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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einer ein Array von Betätigungsflächen definierenden flächigen Blende und einem Array von kapazitiven Sensoren, beispielsweise kapazitiven Kraftsensoren, sowie einem Träger, wobei die Betätigungsflächen auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche der Blende und der Träger auf einer dem Bediener abgewandten Seite der Blende angeordnet sind. Jeweils einer der kapazitiven Sensoren bildet eine Messkapazität aus, die einer der Betätigungsflächen zugeordnet ist. Jeder der kapazitiven Sensoren ist durch einen gemeinsamen, transluzenten oder transparenten, flächigen Folienschichtaufbau ausgebildet, der jeweils wenigstens eine erste, der Blende zugeordnete Elektrode und gegebenenfalls eine zweite, dem Träger zugeordnete Elektrode zum Ausbilden der Messkapazität aufweist. Seitens des Trägers ist pro Betätigungsfläche wenigstens ein Leuchtmittel zur Hinterleuchtung der jeweiligen Betätigungsfläche und Durchleuchtung des Folienschichtaufbaus vorgesehen und entsprechend zugeordnet angeordnet.
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Diese Art von Eingabegeräten stellt beispielsweise je nach Auslegung des kapazitiven Sensors auf die ausschließliche Detektion der Berührung ab oder auf die Detektion der dabei aufgebrachten Betätigungskraft, indem die kapazitiven Sensoren als Kraftsensoren ausgebildet sind. Es besteht nämlich zunehmend Bedarf nach solchen Eingabegeräten, bei denen der Bediener ein haptisches Feedback dann erhält, wenn der Bediener eine Eingabe auf der Eingabefläche vornimmt. Um zufällige Berührungen der Eingabefläche von intendierter Betätigung besser unterscheiden zu können und um dem an althergebrachte, mechanische Bedienelemente gewohnten Bediener ein ähnliches haptisches Feedback liefern zu können, wurden solche Eingabegeräte entwickelt, die eine Betätigungskraftmessung gestatten, um in Abhängigkeit der gemessenen Betätigungskraft ein haptisches Feedback erzeugen zu können. Bei Eingabegeräten mit einem Array von Bedienflächen, d.h. mit mehreren in einer ausgedehnten Eingabefläche aufgenommenen Bedienflächen, ist zur „Ortsauflösung“ ein Array aus mehreren Kraftsensoren vorgesehen. Dabei ist jeder Bedienfläche ein Kraftsensor zugeordnet, um einer Betätigung der einzelnen Bedienfläche, im Folgenden auch Betätigungsfläche genannt, beispielsweise bei Überschreiten einer gemessenen Mindestbetätigungskraft der Betätigung eine Schaltfunktion zuordnen zu können. Kapazitive Sensoren sind im Vergleich zu beispielsweise piezoelektrischen Sensoren kostengünstig und eine Kraftmessung aber auch die reine Berührdetektion mit dieser Art von Sensor ist bauraumsparend durch Verwendung eines Folienschichtaufbaus zu realisieren.
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Nachteilig bei dieser Art von kapazitiven Sensoren im Folienschichtaufbau ist nicht nur, dass eine Hinterleuchtung nicht nur schwierig mittels eines transparenten oder wenigstens transluzenten Folienschichtaufbaus zu realisieren ist, sondern dass es dabei auch zu einer Lichteinstreuung in benachbarte Betätigungsflächen, also zu einem „Übersprechen“ betreffend die Hinterleuchtung von einer Betätigungsfläche zu einer benachbarten Betätigungsfläche, kommt.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Eingabegerät mit einem Array von Betätigungsflächen und einem zugehörigen Array von kapazitiven, in einem Folienschichtaufbau aufgenommenen Sensoren, welches hinsichtlich der Hinterleuchtung verbessert ist und dabei kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Eingabegerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät mit einer ein Array von Betätigungsflächen definierenden flächigen Blende und mit einem Array von kapazitiven Sensoren sowie einem Träger. Die Blende ist beispielsweise im Vergleich zum Träger elastisch nachgebender ausgebildet und/oder gegenüber dem Träger beweglich gelagert. Erfindungsgemäß sind die Betätigungsflächen auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche der Blende angeordnet, also vom Bediener aus gesehen sichtbar angeordnet, während erfindungsgemäß der Träger auf einer dem Bediener abgewandten Seite der Blende, d.h. vom Bediener aus gesehen unter der Blende, angeordnet ist. Der Begriff „Betätigungsfläche“ ist weit auszulegen und trotz der auf eine Betätigung abstellenden Bezeichnung soll eine reine Berührung ohne Einwirken einer Betätigungskraft auch als eine Betätigung im Sinne der Erfindung verstanden werden.
