DE102018101145A1 - Improved force sensor in foil technology - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Eingabevorrichtung (10) mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht (14), die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden (20, 21, 22, 24) aufweist, und einem Bedienflächenelement (12), wobei die kapazitative Sensorschicht (14) einen ersten Bereich (26) aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement (12) gehalten ist, die kapazitative Sensorschicht (14) einen zweiten Bereich (28) aufweist, der relativ zu dem ersten Bereich (26) um 180° umgebogen ist, die kapazitative Sensorschicht (14) einen dritten Bereich (30) aufweist, der relativ zu dem zweiten Bereich (28) um 180° umgebogen ist, zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (28) ein Halteelement (34) angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) eine kompressible Schicht (36) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich (28) und dem dritten Bereich (30) jeweils eine kapazitative Sensorelektrode (20, 21, 22, 24) angeordnet ist, und der zweite Bereich (28) und der dritte Bereich (30) mit der kompressiblen Schicht (36) einen Kraftsensor (42) bilden. The invention relates to an input device (10) having a force sensor system for a vehicle, having a bendable capacitive sensor layer (14) which has a plurality of capacitive sensor electrodes (20, 21, 22, 24) and a control surface element (12), wherein the capacitive sensor layer (14) has a first region (26) which is held on the back of the control surface element (12), the capacitive sensor layer (14) has a second region (28) which is bent relative to the first region (26) by 180 ° in that the capacitive sensor layer (14) has a third region (30) which is bent by 180 ° relative to the second region (28), a holding element (34) is arranged between the first region (26) and the second region (28) a compressible layer (36) is arranged between the second region (28) and the third region (30), wherein in each case a capacitive sensor electrode (20, 21, 22, 24), and the second region (28) and the third region (30) with the compressible layer (36) form a force sensor (42).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht, die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweist, und einem Bedienflächenelement, wobei die kapazitative Sensorschicht einen ersten Bereich aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement gehalten ist.The present invention relates to an input device with a force sensor system for a vehicle, having a bendable capacitive sensor layer, which has a plurality of capacitive sensor electrodes, and a control surface element, wherein the capacitive sensor layer has a first region, which is held on the back of the control surface element.
Im Stand der Technik sind Eingabevorrichtungen bekannt, die eine Betätigungskraft auf eine Oberfläche messen können. Solche Eingabevorrichtungen werden auch als Mensch-Maschine-Interface (MMI) oder human machine interface (HMI) bezeichnet. Aus der aufgebrachten Betätigungskraft wird dabei auf eine Bedienabsicht einer Bedienperson geschlossen. Durch eine solche Kraftsensorik können Fehlbedienungen mit einer hohen Zuverlässigkeit vermieden werden. Eine einfache Berührung, wie sie beispielsweise bei entsprechenden berührungsempfindlichen Eingabevorrichtungen erfasst werden, kann demgegenüber leicht versehentlich durchgeführt werden, oder mit einer falschen Eingabevorrichtung vorgenommen werden. Entsprechend kann eine Bedienung erfasst werden, auch wenn diese Berührung unbeabsichtigt oder falsch erfolgt ist.In the prior art, input devices are known that can measure an actuation force on a surface. Such input devices are also referred to as a human-machine interface (MMI) or human machine interface (HMI). From the applied actuation force is closed to an operator intention of an operator. By such a force sensor can be avoided with high reliability errors. In contrast, a simple touch, as detected, for example, in corresponding touch-sensitive input devices, can easily be carried out accidentally, or be made with a wrong input device. Accordingly, an operation can be detected, even if this contact is accidental or wrong.
