Karten, Betriebsmenüs oder dergleichen anzeigen.
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Eine Mittelkonsole 20 erstreckt sich von unterhalb des Bildschirms 18 in Richtung auf den Sitz 4, und ein Schlitz 22 eines Audiogeräts, in den eine CD oder eine MD eingeführt werden kann, ist in der Nähe des Bildschirms 18 angeordnet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Tastfeldeinheit (kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung) 24 an der Mittelkonsole 20 an einer geeigneten Stelle auf der zu dem Sitz 4 hin gelegenen Seite von dem Schlitz 22 angeordnet.
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Die Tastfeldeinheit 24 kann die Position eines Objekts (eines dielektrischen Mediums, wie z. B. eines Fingers), das eine Tastfläche 32 berührt, auf der Tastfläche 32 feststellen. Unter Verwendung von Information, die man durch diese Feststellung erhält, kann das Navigationsgerät 200 betätigt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Tastfeldeinheit 24 zwar für den Betrieb des Navigationsgeräts 200 beschrieben wird, jedoch ist es selbstverständlich auch für den Betrieb von anderen in einem Fahrzeug angebrachten Geräten geeignet, wie z. B. die vorstehend genannte Klimaanlage und das vorstehend genannte Audiogerät.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann die Tastfeldeinheit 24 ein Plattenelement 30 aufweisen, das aus einem Harzmaterial gebildet ist. Das Plattenelement 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet die Berührungsfläche 32, auf deren Vorderseite Ziffern 1 bis 4 eingeprägt bzw. eingebracht sind. Das Plattenelement 30 ist kastenförmig ausgebildet und besitzt eine nach unten weisende Öffnung, wobei sich vier Seiten mit Seiten 34 und 36 von den Rändern der im Wesentlichen rechteckigen Berührungsfläche 32 nach unten erstrecken und ein offenes Ende 38 bilden.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind ein Schichtsubstrat (Detektionssubstrat) 40, eine Abschirmplatte (Metallplatte) 60, vorzugsweise ein Halter (Halteelement) 70 und eine bedruckte Schaltungsplatte (Schaltungssubstrat) 80 in der genannten Reihenfolge im Inneren des Plattenelements 30 angeordnet. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 3 das Schichtsubstrat 40 und die Abschirmplatte 60 mit einer größeren Dicke als ihrer tatsächlichen Dicke dargestellt sind, um das Verständnis der Konstruktion zu erleichtern.
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Das Schichtsubstrat 40 ist durch Schneiden eines Harz-Isolatorflächenmaterials gebildet. Das Schichtsubstrat 40 weist Verdrahtungsmuster auf, wie diese in 4 gezeigt sind, und erfasst die Position eines Objekts, das die Berührungsfläche 32 berührt, unter Nutzung einer Kapazitätsänderung.
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Im Spezielleren weist das Schichtsubstrat 40 einen im Wesentlichen rechteckigen Detektionsbereich 42 auf, und ausgeschnittene bzw. ausgesparte Öffnungen 48 sind innerhalb des Detektionsbereichs 42 durch das Schichtsubstrat 40 hindurch eingebracht. Die ausgesparten Öffnungen 48 entsprechen jeweils den Positionen der vier Ziffern 1 bis 4, die in die Berührungsfläche 32 eingebracht sind.
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Beispielsweise sind eine Detektionselektrode 44 und vier Treiberelektroden 46 nebeneinander in dem Detektionsbereich 42 angeordnet, wobei der Detektionsbereich 42 an der Rückseite der Berührungsfläche 32 angeordnet ist. Die Detektionselektrode 44 und die Treiberelektroden 46 sind aus Kupferfolienmaterial gebildet.
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In 4 sind die Treiberelektroden 46 derart angeordnet, dass sie sich von dem linken Ende zu dem rechten Ende des Detektionsbereichs 42 erstrecken, wobei sie in diesem Verlauf an geeigneten Stellen nach oben oder unten verzweigt sind und dabei die ausgesparten Öffnungen 48 umgehen. In 4 erstrecken sich die vier Treiberelektroden 46 im Uhrzeigersinn zu einem streifenförmigen Verdrahtungsbereich 47 an dem unteren Ende des Detektionsbereichs 42.
