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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Schalter, insbesondere für eine berührungserkennende Armaturentafel oder eine berührungserkennende Membranschnittstelle und speziell, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich für eine Tastbildschirmvorrichtung, um eine unbeabsichtigte Aktivierung des Schalters zu verhindern oder einzuschränken. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verhindern einer versehentlichen Betätigung eines solchen Schalters und ein Motorfahrzeug, das mindestens eine elektrische Komponente enthält, die durch einen solchen Schalter aktiviert werden kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Nachdem Tablet-Computer und durch Berührung aktivierbare Smartphones inzwischen weit verbreitet sind, zieht sich die Touchscreen-Technologie durch sämtliche Bereiche des modernen Lebens. Diese Technologie hat auch auf anderem Gebiet Einzug gehalten als alternatives Mittel für übliche mechanische oder elektromechanische Bedienvorrichtungen.
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Ein solches Gebiet ist die Automobilindustrie. Ein modernes Motorfahrzeug hat eine große Anzahl von elektronisch gesteuerten Komponenten, wobei manche automatisch gesteuert werden und manche eine Benutzereingabe erfordern. Tastbildschirme können an der Armaturentafel des Fahrzeugs vorgesehen sein, und über diese Tastbildschirme kann der Benutzer zum Beispiel das Audiosystem, die Klimaanlage oder das Navigationssystem des Fahrzeugs bedienen.
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Die Berührungserkennung wird in der typischen Weise erreicht durch die Verwendung eines kapazitiven Tastbildschirms, der normalerweise als elektrischer Isolator ausgebildet ist, der mit einem elektrischen Leiter beschichtet ist. Wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, führt dies zu einer Verformung des elektrostatischen Feldes des Bildschirms, die erkannt werden kann und eine Aktivierung einer zugeordneten Steuerfunktion bewirken kann.
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Eine kapazitive Berührungserkennung ist naturgemäß anfällig für eine fehlerhafte Auslösung, d. h. für eine versehentliche Aktivierung. Elektromagnetische Streufelder können in dem Bildschirmfeld ähnliche Störungen hervorrufen, die eine versehentlich Aktivierung verursachen, wenn der Benutzer gegebenenfalls zu nahe an den Bildschirm kommt, den Bildschirm aus Versehen berührt oder den falschen Befehl auslöst.
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Bei einem Motorfahrzeug kann eine versehentliche Aktivierung ein gefahrbringendes Problem darstellen, da der Fahrer abgelenkt wird, wenn er versucht, die Ausgabe rückgängig zu machen, was wiederum zu gefahrbringendem Fahren führt.
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Ein weiteres Thema ist, dass die aktuelle Touchscreen-Technologie ein flaches Display erfordert und dass solche kapazitiven Bildschirme starr und nicht verformbar sind. Dies erschwert den Einbau der derzeitigen Technologie an nicht ebenen und/oder kleineren Stellen.
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Aus diesem Grund wird ein Schalter gewünscht, der in mehreren Stufen aktiviert wird, um eine falsche Aktivierung oder falsche Auslösung zu vermeiden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mehrstufiger Schalter für eine Berührungserkennungs-Vorrichtung angegeben, wobei der Schalter umfasst: eine Berührungserkennungsschicht; ein Schalterstromkreissubstrat; eine Gruppe elektrischer Kontakte, umfassend einen ersten elektrischen Kontakt, der mit der Berührungserkennungsschicht in Verbindung steht, und einen zweiten elektrischen Kontakt, der mit dem Schalterstromkreissubstrat in Verbindung steht; wobei der Schalter nur aktivierbar ist nach Erkennung einer Berührung der Berührungserkennungsschicht an dem oder angrenzend an den ersten elektrischen Kontakt und nach elektrischer Aktivierung der Gruppe von elektrischen Kontakten.