Insbesondere beim Fahren eines Fahrzeugs kommt es leicht zu Fehlbedienungen. Dies liegt einerseits darin begründet, dass ein Fahrzeugführer beim Führen des Fahrzeugs einen großen Teil seiner Aufmerksamkeit eben auf das Führen des Fahrzeugs verwenden muss, und eine Bedienung der Eingabevorrichtung quasi „nebenbei“ erfolgt. Darüber hinaus kann es selbst bei modernen Fahrzeugen mit einem sehr guten Fahrwerk beim Fahren zu Fahrzeugbewegungen kommen, welche die Bedienung der Eingabevorrichtung erschweren. Gegenüber einer einfachen Erfassung einer Berührung ist es bei einer Kraftsensorik erforderlich, dass die Bedienung zusätzlich eine Kraftschwelle überschreitet, so dass eine fehlerhafte Bedienung demgegenüber mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auftritt.In particular, when driving a vehicle, it is easy to operate incorrectly. On the one hand, this is due to the fact that a driver of the vehicle has to use a large part of his attention when driving the vehicle to guide the vehicle, and an operation of the input device takes place virtually "incidentally". In addition, even in modern vehicles with a very good chassis during driving, vehicle movements may occur which make the operation of the input device more difficult. Compared to a simple detection of a touch, it is necessary in a force sensor that the operation additionally exceeds a force threshold, so that a faulty operation in contrast occurs with a lower probability.
Bei der Kraftsensorik kommen spezielle Kraftsensoren zum Einsatz, die eine Kraft bei der Bedienung der Eingabevorrichtung erfassen. Diese Kraftsensoren sind teure separate Teile, wodurch die Kosten für eine solche Eingabevorrichtung insgesamt vergleichsweise hoch sind. Außerdem haben solche Kraftsensoren häufig einen großen Platzbedarf, der entsprechend berücksichtigt werden muss. Diese Nachteile konnten bisher nicht auf zufriedenstellende Weise überwunden werden.In the force sensor, special force sensors are used, which detect a force in the operation of the input device. These force sensors are expensive separate parts, whereby the total cost of such an input device is comparatively high. In addition, such force sensors often have a large footprint, which must be taken into account accordingly. These disadvantages have not yet been overcome in a satisfactory manner.
In diesem Zusammenhang ist aus der
Weiterhin ist aus der
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug anzugeben, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, und die eine komfortable Bedienung ermöglicht.Based on the above-mentioned prior art, the invention is therefore based on the object of specifying an input device with a force sensor for a vehicle, which is simple and inexpensive to manufacture, and which allows a comfortable operation.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist somit eine Eingabevorrichtung mit einer Kraftsensorik für ein Fahrzeug angegeben, mit einer biegbaren kapazitativen Sensorschicht, die eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweist, und einem Bedienflächenelement, wobei die kapazitative Sensorschicht einen ersten Bereich aufweist, der rückseitig an dem Bedienflächenelement gehalten ist, die kapazitative Sensorschicht einen zweiten Bereich aufweist, der relativ zu dem ersten Bereich um 180° umgebogen ist, die kapazitative Sensorschicht einen dritten Bereich aufweist, der relativ zu dem zweiten Bereich um umgebogen ist, zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ein Halteelement angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich eine kompressible Schicht angeordnet ist, wobei in dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich jeweils eine kapazitative Sensorelektrode angeordnet ist, und der zweite Bereich und der dritte Bereich mit der kompressiblen Schicht einen Kraftsensor bilden.The invention thus provides an input device with a force sensor for a vehicle, with a bendable capacitive sensor layer, which has a plurality of capacitive sensor electrodes, and a control surface element, wherein the capacitive sensor layer has a first region which is held on the back of the control surface element, the capacitive Sensor layer has a second portion which is bent relative to the first region by 180 °, the capacitive sensor layer has a third region which is bent relative to the second region, between the first region and the second region, a holding element is arranged, and a compressible layer is arranged between the second region and the third region, wherein in each case a capacitive sensor electrode is arranged in the second region and the third region, and the second region and the third region with the compressible layer form a force sensor.