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Erfindungsgemäß ist jeder der kapazitiven Sensoren vorgesehen, jeweils eine Messkapazität auszubilden, die jeweils einer der mehreren Betätigungsflächen zugeordnet ist. Der kapazitive Sensor weist erfindungsgemäß jeweils wenigstens eine erste, der Blende zugeordnete Elektrode auf und ist somit beispielsweise ausgelegt, eine Berührung der zugehörigen Betätigungsfläche kapazitiv zu detektieren. Bevorzugt ist der kapazitive Sensor jeweils als kapazitiver Kraftsensor ausgelegt und weist ferner wenigstens eine zweite, dem Träger zugeordnete Elektrode zum Ausbilden der Messkapazität zwischen Träger und Blende auf.
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Die Arbeitsweise des bevorzugt als ein kapazitiver Kraftsensor ausgebildeten kapazitiven Sensors ist beispielsweise wie folgt. Bei Einwirken einer Betätigungskraft auf die jeweilige Betätigungsfläche der Blende kommt es zu einer Annäherung der ersten und zweiten Elektrode und damit zu einer Veränderung der Messkapazität, welche durch eine Auswerteinheit detektiert wird und bei Überschreiten einer vorgegebenen Mindeständerung eine Schaltzustandsänderung eines mit dem Eingabegerät zu steuernden Aggregats bewirkt. Bevorzugt weist das Eingabegerät ferner einen Aktor, auch Aktuator genannt, zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks auf, der gleichzeitig oder im Nachgang mit der Zuordnung der Schaltzustandsänderung durch die Auswerteinheit aktiviert wird.
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Erfindungsgemäß ist jeder der kapazitiven Sensoren durch einen gemeinsamen, transluzenten oder transparenten, im Wesentlichen flächigen Folienschichtaufbau ausgebildet. Der Folienschichtaufbau weist bei der Auslegung der kapazitiven Sensoren als kapazitive Kraftsensoren pro Kraftsensor jeweils wenigstens eine erste, der Blende zugeordnete Elektrode und wenigstens eine zweite, dem Träger zugeordnete Elektrode zum Ausbilden der Messkapazität auf. Damit soll nicht ausgeschlossen sein, dass wenigstens eine Elektrode mehrerer oder aller Kraftsensoren als gemeinsame Elektrode der jeweiligen bzw. aller Kraftsensoren ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist die Elektrode beziehungsweise sind die Elektroden aus leitfähigem, transparentem Material oder in einer derart geringen Schichtdicke, beispielsweise durch metallische Gasphasenabscheidung, aufgebracht, dass sich eine Transluzenz der Elektrode ergibt. Der Folienschichtaufbau weist beispielsweise eine oder mehrere transparente Folien auf. Die ersten und zweiten Elektroden des als Kraftsensor ausgebildeten kapazitiven Sensors sind beispielsweise durch eine elastisch nachgebende, in den Folienschichtaufbau integrierte Zwischenschicht, welche den Folienschichtaufbau vollflächig durchzieht oder bereichsweise Kissen ausbildet oder durch eine vergleichsweise wenig nachgebende Distanzschicht, die zwischen jeweils der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Hohlvolumen definiert, beabstandet.
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Erfindungsgemäß ist auf Seiten des Trägers, der bevorzugt aus einem opaken Material ist, wenigstens ein Leuchtmittel, beispielsweise eine Leuchtdiode, bevorzugt in SMD-Bauweise, pro Betätigungsfläche zur Hinterleuchtung der Betätigungsfläche und Durchleuchtung des Folienschichtaufbaus vorgesehen und welche der Betätigungsfläche zugeordnet ist. Die Hinterleuchtung dient der besseren Erkennbarkeit bzw. Sichtbarmachung der Betätigungsfläche für einen Bediener oder der Anzeige der mit der jeweiligen Betätigungsfläche verbundenen Schaltfunktionalität, indem beispielsweise ein auf der Betätigungsfläche aufgebrachtes Symbol hinterleuchtet wird.
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Erfindungsgemäß sind Mittel zur Minderung des Lichtdurchgangs von einem zu einem benachbarten kapazitiven Sensor vorgesehen. Die Mittel verhindern das „Übersprechen“ der Hinterleuchtung von einer Betätigungsfläche zu einer anderen Betätigungsfläche, um so die optische Erscheinung zu verbessern aber auch um Fehlbedienungen zu vermeiden, insbesondere wenn mittels der Art der Hinterleuchtung bestimmte Schaltzustände der Schaltfunktion sichtbar gemacht werden sollen, die der betreffenden Betätigungsfläche zugeordnet sind.