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Dadurch dass ein mehrstufiger Schalter vorgesehen ist, der einen Teil einer Tastbildschirmvorrichtung bildet oder eine berührungserkennende Instrumententafel oder eine berührungserkennende Membranschnittstelle umfasst, kann eine versehentliche Aktivierung des durch den Schalter gesteuerten Befehls eingeschränkt werden. Damit der Benutzer den Schalter aktivieren kann, muss seine Berührung erkannt werden, und es muss eine ausreichende Kraft aufgebracht werden, um die Gruppe von elektrischen Kontakten entweder gleichzeitig oder nacheinander zu aktivieren. Ein solcher Schalter schränkt eine falsche Auslösung durch den Benutzer ein, der zum Beispiel über den Schalter wischt, und macht die Notwendigkeit eines von dem Bildschirm der Berührungserkennungsvorrichtung vorspringenden Tastschalters überflüssig, der ansonsten Wischbewegungen oder ähnliche Gestenbefehle zum Steuern der Vorrichtung verhindern würde.
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Vorzugsweise kann die Berührungserkennungsschicht einen kapazitiven Tastsensor umfassen. Ein solcher Sensor kann in vorteilhafter Weise elastisch verformbar sein.
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Kapazitive Tastsensoren sind mehr anfällig für eine Falschauslösung, da sie für ihren Betrieb generell den Kontakt mit der Haut des Benutzers erfordern. Die Bedienung einer Berührungserkennungsvorrichtung mit dem Finger ist weniger genau als die Bedienung mit einem Stift, da der wirksame Bereich wesentlich größer ist. Deshalb ist die Einschränkung einer Falschauslösung des Bildschirms für die kapazitive Berührungserkennungstechnologie äußerst vorteilhaft.
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Ein elektrisch isolierender Abstandshalter kann zwischen der Berührungserkennungsschicht und dem Schalterstromkreissubstrat vorgesehen sein, um für eine Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt zu sorgen. Dadurch kann auf vorteilhafte und bequeme Weise eine zweite Aktivierungsstufe geschaffen werden. Der Benutzer muss eine ausreichende Kraft ausüben, um den ersten und den zweiten Kontakt, die physisch voneinander getrennt sind, in Eingriff zu bringen, um den Schalter zu vervollständigen.
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Optional kann eine Vielzahl von ersten elektrischen Kontakten vorgesehen sein, die als Teil eines individuellen Schalters individuell betätigbar sind, wobei die Berührungserkennungsschicht für eine individuelle Aktivierung jedes der individuellen Schalter geeignet ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Vielzahl von zweiten Kontakten vorgesehen sein, die als Teil eines individuellen Schalters individuell betätigbar sind, wobei die Berührungserkennungsschicht für eine individuelle Aktivierung jedes der getrennten Schalter geeignet ist.
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Der Schalter kann in vorteilhafter Weise unterteilt sein, so dass ein einziger mehrstufiger Schalter mehrere Funktionen, die normalerweise verknüpft sind, steuern kann. Ein Audiospieler zum Beispiel erfordert eine Funktionalität, umfassend Abspielen, Pause, Rücklauf, schneller Vorlauf usw., und indem alle diese Funktionen in einem einzigen mehrstufigen Schalter kombiniert sind, kann der Schalter kleiner und leichter gebaut sein. In der Automobilindustrie kann das von besonderem Nutzen sein, da ein übermäßiges Gewicht in einem Fahrzeug den Kraftstoffverbrauch erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Ober- oder Außenfläche der Berührungserkennungsschicht eine Benutzerschnittstelle des Schalters bereitstellen, die vorzugsweise eine glatte Oberfläche sein kann. Die Benutzerschnittstelle des Schalters kann durch graphische Zeichen angezeigt werden, die der Berührungserkennungsschicht zugeordnet sind.
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Bei einem idealen Szenario hat die Berührungserkennungsschicht als Teil einer berührungserkennenden Vorrichtung eine flache graphische Schnittstelle, um dem Benutzer eine Interaktion mit komplexen Gestenbefehlen zu ermöglichen.
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Der Schalter kann ein Beleuchtungselement aufweisen, wobei die Berührungserkennungsschicht zumindest teilweise transparent oder durchscheinend ist.
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Eine Hintergrundbeleuchtung der Berührungserkennungsschicht bietet den Vorteil, dass ein Benutzer die Berührungserkennungsschicht leichter sehen kann und mit ihr interagieren kann. Die Verwendbarkeit der Vorrichtung, in die der Schalter eingebaut ist, wird dadurch größer.