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, einen Kraftsensor dadurch zu bilden, dass zwei kapazitative Sensoren miteinander gekoppelt werden. Durch die kompressible Schicht kann dabei eine Kopplung der beiden kapazitativen Sensoren beeinflusst werden, indem die kompressible Schicht beim Einwirken einer Kraft deformiert wird, d.h. die kompressible Schicht wird zusammengedrückt. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen der ersten kapazitativen Sensorelektrode und der zweiten kapazitativen Sensorelektrode, wodurch sich die Kopplung der beiden kapazitativen Sensoren ändert. Das Zusammendrücken der kompressiblen Schicht hängt dabei von einer darauf einwirkenden Kraft ab, so dass durch die beiden kapazitativen Sensoren gemeinsam mit der kompressiblen Schicht ein Kraftsensor gebildet wird. Die kapazitative Sensorschicht ist somit einteilig gebildet und kann wie im Stand der Technik bekannt gebildet werden, um kapazitative Sensoren herzustellen, wobei der Kraftsensor durch die Verwendung der an sich bekannten kapazitativen Sensorschicht mit den kapazitativen Sensorelektroden mit der kompressiblen Schicht gebildet wird.The basic idea of the present invention is therefore to form a force sensor in that two capacitive sensors are coupled together. The compressible layer can thereby influence a coupling of the two capacitive sensors by deforming the compressible layer upon application of a force, i. the compressible layer is compressed. This reduces the distance between the first capacitive sensor electrode and the second capacitive sensor electrode, whereby the coupling of the two capacitive sensors changes. The compression of the compressible layer depends on a force acting on it, so that a force sensor is formed by the two capacitive sensors together with the compressible layer. The capacitive sensor layer is thus formed in one piece and can be formed as known in the art to produce capacitive sensors, wherein the force sensor is formed by the use of the known capacitive sensor layer with the capacitive sensor electrodes with the compressible layer.
Die kapazitative Sensorschichte kann sich über den Bereich des Kraftsensors hinaus erstrecken, wobei in dem Bereich des zu bildenden Kraftsensors die beiden kapazitativen Sensorelektroden angeordnet sind. Dabei ist es ausreichend, wenn die kompressible Schicht lediglich im Bereich der übereinander positionierten ersten und zweiten kapazitativen Sensorelektroden ausgebildet bzw. angeordnet ist. Aufgrund der Biegbarkeit der kapazitativen Sensorschicht kann sich diese beispielsweise bei Krafteinwirkung in den Bereich der kompressiblen Schicht hinein verformen, oder eine seitliche Verdrängung erfahren. Durch das Halteelement wird dabei eine mechanische Entkopplung des Kraftsensors von dem Bedienflächenelement erreicht. Außerdem kann ein haptisches Feedback bei einer Betätigung des Kraftsensors bereitgestellt werden. Dadurch wird die Eingabevorrichtung mit einem hohen Bedienkomfort bereitgestellt.The capacitive sensor layer may extend beyond the region of the force sensor, the two capacitive sensor electrodes being arranged in the region of the force sensor to be formed. It is sufficient if the compressible layer is formed or arranged only in the region of the first and second capacitive sensor electrodes positioned one above the other. Due to the bendability of the capacitive sensor layer, it may deform, for example, when force is applied to the area of the compressible layer or undergo lateral displacement. By the holding element while a mechanical decoupling of the force sensor is achieved by the control surface element. In addition, haptic feedback may be provided upon actuation of the force sensor. Thereby, the input device is provided with a high ease of use.
Vorzugsweise weist die kapazitative Sensorschicht eine möglichst hohe Biegbarkeit auf, um einen geringen Biegeradius zu erreichen und einen kompakten Kraftsensor bereitstellen zu können. Vorzugsweise weist die kapazitative Sensorschicht insgesamt eine oder mehrere Trägerschichten auf, die sich durch die gesamte kapazitative Sensorschicht erstrecken. Durch das Umbiegen kann die Eingabevorrichtung im Wesentlichen aus einer einzelnen Sensorschicht gebildet werden, wobei verschiedene Bereiche verschiedene Funktionen übernehmen können.Preferably, the capacitive sensor layer has the highest possible flexibility in order to achieve a small bending radius and to be able to provide a compact force sensor. Preferably, the capacitive sensor layer comprises a total of one or more carrier layers, which extend through the entire capacitive sensor layer. By bending over, the input device can essentially be formed from a single sensor layer, wherein different areas can assume different functions.