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Der Verdrahtungsbereich 47 besitzt eine ausreichende Länge, damit er mit der gedruckten Schaltungsplatte 80 (3) verbindbar ist, und die Treiberelektroden 46 sind durch den Verdrahtungsbereich 47 mit der gedruckten Schaltungsplatte 80 elektrisch verbunden.
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Die drei Bereiche der Detektionselektrode 44 sind zwischen den einander benachbarten Treiberelektroden 46 angeordnet. Genauer gesagt sind die drei Bereiche der Detektionselektrode 44 in der in 4 dargestellten Weise derart angeordnet, dass sie sich von dem rechten Ende des Detektionsbereichs 42 zu dem linken Ende von diesem erstrecken und dabei die ausgesparten Öffnungen 48 umgehen, wobei sie keine die ausgesparten Öffnungen 48 umschließenden, geschlossenen Schaltungen bilden.
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Ähnlich zu den Treiberelektroden 46 sind die drei Bereiche der Detektionselektrode 44 an geeigneten Stellen in ihrem Verlauf nach oben oder nach unten verzweigt sowie zwischen den einander benachbarten Treiberelektroden 46 angeordnet.
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Wie in 4 gezeigt ist, sind die drei Bereiche der Detektionselektrode 44 an dem linken Ende des Detektionsbereichs 42 miteinander verbunden, wobei die Detektionselektrode 44 derart ausgebildet ist, dass sie sich zu dem unteren Ende des Detektionsbereichs 42 und zu dem Verdrahtungsbereich 47 hin erstreckt, wo die Detektionselektrode 44 mit der gedruckten Schaltungsplatte 80 elektrisch verbunden ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass auch vertikale Treiberelektroden (nicht gezeigt), die in Vertikalrichtung des Detektionsbereichs 42 in 4 verlaufen und in feststehenden Intervallen angeordnet sind, beispielsweise auf der Seite des Detektionsbereichs 42 ausgebildet sind, die der Seite entgegengesetzt ist, auf der die Detektionselektrode 44 und die Treiberelektroden 46 vorgesehen sind. Diese in Vertikalrichtung verlaufenden Elektroden sind über den Verdrahtungsbereich 47 ebenfalls mit der gedruckten Schaltungsplatte 80 elektrisch verbunden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist die Abschirmplatte 60 aus einer dünnen Platte aus rostfreiem Stahl gebildet, wobei die Abschirmplatte 60 eine im Wesentlichen rechteckige obere Oberfläche 62 in Berührung mit dem Schichtsubstrat 40, und zwar genauer gesagt mit der Rückseite des Detektionsbereichs 42 aufweist.
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Die Abschirmplatte 60 besitzt gegenüber von der oberen Oberfläche 62 (3) eine untere Oberfläche 64, die dem Halter 70 zugewandt ist, und ferner sind in die Abschirmplatte 60 Durchgangsöffnungen 68 derart eingebracht, dass sich diese durch die obere Oberfläche 62 sowie die untere Oberfläche 64 hindurch erstrecken.
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Die Durchgangsöffnungen 68 sind konzentrisch mit den jeweiligen ausgesparten Öffnungen 48 und entsprechen den jeweiligen Positionen der Ziffern auf der Berührungsfläche 32. Die Durchgangsöffnungen 68 sind derart ausgebildet, dass sie geringfügig größere Öffnungsflächen als die ausgesparten Öffnungen 48 aufweisen.
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Der Halter 70 ist aus Harz gebildet und hält einen Abstand zwischen der Abschirmplatte 60 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 aufrecht. Der Halter 70 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige obere Fläche 72, gegenüber von der oberen Oberfläche 72 (2) eine untere Oberfläche 74, die der gedruckten Schaltungsplatte 80 zugewandt ist, sowie in diesem derart ausgebildete kontinuierliche Öffnungen 78, dass sich diese durch die obere Oberfläche 72 und die untere Oberfläche 74 hindurch erstrecken. Die kontinuierlichen Öffnungen 78 sind konzentrisch mit den jeweiligen ausgesparten Öffnungen 48 und sind derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen die gleiche Öffnungsfläche wie die ausgesparten Öffnungen 48 aufweisen.