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Wahlweise lässt sich die Empfindlichkeit der Berührungserkennungsschicht einstellen. Ferner kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt durch das Ausüben einer Kraft auf die Berührungserkennungsschicht hergestellt werden, wobei diese Kraft einstellbar ist. Durch die Einstellung bzw. Anpassung der für die Aktivierung des Schalters notwendigen Kräfte lässt sich die optimale Balance zwischen der Schalterempfindlichkeit und der Vermeidung einer Falschauslösung finden.
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Der mehrstufige Schalter kann den ersten und den zweiten elektrischen Kontakt aufweisen, die voneinander beabstandet sind. Ein mechanischer Schaltdom kann zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt angeordnet sein, wodurch der Benutzer über die Berührungserkennungsschicht eine haptische Rückmeldung erhält.
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Durch die haptische Rückmeldung erhält der Benutzer die Bestätigung, dass sein Befehl registriert wurde und dass die Berührungserkennungsschicht nicht durch eine zu hohe Kraftanwendung beschädigt wurde.
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In einer Ausführungsform ist ein Eingriff zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt über einen resistiven Berührungskontakt möglich.
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Dadurch dass anstelle einer betätigbaren Kontaktgruppe ein resistiver Berührungskontakt vorgesehen ist, hat der Schalter weniger mechanische Teile, wodurch nicht nur die Schaltergröße verringert wird, sondern auch die Anzahl von Teilen begrenzt wird, die bei Ausübung einer zu hohen Kraft einer Fehlfunktion unterliegen könnten.
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Zumindest das Schalterstromkreissubtrat kann aus einem flexiblen Material bestehen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anbringung des Schalters an nichtebenen Flächen und den Einbau des Schalters in konturierten oder gekrümmten Einrichtungen, wie sie für Armaturentafeln von Fahrzeugen typisch sind.
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In einer optionalen Ausführungsform kann der Schalter ferner eine zweite Gruppe von elektrischen Kontakten umfassen, die mit der genannten Gruppe von elektrischen Kontakten in Verbindung steht, wobei die zweite Gruppe von elektrischen Kontakten durch die Ausübung einer Kraft auf den zweiten elektrischen Kontakt dieser Gruppe von elektrischen Kontakten elektrisch aktivierbar ist.
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Durch die Anordnung einer zweiten Gruppe von elektrischen Kontakten kann ein Schalter mit einem dualen Aktivierungsmodus bereitgestellt werden, bei dem ein erster, sanfter Druck auf die Berührungserkennungsschicht die Gruppen von elektrischen Hauptkontakten zum Auslösen einer ersten Funktion aktiviert, wohingegen die Anwendung eines größeren Drucks den zweiten elektrischen Kontakt in Eingriff bringt, der anschließend eine zweite Funktion aktivieren kann. Die Nützlichkeit des Schalters für den Benutzer wird dadurch vergrößert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren angegeben, vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das eine versehentliche Aktivierung eines mehrstufigen Schalters verhindert oder hemmt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a] elektrisches Detektieren einer Berührung des Schalters durch den Benutzer; und b] Fordern der Ausübung einer für die Aktivierung eines mechanisch betätigbaren Teils des Schalters ausreichenden Kraft von dem Benutzer, wobei der Schalter eine Funktion nur aktiviert, wenn beide Schritte a] und b] vollzogen sind.
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Während Schritt a] kann die elektrische Erkennung der Berührung durch den Benutzer kapazitiv bestimmt werden. Ferner kann während Schritt b] der Benutzer aufgefordert werden, eine ausreichende Kraft auszuüben, um die elektrischen Kontakte in einen physischen Kontakt zu drücken, oder wahlweise kann der Benutzer aufgefordert werden, eine ausreichende Kraft auszuüben, um einen resistiven elektrischen Kontakt zu aktivieren.
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Durch die Bereitstellung eines mehrstufigen Verfahrens zum Aktivieren eines berührungserkennenden Schalters ist es möglich, eine mit kapazitiven berührungserkennenden Vorrichtungen verbundene Falschauslösung zu verhindern oder zu begrenzen, wodurch sichergestellt wird, dass die Befehle eines Benutzers mit größerer Wahrscheinlichkeit richtig erkannt werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorfahrzeug angegeben, umfassend zumindest eine elektrisch betätigbare Komponente und einen mehrstufigen Schalter, vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die oder jede elektrische Komponente durch die Benutzung des mehrstufigen Schalters aktivierbar ist.