Die beiden kapazitativen Sensoren in dem zweiten und dritten Bereich werden von einer Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung gemeinsam angesteuert und/oder ausgewertet, um ein Maß für die einwirkende Kraft zu bestimmen. Dabei kann jeweils ein so gebildeter Kraftsensor alleine angesteuert und/oder ausgewertet werden, oder in Kombination mit wenigstens einem weiteren Kraftsensor. Die Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung kann separat zu der Eingabevorrichtung ausgeführt sein, beispielsweise um eine zentrale Auswertung der Krafteinwirkung durchzuführen, oder als Teil der Eingabevorrichtung. In diesem Fall kann die Eingabevorrichtung unmittelbar ein Maß für die Krafteinwirkung ausgeben.The two capacitive sensors in the second and third regions are jointly controlled and / or evaluated by a control circuit and / or evaluation circuit in order to determine a measure of the applied force. In each case, a force sensor formed in this way can be controlled and / or evaluated alone, or in combination with at least one further force sensor. The control circuit and / or evaluation circuit may be implemented separately from the input device, for example to perform a central evaluation of the force action, or as part of the input device. In this case, the input device can immediately output a measure of the force.
Die Eingabevorrichtung ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgeführt, beispielsweise als Bedienelement für eine Komponente des Fahrzeugs. Dabei kann die Eingabevorrichtung einer Komponente fest zugeordnet sein, oder zur Bedienung einer Mehrzahl Komponenten des Fahrzeugs ausgeführt sein.The input device is designed for use in a vehicle, for example as a control element for a component of the vehicle. In this case, the input device of a component may be permanently assigned, or be designed to operate a plurality of components of the vehicle.
Die kapazitative Sensorschicht weist wenigstens in dem zweiten und dritten Bereich jeweils eine kapazitative Sensorelektrode auf, die außenseitig oder innerhalb der kapazitativen Sensorschicht angeordnet sein können. Die kapazitativen Sensorelektroden können beispielsweise flächig ausgeführt sein, oder in einer Fläche angeordnet sein, beispielsweise ein Leiter, der in einer Fläche in einer prinzipiell beliebigen Form angeordnet ist, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig. Dabei kann jede Sensorelektrode ein oder mehrere elektrisch getrennte Elektrodenelemente umfassen, die gemeinsam die entsprechende Sensorelektrode bilden.The capacitive sensor layer has, in each case at least in the second and third regions, a capacitive sensor electrode, which can be arranged on the outside or inside the capacitive sensor layer. The capacitive sensor electrodes may, for example, have a planar design, or be arranged in a surface, for example a conductor which is arranged in a surface in a basically arbitrary shape, for example meandering or helical. In this case, each sensor electrode may comprise one or more electrically separated electrode elements, which together form the corresponding sensor electrode.
Die kapazitative Sensorschicht kann in dem zweiten und dritten Bereich jeweils eine Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden aufweisen, die entsprechend übereinander angeordnet sind, um eine Mehrzahl benachbarter Kraftsensoren zu bilden. Dabei müssen sich das Halteelement und die kompressible Schicht entsprechend weit erstrecken, um die benachbarten Kraftsensoren zu bilden.The capacitive sensor layer can each have a plurality of capacitive sensor electrodes in the second and third regions, which are arranged correspondingly one above the other to form a plurality of adjacent force sensors. In this case, the holding element and the compressible layer must extend correspondingly far to form the adjacent force sensors.