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Beispielsweise umfassen die Mittel zur Minderung des Lichtdurchgangs von einem zu einem benachbarten kapazitiven Sensor mehrere Lichtschächte aus opakem Material, die seitens des Trägers ausgebildet sind und in denen die Leuchtmittel angeordnet sind. Bevorzugt ist pro Leuchtmittel und pro Betätigungsfläche ein Lichtschacht am Träger ausgebildet.
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Bevorzugt weisen die Mittel zur Minderung des Lichtdurchgangs eine opake, partielle Beschichtung, beispielsweise Bedruckung, des Folienschichtaufbaus auf. Beispielsweise sind Streifen aus opakem Lack im Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Kraftsensoren auf den Folienschichtaufbau aufgebracht. Die opake Beschichtung sorgt einerseits ähnlich einer in einen Strahlengang eingebrachten Lichtbarriere für eine Abschattung, so dass ein ansonsten möglicher Strahlengang von einem, zu einer Betätigungsfläche gehörenden Leuchtmittel in Richtung einer benachbarten Betätigungsfläche unterbrochen wäre. Andererseits sorgt die Beschichtung ferner für eine Verminderung eines den Folienschichtaufbau durchsetzenden Lichtübergangs, da es im Bereich der Beschichtung zu Lichtauskopplung und zu verminderter, durch Totalreflexion bewirkter Lichtübertragung innerhalb des Folienschichtaufbaus kommt.
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Bevorzugt ist die Beschichtung aus einem leitfähigen Material. Die leitfähige Beschichtung ist zur Vermeidung einer elektrostatischen Beeinflussung bevorzugt elektrisch leitend mit den ersten oder zweiten Elektroden verbunden. Dadurch kann die Beschichtung des Folienschichtaufbaus in einem Verarbeitungsprozess aufgebracht werden, der dem der Elektroden entspricht, bevorzugt wird die Aufbringung in demselben Verarbeitungsschritt aufgebracht.
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Die zuvor beschriebene opake Beschichtung ist beispielsweise auf der dem Träger zugewandten Hauptfläche des Folienschichtaufbaus vorgesehen. Bevorzugt ist jedoch eine Aufbringung der opaken Beschichtung auf der der Blende zugewandten Hauptfläche des Folienschichtaufbaus vorgesehen.
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Die Mittel zur Minderung des Lichtdurchgangs weisen erfindungsgemäß einen den Folienschichtaufbau senkrecht zur seiner Verlaufsebene durchlaufenden Durchbruch auf, um so den durch den Folienschichtaufbau erfolgenden Lichtübertritt von einem kapazitiven Sensor zu einem nächstbenachbarten kapazitiven Sensor zu behindern.
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Erfindungsgemäß weist die Blende oder der Träger, bevorzugt der Träger einen den Durchbruch durchgreifenden Steg auf. Beispielsweise stellt der Steg eine Verlängerung einer den zuvor beschriebenen Lichtschacht definierenden Wandung dar, um somit jeden kapazitiven Sensor bzw. die zu hinterleuchtende und zum kapazitiven Sensor gehörige Betätigungsfläche gegenüber Lichteinstrahlung eines zu einem benachbarten, kapazitiven Sensor gehörenden Leuchtmittels abzuschotten oder abzuschatten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung überragt der Steg den Folienschichtaufbau in Richtung Blende und greift beispielsweise in eine blendenseitige Ausnehmung in Form einer Nut-Feder-Verbindung ein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erfindungsgemäß vorgesehene Folienschichtaufbau beispielsweise eine Streuschicht aus transluzentem Material zur Sichtbarmachung, insbesondere zur Sichtbarmachung von Symbolen auf, die auf der Blende und/oder dem Folienschichtaufbau aufgebracht sind, um die durch die Betätigung vorzunehmende Schaltfunktion dem Bediener anzuzeigen.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Eingabegeräts in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
- 2 eine perspektivische Aufsicht auf den Träger einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts;
- 3 eine perspektivische Aufsicht auf den zur zweiten Ausführungsform gehörigen Folienschichtaufbau 4.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts 1. Das Eingabegerät 1 weist ein Array von Betätigungsflächen 20a, 20b auf, welche auf einer dem Bediener zugewandten Oberfläche einer flächigen Blende 2 aus transluzentem Material, wie einem transluzenten Kunststoff, beispielsweise einem transluzenten Thermoplast definiert sind. Die Betätigungsflächen 20a, 20b sollen zur besseren Auffindbarkeit oder zur bedarfsweisen Anzeige eines Schaltzustandes selektiv hinterleuchtet werden. Zur Anzeige der zugehörigen mittels der Betätigung der Betätigungsfläche 20a, 20b vorzunehmenden Schaltfunktion sind entsprechende Symbole 15a, 15b auf die Betätigungsfläche 20a bzw. 20b aufgebracht.