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Durch die Einschränkung der Wahrscheinlichkeit einer Falschauslösung des Schalters in einem Motorfahrzeug wird die Ablenkungsmöglichkeit des Fahrers deutlich verringert, wodurch auch die Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden und/oder unaufmerksamen Fahrens verringert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, grundsätzlich identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines mehrstufigen Schalters gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
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2 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines mehrstufigen Schalters gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
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3 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines mehrstufigen Schalters gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
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4 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines mehrstufigen Schalters gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; und
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5 zeigt schematisch eine Armaturentafel eines Motorfahrzeugs gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die eine erste Ausführungsform eines mehrstufigen Schalters zeigt, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Wie gezeigt ist, kann der Schalter 10 als Schichtenfolge ausgebildet sein und kann als Teil einer berührungserkennenden Vorrichtung eingebaut sein, zum Beispiel als berührungserkennendes Instrumentenbrett oder als eine andere Art einer berührungserkennenden Schalterschnittstelle.
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Der Schalter 10 hat eine oberste Berührungserkennungsschicht 12, die über dem Schalterstromkreissubstrat 14 angeordnet und von diesem durch einen elektrisch isolierenden oder dielektrischen Abstandshalter 16 beabstandet ist. Zwischen der Berührungserkennungsschicht 12 und dem Schalterstromkreissubstrat 14 ist eine Gruppe 18 von elektrischen Kontakten angeordnet, die in der dargestellten Ausführungsform in Form eines länglichen ersten elektrischen Kontakts 20 ausgebildet ist, der an der Berührungserkennungsschicht 12 befestigt ist, und eine Vielzahl von zweiten elektrischen Kontakten 22, die an dem Schalterstromkreissubstrat 14 befestigt sind.
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Die Berührungserkennungsschicht 12 ist in dieser Ausführungsform eine kapazitive Schalterstromkreismembrane, die vorzugsweise zumindest teilweise flexibel ist und die gebildet sein kann durch die Beschichtung eines Glasbildschirms mit einem transparenten Leiter, zum Beispiel mit Indiumzinnoxid. Es versteht sich jedoch, dass das Gebiet der Berührungserkennungstechnologie zahlreiche Arten von Berührungsbildschirmen und andere Arten von berührungserkennenden Tafeln und/oder Membranen umfasst, unter anderem resistive Berührungsbildschirme oder E-Ink-Bildschirme, ohne hierauf beschränkt zu sein, weshalb nicht notwendigerweise davon auszugehen ist, dass vorliegende Erfindung auf eine kapazitive Berührungserkennung beschränkt ist.
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Die Berührungserkennungsschicht 12 kann vorzugsweise eine Membran sein oder enthalten, die eine dem Benutzer zugewandte Ober- oder Außenfläche 24 hat, die als Außenfläche dient, über welche der Benutzer mit dem Schalter interagieren kann, und eine Unter- oder Innenfläche 26, an welcher der erste elektrische Kontakt 20 montiert ist. Durch die Verwendung einer zumindest teilweise flexiblen Membran als oder als Teil der Berührungserkennungsschicht 12 kann die dem Benutzer als Berührungsschnittstelle präsentierte Ober- oder Außenfläche 24 in mindestens zwei Dimensionen, falls notwendig auch in drei Dimensionen, nichteben sein, wodurch der Schalter in Vorrichtungen wie beispielsweise die Instrumententafel eines Fahrzeugs eingebaut werden kann, die gekrümmt und/oder eben ist.
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Es versteht sich, dass der erste elektrische Kontakt 20 gewünschtenfalls einstückig mit der Berührungserkennungsschicht 12 ausgebildet sein kann. Idealerweise hat die Oberfläche Benutzerhinweise, die normalerweise, jedoch nicht notwendigerweise graphisch sind und die innerhalb der Berührungserkennungsschicht 12 selbst gebildet sind.
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Bei dem abgebildeten Schalter 10 ist der erste elektrische Kontakt 20 als einzelnes Kurzschluss-Pad, eine elektrisch leitende, typischerweise metallische Schicht ausgebildet, die einen durchgehenden Bereich der Unterfläche 26 der Berührungserkennungsschicht 12 überspannt.