Die kompressible Schicht ermöglicht eine Bewegung und/oder Verformung der kapazitativen Sensorschicht im Bereich des so gebildeten Kraftsensors, indem die kompressible Schicht selber komprimiert wird. Dadurch können sich die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode relativ zueinander bewegen. Die Bewegung ist vorzugsweise derart, dass sich die zwei kapazitativen Sensorelektroden in einer flächigen Anordnung relativ zueinander bewegen. Dies kann bei einer Verformung der Sensorschicht verstärkt werden. Typischerweise ist die Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden bei Krafteinwirkung in einer Richtung aufeinander zu, während sich die beiden kapazitativen Sensorelektroden nach der Krafteinwirkung voneinander wegbewegen. Dabei kann die kapazitative Sensorschicht im Bereich des Kraftsensors die Verformung erfahren, um die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode relativ zueinander bewegen.The compressible layer allows movement and / or deformation of the capacitive Sensor layer in the region of the force sensor thus formed by the compressible layer itself is compressed. This allows the first and second capacitive sensor electrodes to move relative to each other. The movement is preferably such that the two capacitive sensor electrodes move in a planar arrangement relative to each other. This can be enhanced in a deformation of the sensor layer. Typically, the movement of the two capacitive sensor electrodes is toward one another when a force is applied in one direction, while the two capacitive sensor electrodes move away from one another after the force has been applied. In this case, the capacitive sensor layer in the region of the force sensor can undergo the deformation in order to move the first and the second capacitive sensor electrodes relative to one another.
Mit dem gebildeten Kraftsensor kann ein prinzipiell beliebiges Maß für die Krafteinwirkung bestimmt werden. Es wird typischerweise ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches das Maß für die Kraft angibt. Eine Messung der Kraft ist nicht erforderlich. Eine Betätigung des Kraftsensors erfolgt definitionsgemäß von einer Seite der kapazitativen Sensorschicht im Bereich der ersten kapazitativen Sensorelektrode, wobei die erste und die zweite kapazitative Sensorelektrode prinzipiell austauschbar sein können.With the force sensor formed can be determined in principle any measure of the force. Typically, a corresponding electrical signal is generated that indicates the measure of the force. A measurement of the force is not required. By definition, an actuation of the force sensor takes place from one side of the capacitive sensor layer in the region of the first capacitive sensor electrode, wherein the first and the second capacitive sensor electrode can in principle be exchangeable.
Das Bedienflächenelement stellt eine Fläche zur Bedienung der Eingabevorrichtung bereit. Das Bedienflächenelement kann entsprechend beispielsweise eine Beschriftung oder andersartige Markierung tragen. Außerdem kann das Bedienflächenelement beispielsweise mit einer Beleuchtung ausgeführt sein, um eine Rückmeldung über einen Schaltzustand der Eingabevorrichtung anzuzeigen, oder ähnliches. Das Bedienflächenelement kann prinzipiell eine beliebige Größe aufweisen, beginnend beispielsweise bei der Größe einer Fingerspitze zur Bedienung. Die Befestigung der kapazitativen Sensorschicht rückseitig an dem Bedienflächenelement bewirkt eine mechanische Kopplung, um über das Bedienflächenelement eine Kraft in den Kraftsensor einzuleiten.The operating surface element provides an area for operating the input device. The control surface element can accordingly carry, for example, a label or other type of marking. In addition, the control panel may be configured, for example, with illumination to indicate feedback about a switching state of the input device, or the like. The control surface element can in principle have any size, starting, for example, the size of a fingertip for operation. The attachment of the capacitive sensor layer on the back of the control surface element causes a mechanical coupling in order to introduce a force into the force sensor via the control surface element.