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Unter Bezugnahme auf 2 besitzt die gedruckte Schaltungsplatte 80 eine obere Oberfläche 82 in Berührung mit dem Halter 70 sowie eine untere Oberfläche 84, die mit einem in 3 dargestellten Verbinder 88 versehen ist, und ein U-förmiger Bereich 86 zum Aufnehmen des Verdrahtungsbereichs 87 ist in der Nähe des Verbinders 88 durch Abschneiden eines Bereichs der gedruckten Schaltungsplatte 80 von der oberen Oberfläche 82 bis durch die untere Oberfläche 84 hindurch gebildet.
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Auf der oberen Oberfläche 82 sind LEDs (Leuchtelemente) 90 zum Beleuchten der jeweiligen Ziffern 1 bis 4 angebracht.
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Im Spezielleren sind die LEDs 90 derart angeordnet, dass sie konzentrisch mit den jeweiligen ausgesparten Öffnungen 48 sind. Die ausgesparten Öffnungen 48, die Durchgangsöffnungen 68 sowie die kontinuierlichen Öffnungen 78 haben die Funktion von Lichtwegen für die LEDs 90.
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Auf diese Weise können die LEDs 90 die Berührungsfläche 32 von der Rückseite her beleuchten, so dass die Ziffern 1 bis 4 in hervorgehobener Weise angezeigt werden können.
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Der sich von dem Detektionsbereich 42 weg erstreckende Verdrahtungsbereich 47 ist über die Seiten der Abschirmplatte 60, des Halters 70 und die gedruckte Schaltungsplatte 80 sowie durch den U-förmigen Bereich 86 geführt und erstreckt sich auf die untere Oberfläche 84 der gedruckten Schaltungsplatte 80, um mit dem Verbinder 88 verbunden zu werden.
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Eine integrierte Schaltung (elektronisches Bauteil) 94 kann an der unteren Oberfläche 84 (3) angebracht sein. Die integrierte Schaltung 94 kann die LEDs 90 und die Treiberelektroden 46 ansteuern und die Annäherung eines Objekts auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden 46 und der Detektionselektrode 44 detektieren.
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Wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, ist die integrierte Schaltung 94 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Spezielleren mit einem Verstärker 96, einem A/D-Wandler 97 und einer Steuerung (Steuereinrichtung) 98 versehen. Die Treiberelektroden 46 der vorstehend beschriebenen Tastfeldeinheit 24 sind durch den Verbinder 88 mit der Steuerung 98 verbunden. Die Detektionselektrode 44 ist durch den Verbinder 88 mit dem Verstärker 96 verbunden, der wiederum mit dem A/D-Wandler 97 verbunden ist.
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Wenn eine Spannung an die Treiberelektroden 46 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld mit einem vorbestimmten Potential erzeugt, und wenn das vorstehend genannte Objekt die Berührungsfläche 32 in diesem Zustand berührt, ändert sich die Kapazität zwischen den Treiberelektroden 46 und der Detektionselektrode 44, so dass sich auf diese Weise koordinatendaten ermitteln lassen.
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Wenn sich das Objekt in diesem Zustand einer der Treiberelektroden 46 nähert, wird zwischen dem Objekt und dieser Treiberelektrode 46 und auch zwischen dem Objekt und der Detektionselektrode 44 eine Kapazität gebildet, und hierdurch ändert sich die Kapazität zwischen dieser Treiberelektrode 46 und der Detektionselektrode 44.
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Anschließend wird die Potentialänderung der Detektionselektrode 44 durch den Verstärker 96 verstärkt, und nach der Umwandlung in ein digitales Signal durch den A/D-Wandler 97 wird sie in die Steuerung 98 eingegeben.
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Die Steuerung 98 ermittelt Koordinatendaten auf der Basis der von der Detektionselektrode 44 erhaltenen Information sowie der von der ausgewählten Treiberelektrode 46 erhaltenen Information. Dadurch identifiziert die Steuerung 98 die Position, die durch das Objekt berührt worden ist, und gibt ein Betätigungssignal an das Navigationsgerät 200 ab.
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Obwohl das Schichtsubstrat 40 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels mit der Abschirmplatte 60 in Kontakt steht, kann zwischen dem Schichtsubstrat 40 und der Abschirmplatte 60 auch ein elastisches Element vorgesehen sein.