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Das Schalterstromkreissubstrat 14 bildet eine bauliche Stütze für den Schalter 10 und kann zum Beispiel eine starre Leiterplatte oder noch mehr bevorzugt ein flexibles Leitersubstrat sein. In beiden Fällen wirkt das Schalterstromkreissubstrat 14 vorzugsweise als Stütze für den Schaltkreis, der mit dem Schalter 10 verbunden und in 1 als Steckverbinder 28 dargestellt ist.
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Die zweiten elektrischen Kontakte 22 sind hier als drei kleinere Kontakt-Pads 22a, 22b, 22c ausgebildet, die an einer oberen Innenfläche 30 des Schalterstromkreissubstrats 14 befestigt sind. Oben auf jedem Kontakt-Pad 22a, 22b, 22c ist ein gedruckter dielektrischer Abstandshalter 32 vorgesehen, der zum Beispiel als mechanischer Schaltdom ausgebildet sein kann und der bei einem Eingriff mit der Gruppe 18 von elektrischen Kontakten für eine haptische Rückmeldung sorgt.
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Der Distanzhalter 16 ist als eine Schicht vorgesehen, die zwischen der Berührungserkennungsschicht 12 und dem Schalterstromkreissubtrat 14 positioniert ist und eine Dicke hat, die ausreicht, um sicherzustellen, dass der erste und der zweite elektrische Kontakt 20, 22 zwischengeschaltet werden können.
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Der Distanzhalter 16 kann aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff wie Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt sein, der dann sowohl mit der Berührungserkennungsschicht 12 als auch mit dem Schalterstromkreissubtrat 14 verbunden wird, oder kann bevorzugt aus einem Haftmaterial einheitlicher Dicke hergestellt sein, für eine direkte Verbindung der Berührungserkennungsschicht 12 und des Schalterstromkreissubstrats 14.
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Der Abstandshalter 16 in der dargestellten Ausführungsform bildet einen Hohlraum 34 zwischen der Berührungserkennungsschicht 12 und dem Schalterstromkreissubstrat 14, in dem die Gruppe 18 von elektrischen Kontakten derart angeordnet ist, dass der erste und der zweite Kontakt 20, 22 voneinander beabstandet sind. Alternativ ist es jedoch möglich, elektrische Kontakte vorzusehen, die sich ständig in physischem Eingriff miteinander befinden, wobei die elektrische Verbindung hergestellt wird, indem der Benutzer Druck auf die Kontakte ausübt, zum Beispiel auf jene, die durch die Gruppe von resistiven Kontakten bereitgestellt werden. Aus diesem Grund ist es nicht unbedingt notwendig, dass die elektrischen Kontakte physisch bewegt und in Eingriff miteinander gebracht werden, um die Gruppe von elektrischen Kontakten zu vervollständigen. Daher wird der Begriff elektrische Aktivierung der Gruppe von elektrischen Kontakten verwendet und sollte dahingehend verstanden werden, dass durch diesen Begriff jedes Mittel zur Vervollständigung einer Gruppe von elektrischen Kontakten erfasst ist.
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Im Benutzungsfall berührt der Benutzer die Oberfläche 24 des Schalters 10 entsprechend einer Benutzerschnittstelle, die für den Benutzer die Funktion dieses speziellen Schalters darstellen kann. Das Berühren der Oberfläche 24 der Berührungserkennungsschicht 12 unterbricht das elektrostatische Feld innerhalb der Berührungserkennungsschicht 12, wobei diese Erkennung durch eine Logikschaltung möglich ist, die dem Schalter 10 zugeordnet ist. Eine Aktivierung des Schalters 10 erfolgt nicht, wenn nicht von der Berührungserkennungsschicht 12 bestimmt wurde, dass diese von dem Benutzer berührt wird.
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Jedoch ist dies nicht das einzige Erfordernis für eine Betätigung des Schalters 10. Zur Vermeidung einer Falschauslösung muss die Gruppe 18 von elektrischen Kontakten in einen eingerückten Zustand gedrückt werden, um die elektrische Aktivierung zu bewirken. Der Benutzer muss auf die Oberfläche 24 der Berührungserkennungsschicht 12 einen ausreichenden Druck ausüben, um den ersten und den zweiten Kontakt 20, 22 miteinander elektrisch in Verbindung zu bringen. Erst die Herstellung der Verbindung der Gruppe 18 von elektrischen Kontakten und die Erkennung der Berührung durch den Benutzer durch die Berührungserkennungsfläche 12 aktivieren den Schalter 10 insgesamt.