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Das Eingabegerät 1 weist ferner einen auf der abgewandten Seite der Blende 2 angeordneten Träger 3 aus opakem Kunststoff, beispielsweise einem opaken Thermoplast, auf. Zwischen der Blende 2 und dem Träger 3 ist ein transparenter Folienschichtaufbau 4 angeordnet, der ein Array von kapazitiven Kraftsensoren 21a, 21b definiert, wobei jeder Betätigungsfläche 20a, 20b genau einer der kapazitiven Kraftsensoren 21a, 21b zugeordnet ist. Jeder der Kraftsensoren 21a, 21b ist vorgesehen mittels einer nicht dargestellten Auswerteinheit eine Messkapazität zwischen Blende 2 und Träger 3 auszubilden, die einer der Betätigungsflächen 20a, 20b zugeordnet ist. Der Folienschichtaufbau 4 weist pro Kraftsensor 21a, 21b wenigstens eine erste, der Blende 2 zugeordnete Elektrode 11a, 11b und wenigstens eine zweite, dem Träger 3 zugeordnete Elektrode 12a, 12b zum Ausbilden der vorgenannten Messkapazität auf. Die ersten Elektroden 11a, 11b sind als eine transluzente Beschichtung einer der Blende 2 zugeordneten Folie, d.h. einer der Blende 2 nächstbenachbarten Folie 8, des Folienschichtaufbaus 4 ausgebildet, während die zweiten Elektroden 12a, 12b als eine transluzente Beschichtung einer dem Träger 3 zugeordneten Folie, d.h. einer dem Träger 3 nächstbenachbarten Folie 7, des Folienschichtaufbaus 4 ausgebildet sind. Zwischen den Folien 7 und 8 ist eine an diese Folien 7, 8 angrenzend angeordnete, beispielsweise mit diesen Folien 7, 8 verklebte Distanzschicht 9 vorgesehen, die zwischen den Elektroden einen Hohlraum 10 definiert, der bei Einwirken einer Betätigungskraft auf die Betätigungsflächen 20a, 20b eine elastische Verformung und somit eine reversible Annäherung der zugehörigen Elektrodenpaare 11a, 12a bzw. 11b, 12b und damit eine detektierbare Änderung der zugehörigen Messkapazität der kapazitiven Kraftsensoren 21a, 21b gestattet. Auf der Seite des Trägers 3 ist pro Betätigungsfläche 20a, 20b jeweils ein Leuchtmittel 5a, 5b zur Hinterleuchtung der zugehörigen Betätigungsfläche 20a, 20b und Durchleuchtung des transluzenten Folienschichtaufbaus 4 vorgesehen. Die Leuchtmittel 5a, 5b sind in SMD-Bauweise ausgebildet und auf einer Leiterplatte 16 angeordnet. Es sind ferner Mittel 13, 14, 17 zur Minderung des Lichtdurchgangs von einem Kraftsensor 21a zu einem benachbarten Kraftsensor 21b vorgesehen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform bildet der Träger 3 für jede Betätigungsfläche 20a, 20b durch die Wandungen 17 je einen Lichtkanal 6a, 6b aus. Ferner sind auf den Folien 7, 8 jeweils opake, leitfähige Beschichtungen 13, 14 vorgesehen, die jeweils als Lichtbarrieren wirken und den mit den gestrichelten Pfeilen markierten Strahlverlauf jeweils unterbrechen bzw. ausblenden, um einen unerwünschten Lichtübergang der Lichtquelle 5b auf die Betätigungsfläche 20 a zu vermeiden.
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Die 2 und 3 zeigen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Eingabegeräts insbesondere dessen Träger 3 in 2 sowie den zugehörigen Folienschichtaufbau 4 in 3. Die nicht dargestellte Blende dieser Ausführungsform entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau der in der 1 gezeigten Blende der ersten Ausführungsform und ist daher nicht näher dargestellt.
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In dieser Ausführungsform weist der Träger 3 Stege 18 auf, die eine Verlängerung der Wandung 17 darstellen. Wie die 3 zeigt weist der Folienschichtaufbau 4 dieser Ausführungsform Durchbrüche 19 auf, die bei der entsprechenden Platzierung des Folienschichtaufbaus 4 auf dem Träger 3 von den am Träger 3 ausgebildeten Stegen 18 durchgriffen und überragt werden und somit eine Lichtbarriere darstellen und einen Lichtübergang von einem Lichtschacht 6a zu einem benachbarten Lichtschacht 6b und somit von einem Kraftsensor zu einem benachbarten Kraftsensor und im Endresultat von einer Betätigungsfläche zu einer benachbarten Betätigungsfläche verhindern und sich somit als Mittel zur Minderung des Lichtdurchgangs von einem kapazitiven Sensor zu einem benachbarten kapazitiven Sensor qualifizieren.