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Im Spezielleren ist bei einer Tastfeldeinheit 24A eines weiteren Ausführungsbeispiels, wie es in den 6 und 7 dargestellt ist, wobei Konstruktionen mit den gleichen Funktionen wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine ausführliche Beschreibung von diesen verzichtet wird; dabei ist das Schichtsubstrat 40 in enger Berührung mit der Rückseite der Berührungsfläche 32 angeordnet.
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Im Spezielleren sind die Buchstaben A bis F des Alphabets in die Vorderseite (6) der Berührungsfläche 32 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eingebracht, und ein Objekt kann die jeweiligen Buchstaben in ähnlicher Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel berühren.
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Ein Schichtsubstrat 40, vorzugsweise eine Schwammmaterialplatte (elastisches Element) 50, eine Abschirmplatte 60, ein Halter 70 und eine gedruckte Schaltungsplatte 80 sind in dieser Reihenfolge im Inneren eines Plattenelements 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angeordnet.
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Das Schichtsubstrat 40 weist ausgesparte Öffnungen 48 auf, die den Positionen der Buchstaben A bis F jeweils entsprechen, und ein Detektionsbereich 42 weist Verdrahtungsmuster auf, die den unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen im Wesentlichen ähnlich sind, wobei die Verdrahtungsmuster durch einen Verdrahtungsbereich 47 mit der gedruckten Schaltungsplatte 80 elektrisch verbunden sind.
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Hierbei weist die Schwammmaterialplatte 50 Elastizität in Richtung ihrer Dicke auf, und sie besitzt eine im Wesentlichen rechteckige obere Oberfläche 52, die der rückwärtigen Oberfläche des Detektionsbereichs 42 zugewandt ist, sowie auf der der oberen Oberfläche 52 (7) entgegengesetzten Seite eine untere Oberfläche 54, die der Abschirmplatte 60 zugewandt ist. In der Schwammmaterialplatte 50 sind kontinuierliche Öffnungen 58 ausgebildet, die sich von der oberen Oberfläche 52 bis hindurch zu der unteren Oberfläche 54 erstrecken. Die kontinuierlichen Öffnungen 58 sind konzentrisch mit den ausgesparten Öffnungen 48 und sind derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen die gleiche Öffnungsfläche wie die ausgesparten Öffnungen 48 aufweisen und somit die Funktion von Lichtwegen für die LEDs 90 haben.
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Wenn die Abschirmplatte 60, die Schwammmaterialplatte 50 und das Schichtsubstrat 40 in dieser Reihenfolge von der Unterseite her auf die obere Oberfläche 72 des Halters 70 gestapelt sind sowie im Inneren des Plattenelements 30 angeordnet sind, kann der Halter 70 die Schwammmaterialplatte 50 und die Abschirmplatte 60 derart halten, dass diese in Richtung auf das Plattenelement 30 gedrückt sind. Dadurch drückt die obere Oberfläche 52 der Schwammmaterialplatte 50 die rückwärtige Oberfläche des Detektionsbereichs 42 nach oben in Richtung zu dem Plattenelement 30 hin, so dass der Detektionsbereich 42 in bevorzugter Weise in enger Berührung mit der rückwärtigen Oberfläche des Plattenelements 30 stehen kann.
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Außerdem ist die Abschirmplatte 60 des vorliegenden Ausführungsbeispiels an dem Halter 70 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 fest fixiert.
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Genauer gesagt kann die Abschirmplatte 60 einen L-förmigen Verlängerungsbereich 67 aufweisen. Der Verlängerungsbereich 67 ist an einer Stelle an einem Rand 65 gegenüber von dem Verdrahtungsbereich 47 des Schichtsubstrats 40 angeordnet und ist derart ausgebildet, dass er sich nach unten erstreckt und dann in Richtung nach innen umgebogen ist.
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In dem L-förmigen Verlängerungsbereich 67 ist die vertikale Oberfläche über eine angemessene Länge ausgebildet, so dass sich diese über die Seite des Halters 70 erstreckt, und die horizontale Fläche ist derart ausgebildet, dass sie sich in einem in einer unteren Oberfläche 74 des Halters 70 (6) ausgebildeten Aussparungsbereich 76 unterbringen lässt und sandwichartig zwischen der unteren Oberfläche 74 des Halters 70 und der oberen Oberfläche 82 der gedruckten Schaltungsplatte 80 angeordnet ist. Eine Schraubenöffnung 69 für eine im Folgenden noch zu beschreibende Schraube 100 ist an einer geeigneten Stelle in der horizontal verlaufenden Fläche vorgesehen.