Der erste Bereich kann ebenfalls eine oder mehrere Sensorelektroden aufweisen. Dadurch kann die Eingabevorrichtung eine Eingabe durch Annäherung und/oder Berührung ermöglichen, d.h. bevor eine wesentliche Kraft auf das Bedienflächenelement ausgeübt wird. Eine Auswertung kann prinzipiell unabhängig von dem Kraftsensor erfolgen, oder in Kombination damit. Auch können Sensorelektroden in dem ersten Bereich versetzt von dem Kraftsensor angeordnet sein.The first region may also include one or more sensor electrodes. This allows the input device to allow input by proximity and / or touch, i. before a substantial force is exerted on the control surface element. An evaluation can in principle be made independently of the force sensor, or in combination with it. Also, sensor electrodes may be arranged offset from the force sensor in the first area.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die kapazitative Sensorschicht eine Substratschicht und eine Dielektrikumsschicht auf, wobei die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden zwischen der Substratschicht und der Dielektrikumsschicht positioniert ist. Die Substratschicht kann dabei als stabilisierende Trägerschicht dienen, während durch die Dielektrikumsschicht kapazitative Eigenschaften der kapazitativen Sensorschicht beeinflusst und durch eine entsprechende Wahl eines dielektrischen Materials eingestellt werden können. Die Anordnung der Substratschicht und der Dielektrikumsschicht in der kapazitativen Sensorschicht bewirkt, dass sich bei dem Kraftsensor die Dielektrikumsschicht oder die Substratschicht jeweils gegenüberliegt. Sowohl die Substratschicht wie auch die Dielektrikumsschicht können eine geeignete Verformbarkeit aufweisen, um eine Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden relativ zueinander durch ihre Verformung zu verstärken.In an advantageous embodiment of the invention, the capacitive sensor layer has a substrate layer and a dielectric layer, wherein the plurality of capacitive sensor electrodes is positioned between the substrate layer and the dielectric layer. The substrate layer can serve as a stabilizing carrier layer, while capacitive properties of the capacitive sensor layer can be influenced by the dielectric layer and adjusted by a suitable choice of a dielectric material. The arrangement of the substrate layer and the dielectric layer in the capacitive sensor layer causes the force sensor to face the dielectric layer or the substrate layer in each case. Both the substrate layer and the dielectric layer may have suitable deformability to enhance movement of the two capacitive sensor electrodes relative to one another by their deformation.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die kompressible Schicht ein Luftpolster auf, das zwischen wenigstens zwei Stützelementen angeordnet ist, und das Luftpolster ist in einem Bereich zwischen den beiden Sensorelektroden des zweiten und dritten Bereichs angeordnet. Durch die Stützelemente kann eine Dicke des Luftpolsters und damit eine mögliche Bewegung der beiden kapazitativen Sensorelektroden relativ zueinander eingestellt bzw. vorgegeben werden. Luft ist leicht komprimierbar, so dass die erste und die zweite Sensorschicht gut relativ zueinander beweglich sind. Die Stützelemente sind vorzugweise nicht oder nur gering kompressibel. Die Stützelemente können als punktförmige, linienförmige oder flächige Stützelemente ausgeführt sein, die mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten des Luftpolsters angeordnet sind. Auch können umlaufende Stützelemente nach der Art eines umlaufenden Stützrings miteinander verbunden sein.In an advantageous embodiment of the invention, the compressible layer on an air cushion, which is arranged between at least two support elements, and the air cushion is arranged in a region between the two sensor electrodes of the second and third region. By the support elements, a thickness of the air cushion and thus a possible movement of the two capacitive sensor electrodes can be set or specified relative to each other. Air is easily compressible so that the first and second sensor layers are well movable relative to each other. The support elements are preferably not or only slightly compressible. The support elements may be designed as punctiform, linear or planar support elements, which are arranged at least on two opposite sides of the air cushion. Also, circumferential support members may be connected to each other in the manner of a circumferential support ring.