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Aus diesem Grund ist es möglich, die Funktionalität des Schalters in zwei Komponenten zu unterteilen: erstens in eine elektrisch durchführbare Aktivierung, das heißt, die Erkennung der Berührung durch den Benutzer auf kapazitive Weise; und zweitens eine mechanisch durchführbare Aktivierung, das heißt, die Herstellung des Eingriffs der Gruppe von elektrischen Kontakten.
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Die Trennung des zweiten elektrischen Kontakts 22 in elektrische Kontakt-Pads 22a, 22b, 22c erlaubt dem mehrstufigen Schalter 10 die Bereitstellung von mehreren Schaltern in dem Schalter. Zum Beispiel könnte die dargestellte Anordnung konfiguriert sein für die Steuerung von verschiedenen Bereichen eines Musikspielers, wobei die Kontakt-Pads jeweils die Funktionalität Zurückspulen 22a, Abspielen/Pause 22b und schneller Vorlauf 22c steuern.
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Die für die Aktivierung des Schalters 10 benötigte Kraft kann ohne weiteres geändert werden, indem zum Beispiel die Flexibilität oder die Dicke der Berührungserkennungsschicht 12, die Trennung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt 20, 22, wenn eine Gruppe 18 von voneinander beabstandeten elektrischen Kontakten vorgesehen ist, oder der Widerstand geändert werden, der für die elektrische Aktivierung der Gruppe von elektrischen Kontakten benötigt wird, wenn eine Gruppe von resistiven Kontakten vorgesehen ist. Dies ermöglicht dem Hersteller in vorteilhafter Weise die Feineinstellung der Empfindlichkeit des Schalters 10, um eine Falschauslösung am besten zu vermeiden. Außerdem ist es möglich, die Logik der darunterliegenden Logikschaltung, die der Berührungserkennungsschicht 12 zugeordnet ist, zu ändern, um die Schwelle für die Erkennung der Berührung durch den Benutzer zu ändern und den Schalter 10 dadurch besser einstellbar zu machen.
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Alternative Ausführungsformen des Schalters sind möglich, und eine solche Alternative ist global in 2 gezeigt und mit Bezugsziffer 110 gekennzeichnet. Identische oder ähnliche Komponenten wie jene in der ersten Ausführungsform des Schalters 10 sind durch identische oder ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet und werden der Kürze halber an dieser Stelle nicht mehr im Detail beschrieben.
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Auf der Oberfläche 124 der Berührungserkennungsschicht 112 in der zweiten Ausführungsform der Schalters 10 ist ein taktiles Pad 136 vorgesehen. Dieses ermöglicht dem Benutzer eine genaue Erkennung, welche spezielle Schalterfunktion durch seine Berührung aktiviert wird.
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Die dargestellte Ausführungsform zeigt auch, dass die Gruppe 118 von elektrischen Kontakten eine andere Form annehmen kann; in diesem Fall ist der erste elektrische Kontakt 120 nach wie vor ein Kurzschluss-Pad, wohingegen der zweite elektrische Kontakt 122 in Form von lediglich zwei Kontakt-Pads 122a, 122b ausgebildet ist, die an dem Schalterstromkreissubstrat 114 zwischen dem Distanzhalter 116 befestigt sind.
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Eine dritte Ausführungsform des Schalters 210 ist in 3 dargestellt, in der eine Vielzahl sowohl der ersten als auch zweiten elektrischen Kontakte 220, 222 vorgesehen ist. Drei erste elektrische Kontakte 220 sind an der Unterfläche 226 der Berührungserkennungsschicht 212 zwischen dem Distanzhalter 216 gezeigt, während sich auf der Oberfläche 230 des Schalterstromkreissubstrats 214 drei zweite elektrische Kontakte 222 befinden.