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LEDs 90 sind auf der gedruckten Schaltungsplatte 80 in ähnlicher Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel angebracht und beleuchten die Berührungsfläche 62 von der Rückseite her, um die Buchstaben A bis F in hervorgehobener Weise anzuzeigen. Ein Erdungsmuster 92 der gedruckten Schaltungsplatte 80 erstreckt sich auf der oberen Oberfläche 82 der gedruckten Schaltungsplatte 80 an einer der horizontalen Fläche des Verlängerungsbereichs 67 zugewandten Stelle (6). Das Erdungsmuster 92 ist derart ausgebildet, dass es im Wesentlichen die gleiche Größe wie der horizontale Flächenbereich des Verlängerungsbereichs 67 aufweist.
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In der gedruckten Schaltungsplatte 80 ist eine Schraubenöffnung 89 an einer der vorstehend beschriebenen Schraubenöffnung 69 entsprechenden Stelle in durchgehender Weise von der oberen Oberfläche 82 bis zu der unteren Oberfläche 84 gebildet.
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Durch Einschrauben der Schraube 100 von der unteren Oberfläche 84 her durch die Schraubenöffnung 89 und die Schraubenöffnung 69 hindurch in einem Zustand, in dem die horizontale Fläche des Verlängerungsbereichs 67 sandwichartig zwischen dem Halter 70 und dem Erdungsmuster 82 angeordnet ist und vorzugsweise mit diesen in Kontakt steht, sowie durch Festlegen des Halters 70 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 unter Verwendung der Schraube 100 ist die Abschirmplatte 60 fest fixiert.
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Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind bei der Tastfeldeinheit 24 bzw. 24A der Ausführungsbeispiele die Treiberelektroden 46 und die Detektionselektrode 44 nebeneinander auf dem Schichtsubstrat 40 vorgesehen, und die Steuerung 98 kann ein sich dem Detektionsbereich 42 näherndes Objekt auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden 46 und der Detektionselektrode 44 detektieren.
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Ferner sind die LEDs 90 auf der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehen, und das Schichtsubstrat 40 weist ausgesparte Öffnungen 48 an den Lichtwegen der LEDs 90 entsprechenden Stellen auf, wobei die Treiberelektroden 46 und die Detektionselektrode 44 auf dem Schichtsubstrat 40 in die ausgesparten Öffnungen 48 umgehender Weise angeordnet sind.
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Das Licht von den LEDs 90 kann auf diese Weise in effizienter Weise zu dem Schichtsubstrat 40 geführt werden, und selbst wenn die Tastfeldeinheit 24 bzw. 24A sich im Dunkeln befindet, lässt sie sich in einfacher Weise identifizieren. Im Allgemeinen ist die Objekt-Detektionsempfindlichkeit an den ausgesparten Öffnungen 48 entsprechenden Stellen gering, da die Elektrodendichte gering ist, während die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in den umgebenden Bereichen der ausgesparten Öffnungen 48 hoch ist, da die Elektrodendichte hoch ist.
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Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist jedoch die Abschirmplatte 60 zwischen dem Schichtsubstrat 40 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehen, wobei die Abschirmplatte 60 die Durchgangsöffnungen 68 an jeweiligen Stellen aufweist, die den Lichtwegen von den LEDs 90 zu den ausgesparten Öffnungen 48 entsprechen. In einem anderen Bereich als den Stellen, die den ausgesparten Öffnungen 48 entsprechen, nimmt somit trotz der hohen Elektrodendichte die Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund eines Aufhebungseffekts nicht zu, da dieser Bereich von der Abschirmplatte 60 bedeckt ist. An Stellen dagegen, die den ausgesparten Öffnungen 48 entsprechen, wird die Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Durchgangsöffnungen 68 nicht geringer, und diese bleibt wie sie ist. Als Ergebnis hiervon kann die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionsbereich 42 gemittelt werden.