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Stützelemente als selbstklebende oder selbsthaftende Stützelemente ausgeführt. Dadurch können die Stützelemente einfach an der ersten oder zweiten kapazitativen Sensorschicht angebracht werden. Die Anbringung der Stützelemente kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise bei der Herstellung der Sensorlage.In an advantageous embodiment of the invention, the at least two support elements are designed as self-adhesive or self-adhesive support elements. Thereby, the support members can be easily attached to the first or second capacitive sensor layer. The attachment of the support elements can be done at any time, for example, in the production of the sensor layer.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Halteelement als selbstklebendes oder selbsthaftendes Halteelement ausgeführt. Dadurch kann das Halteelement einfach an dem ersten oder zweiten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angebracht werden. Die Anbringung des Halteelements kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise bei der Herstellung der kapazitativen Sensorschicht.In an advantageous embodiment of the invention, the holding element is designed as a self-adhesive or self-adhesive retaining element. Thereby, the holding member can be easily attached to the first or second region of the capacitive sensor layer. The attachment of the holding element can take place at any time, for example in the production of the capacitive sensor layer.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein Abstützelement auf, und die kapazitative Sensorschicht liegt mit ihrem dritten Bereich an dem Abstützelement an oder ist daran gehalten. Durch das Abstützelement kann eine Komprimierung der kompressiblen Schicht erleichtert oder verstärkt werden. Das Abstützelement ist typischerweise selber nicht oder nur gering verformbar. Eine Betätigung des Kraftsensors erfolgt entsprechend von einer Seite der kapazitativen Sensorschicht im Bereich der ersten kapazitativen Sensorelektrode. Das Abstützelement ist vorzugsweise mit einem Zwischenelement an dem Abstützelement angebracht bzw. daran gehalten. Das Zwischenelement ist weiter bevorzugt elastisch ausgeführt, um eine mechanische Entkopplung zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann das Zwischenelement selbstklebend ausgeführt sein, um eine Anbringung zu erleichtern.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a support element, and the capacitive sensor layer abuts or is held by its third region on the support element. By the support element, compression of the compressible layer can be facilitated or enhanced. The support element is typically not or only slightly deformable itself. An actuation of the force sensor takes place correspondingly from one side of the capacitive sensor layer in the region of the first capacitive sensor electrode. The support element is preferably attached or held on the support element with an intermediate element. The intermediate element is further preferably designed to be elastic in order to effect a mechanical decoupling. Alternatively or additionally, the intermediate element can be made self-adhesive in order to facilitate attachment.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden zur Erfassung einer Annäherung oder einer Berührung ausgeführt. Für die Erfassung der Annäherung ist die Sensorelektrode basierend auf einer Eigenkapazität (self capacitance, self mode) ausgeführt. Dies erlaubt auch die Erfassung einer Berührung beispielsweise mit Handschuhen. Für die Erfassung der Berührung ist die Sensorelektrode basierend auf einer Gegenkapazität (mutual capacitance, mutual mode) ausgeführt. Bei einer Erfassung von Gegenkapazitäten kann beispielsweise durch eine hohe Dichte an interpolierbaren Elektrodeninformationen eine präzisere Berührungserkennung durchgeführt werden. Jede kapazitative Sensorelektrode kann dabei individuell ausgeführt sein.In an advantageous embodiment of the invention, the plurality of capacitive sensor electrodes for detecting an approach or a touch is executed. For the detection of the approach, the sensor electrode is designed based on a self-capacitance (self-capacitance). This also allows the detection of a touch, for example, with gloves. For the detection of the touch, the sensor electrode is designed based on a mutual capacitance (mutual mode). When detecting counter-capacitances, a more precise touch detection can be carried out, for example, by means of a high density of interpolatable electrode information. Each capacitive sensor electrode can be designed individually.