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Der Vorteil der Anordnung von eigenen ersten elektrischen Kontakten 220 ist, dass der Benutzer über die Oberfläche der Berührungserkennungsschicht streichen oder wischen kann, um über die Berührungserkennungsschicht mehr spezialisierte Befehle zur Verfügung zu stellen. Die dargestellte Ausführungsform mit drei diskreten Schaltern erlaubt die Bildung von fünf Schalterkombinationen, nämlich 218a, 218a + b, 218b, 218b + c und 218c, wobei die Gruppen von elektrischen Kontakten geöffnet und geschlossen werden, wenn der Benutzer mit seinem Finger über die Oberfläche streicht. Selbstverständlich kann abhängig von den Anforderungen eine beliebige Anzahl von Gruppen von diskreten elektrischen Kontakten gebildet werden.
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Ein Prozessor, der dem Schalter 210 zugeordnet ist, kann eine oder mehrere Bewegungen X bestimmen, die von dem Benutzer P auf der Basis der registrierten Zeitfolge auszuführen sind, wenn die jeweiligen Gruppen von elektrischen Kontakten 218a, 218b, 218c in Eingriff gebracht werden.
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Eine kompliziertere Ausführungsform der Erfindung ist in 4 gezeigt, und zwar global unter dem Bezugszeichen 310, und diese ermöglicht eine stärker nuancierte Aktivierungssequenz abhängig davon, ob ein geringer oder ein großer Druck auf die Berührungserkennungsschicht 312 des Schalters 310 ausgeübt wird.
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Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen ist eine Berührungserkennungsschicht 312 vorgesehen, die durch einen Abstandshalter 316 von dem Schalterstromkreissubstrat 314 beabstandet ist, wobei dazwischen in dem gebildeten Leerraum 334 eine Gruppe 318 von elektrischen Kontakten positioniert ist.
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Jedoch ist an einer Unterfläche 338 der Schalterstromkreissubstrats 314 ein weiterer Abstandshalter 340 angeordnet, der das Schalterstromkreissubstrat 314 von einer zweiten Kurzschlussmembran 342 trennt. Dieser weitere Abstandshalter 340 definiert einen weiteren Leerraum 344, in dem eine zweite Gruppe 346 von elektrischen Kontakten positioniert ist.
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Die zweite Gruppe 346 von elektrischen Kontakten umfasst einen weiteren ersten Kontakt 348, der an der Unterfläche 338 des Schalterstromkreissubstrats 314 befestigt ist. In dieser Ausführungsform ist der weitere erste elektrische Kontakt 348 in Form von zwei Kontakt-Pads 348a, 348b gebildet, deren jedes einen gedruckten dielektrischen Abstandshalter 350 umfasst.
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Ein weiterer zweiter elektrischer Kontakt 352 ist ebenfalls vorgesehen, der an einer Oberfläche 354 der zweiten Kurzschlussmembran 342 befestigt ist und in der vorliegenden Ausführungsform als singuläres Kurzschluss-Pad ausgebildet ist.
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Dieser zweischichtige Schalter 310 ermöglicht die Schaffung von einer ersten und darauffolgenden zweiten Auslösestufe. Ein Benutzer kann die Berührungserkennungsschicht 312 in dem ersten Vorgang sanft drücken, um eine erste Funktion zu wählen. Die Berührung wird erkannt, und der Benutzer übt auch einen ausreichenden Druck aus, um den ersten und den zweiten elektrischen Kontakt 320, 322 der ersten Gruppe 318 von elektrischen Kontakten in Eingriff zu bringen und dadurch die erste Auslösestufe des Schalters 310 zu vervollständigen.
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Die Ausübung eines größeren Drucks auf die Berührungserkennungsschicht 312 führt jedoch zu einer Verlagerung des Schalterstromkreissubstrats 314. Dies drückt den weiteren ersten elektrischen Kontakt 348 in eine elektrische Verbindung mit dem weiteren zweiten elektrischen Kontakt 352, wodurch die zweite Gruppe 346 von elektrischen Kontakten in Eingriff gebracht wird, und da die Berührungserkennungsschicht 312 bereits aktiviert ist, kann die zweite Funktionalität aktiviert werden.
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Diese zweite Funktionalität oder in der Tat völlig verschiedene Funktionalität verringert in vorteilhafter Weise die Anzahl von Eingaben, die dem Benutzer auf der Berührungserkennungsschicht 312 präsentiert werden müssen, wodurch es dem Hersteller möglich ist, die Gesamtabmessung und das Gewicht der Vorrichtung, in die der Schalter 310 eingebaut ist, zu verringern.