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Ferner hat die Abschirmplatte 60, die zwischen dem Schichtsubstrat 40 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehen ist, die Funktion einer Einrichtung zum Schutz vor elektromagnetischer Interferenz (EMI).
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Im Spezielleren kann selbst dann, wenn die integrierte Schaltung 94, die die Treiberelektroden 46 ansteuert, Funkstörstrahlung erzeugt, die zwischen dem Schichtsubstrat 40 und der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehene Abschirmplatte 60 unerwünschte Funkstörstrahlung oder dergleichen in zuverlässiger Weise blockieren.
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Ferner sind bei der Tastfeldeinheit 24A das Plattenelement 30, das Schichtsubstrat 40, die Schwammmaterialplatte 50, die Abschirmplatte 60, der Halter 70 und die gedruckte Schaltungsplatte 80 in dieser Reihenfolge vorgesehen, wobei die Schwammmaterialplatte 50 die Distanz zwischen dem Plattenelement 30 und dem Schichtsubstrat 40 sowie die Distanz zwischen dem Schichtsubstrat 40 und der Abschirmplatte 60 vorgibt.
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Genauer gesagt ist die Distanz zwischen der Berührungsfläche 32 des Plattenelements 30 und dem Detektionsbereich 42 des Schichtsubstrats 40 derart gering und konstant ausgebildet, dass sich keine Luftschicht zwischen der Berührungsfläche 32 und dem Detektionsbereich 42 bilden kann. Dies verhindert die Entstehung einer Schwankung in der Ansprechempfindlichkeit, die durch das Vorhandensein eines Raums in irgendeinem Teil zwischen einem Detektionssubstrat und einem Plattenelement verursacht wird.
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Da das Schichtsubstrat 40 und die Abschirmplatte 60 derart angeordnet sind, dass sie durch die Dicke der Schwammmaterialplatte 50 voneinander getrennt sind, kann eine übermäßige Reduzierung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Abschirmplatte 60 verhindert werden.
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Ferner können durch Verbinden der Abschirmplatte 60 mit dem Erdungsmuster 92 der gedruckten Schaltungsplatte 80, wie bei der Tastfeldeinheit 24A, verschiedene Arten von Rauschen aufgehoben werden, so dass die Abschirmplatte 60 als ausreichend wirksame Einrichtung für den EMI-Schutz wirken kann. Indem die gedruckte Schaltungsplatte 80 und der Halter 70 unter Zwischenanordnung des Verlängerungsbereichs 67 der Abschirmplatte 60 zwischen diesen mittels einer Schraube aneinander befestigt sind, lässt sich die Abschirmplatte 60 in einfacher Weise mit dem Erdungsmuster 92 verbinden, und zusätzlich dazu ist auch die Orientierung der Abschirmplatte 60 und des Schichtsubstrats 40 stabil ausgeführt.
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Ferner kann bei der vorstehend beschriebenen Tastfeldeinheit 24 bzw. 24A die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionsbereich 42 gemittelt werden, und hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Navigationsgeräts 200 erhöht, da ein Fall vermieden wird, in dem zwar eine Bedienungsperson der Tastfeldeinheit 24 bzw. 24A die Berührungsfläche 32 mit Sicherheit berührt, jedoch kein Ansprechen erfolgt, was bei der Bedienungsperson Bedenken und Unruhe verursacht.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und im Umfang der Ansprüche sind verschiedene Modifikationen möglich. Zum Beispiel können Konstruktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele teilweise weggelassen oder in einer beliebigen anderen Weise als der vorstehend beschriebenen kombiniert werden.
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Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind zwar Fälle beschrieben worden, in denen die vorliegende Erfindung für die Realisierung beispielsweise der Betätigung eines Navigationsgeräts beschrieben worden sind, Jedoch kann die kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur bei in Fahrzeugen angebrachten Geräten verwendet werden, sondern auch bei solchen Vorrichtungen wie einem Personalcomputer (PC), einer Verkaufsmaschine, einem Bankautomaten, einem persönlichen Gerät sowie einer Fernsteuerung, die die Fernsteuerung eines Fernsehgeräts ermöglicht. Auch in diesen Fällen wird die Mittelung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit in ähnlicher Weise realisiert, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-211474 [0001]
- JP 2007-157107 [0004, 0005]
- JP 2009-135059 [0005]