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Es versteht sich, dass weitere Schichten vorgesehen sein können, die ermöglichen, dass durch die weitere Ausübung eines Drucks auf aktive weitere Gruppen von elektrischen Kontakten eine zusätzliche Funktionalität erreicht werden kann.
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In 5 ist stilisiert die Art und Weise gezeigt, auf welche solche Schalter in ein Motorfahrzeug integriert werden können, dessen Armaturentafel 400 global dargestellt ist. Verschiedene Anzeigen innerhalb des Fahrzeugs können auf Anzeigebildschirmen 456 dargestellt werden, zum Beispiel der Beschleunigungsmesser oder Temperaturanzeigen.
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Es kann jedoch auch eine Anzahl von Benutzerschnittstellen 410 vorgesehen sein, in die ein Fahrer oder Passagier Befehle eingeben kann, und diese Benutzerschnittstellen können mehrstufige Schalter wie vorstehend beschrieben enthalten. Anwendbare Benutzerschnittstellen 410 können unter anderem das Navigationssystem 458, das Audiosystem 460, die Klimaanlage 462 des Fahrzeugs oder die Armaturentafelanzeige 464 sein, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Dadurch dass diese Benutzerschnittstellen 410 mit mehrstufigen Schaltern versehen sind, kann die Person, die die Tools aktiviert, sicher sein, dass es keine Fälle von Falschauslösung gibt, in denen der Benutzer die eine oder andere Steuerung zufällig und/oder unbeabsichtigt aktiviert.
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Der vorstehend beschriebene Schalter wurde in erster Linie im Zusammenhang mit einem Berührungsbildschirm für ein Motorfahrzeug dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass eine solche mehrstufige Schaltertechnologie ohne weiteres auf allen Gebieten Anwendung finden kann, in denen eine berührungserkennende Instrumententafel oder eine berührungserkennende, vorzugsweise flexible Membranschnittstelle verwendet werden kann.
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Ferner sind die elektrischen Kontakte der verschiedenen beschriebenen Gruppen von elektrischen Kontakten in vielen verschiedenen Ausführungsformen gezeigt, zum Beispiel als einzelne Kurzschluss-Pads, als Mehrfahrkontakt-Pads und mit und ohne elektrische Abstandshalter. Es versteht sich, dass abhängig von seiner Funktion für jeden elektrischen Kontakt eine beliebige Kombination von Formen elektrischer Kontakte vorgesehen sein kann, so dass die vorstehend beschriebenen Kontakte nicht als erschöpfende Auflistung zu betrachten sind.
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Obwohl dies in keiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dargestellt ist, ist einer der Vorteile der Verwendung einer Berührungserkennungsschicht, dass diese generell einen Teil eines Anzeigebildschirms als Teil der Benutzerschnittstelle der Vorrichtung bildet. Deshalb ist die Berührungserkennungsschicht generell zumindest zum Teil transparent oder durchscheinend. Es ist daher möglich, in dem Schalter ein Beleuchtungselement wie eine LED-Anordnung vorzusehen, die das Display und/oder die Benutzerschnittstelle beleuchtet und dem Benutzer hilft, die Funktionalität des Schalters schnell zu erkennen.
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Es lässt sich somit ein mehrstufiger Schalter bereitstellen, der eine Berührungserkennungsschicht zum Erkennen der Berührung durch den Benutzer und eine Gruppe von elektrischen Kontakten umfasst, die unter Druckausübung durch den Benutzer aktivierbar ist. Damit der Schalter aktiviert wird, muss die Gruppe von elektrischen Kontakten zusätzlich zur Erkennung der Benutzerberührung in Eingriff gebracht werden. Dies verhindert in vorteilhafter Weise eine Falschauslösung des Schalters, bei der der Schalter unbeabsichtigt aktiviert wird.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Synonyme, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, drücken aus, dass das genannte Element oder Merkmal vorhanden ist, sie schließen jedoch nicht aus, dass auch weitere Elemente oder Merkmale vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Kontext einzelner Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in einer einzigen Ausführungsform kombiniert sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze der Beschreibung halber im Kontext einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, ebenso geteilt oder in zweckmäßigen Unterkombinationen vorgesehen sein können.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich ein Beispiel dar. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Rahmens der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, verschiedene weitere Modifikationen möglich sind.