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine oder mehrere der Mehrzahl kapazitative Sensorelektroden als kapazitative Guardelektrode ausgeführt. Die Guardelektrode verbessert die elektromagnetische Kompatibilität, um Probleme beim Betrieb der Eingabevorrichtung zu verhindern. Auch kann eine elektrische Kopplung zwischen den beiden Sensorelektroden durch Einflüsse von Feuchtigkeit oder Dampf beeinflusst werden. Auch solche Einflüsse können mit der Guardelektrode reduziert werden. Beim jedem Kraftsensor kann eine prinzipiell beliebige der beiden Sensorelektroden als Guardelektrode ausgeführt sein. Bei einer Mehrzahl Sensorelektroden in dem ersten Bereich können eine oder mehrere der dortigen Sensorelektroden als Guardelektrode ausgeführt sein.In an advantageous embodiment of the invention, one or more of the plurality of capacitive sensor electrodes designed as a capacitive guard electrode. The guard electrode improves electromagnetic compatibility to prevent problems with the operation of the input device. Also, an electrical coupling between the two sensor electrodes can be influenced by the influence of moisture or steam. Even such influences can be reduced with the guard electrode. In principle, any of the two sensor electrodes can be designed as a guard electrode in each force sensor. In the case of a plurality of sensor electrodes in the first region, one or more of the sensor electrodes there may be designed as a guard electrode.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein Befestigungselement auf, das zwischen dem Bedienflächenelement und dem ersten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angeordnet ist. Das Befestigungselement ist bevorzugt elastisch ausgeführt, um eine mechanische Entkopplung zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann das Befestigungselement selbstklebend ausgeführt sein, um eine Anbringung zu erleichtern. Das Befestigungselement kann wahlweise an dem Bedienflächenelement oder an der kapazitativen Sensorschicht im dem ersten Bereich der kapazitativen Sensorschicht angebracht sein.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a fastening element which is arranged between the control surface element and the first region of the capacitive sensor layer. The fastening element is preferably made elastic, in order to effect a mechanical decoupling. Alternatively or additionally, the fastener may be self-adhesive to facilitate attachment. The fastening element can optionally be attached to the control surface element or to the capacitive sensor layer in the first region of the capacitive sensor layer.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Bedienflächenelement als Anzeigeelement, insbesondere nach der Art eines elektronisch ansteuerbaren Anzeigeelements ausgeführt. Das Bedienflächenelement kann somit zur Darstellung von Informationen genutzt werden, die auf dem Anzeigeelement dargestellt werden. Damit kann eine Eingabe mit dem Eingabeelement individuell durchgeführt und jeweils nach Bedarf angepasst werden.In an advantageous embodiment of the invention, the control surface element is designed as a display element, in particular in the manner of an electronically controllable display element. The control surface element can thus be used to display information that is displayed on the display element. Thus, an input with the input element can be performed individually and adapted as needed.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung ein haptisches Rückkoppelelement auf, das angeordnet und ausgeführt ist, bei einer Betätigung der Eingabevorrichtung eine haptische Rückkopplung zu erzeugen. Das haptische Rückkoppelelement kann integral mit dem Bedienflächenelement ausgeführt sein. Durch die erzeugte haptische Rückmeldung kann eine Eingabe über die Eingabevorrichtung bestätigt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a haptic feedback element, which is arranged and designed to generate a haptic feedback upon actuation of the input device. The haptic feedback element can be embodied integrally with the control surface element. The generated haptic feedback can confirm an input via the input device.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist weist die Eingabevorrichtung eine Mehrzahl Kraftsensoren auf, die an einer Unterseite des Bedienflächenelements positioniert sind, insbesondere in Eckbereichen des Bedienflächenelements. Somit kann eine Betätigung der Eingabevorrichtung über das Bedienflächenelement auf dem Bedienflächenelement lokalisiert werden, abhängig von einer Kraft auf die einzelnen Kraftsensoren. Die Eingabevorrichtung kann dabei eine gemeinsame Verbindungsleitung zum Anschluss der Mehrzahl Kraftsensoren umfassen. Bei einem Bedienflächenelement mit Anzeigeelement kann zusätzlich das Anzeigeelement über die Verbindungsleitung elektrisch angeschlossen werden. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt. Über eine gemeinsame Auswertung mehrerer Kraftsensoren kann nicht nur auf die Bedienposition geschlossen werden, sondern auch ein Vergleich mit einer Sensorik zur Erfassung einer Annäherung bzw. einer Berührung erfolgen. Dieser Vergleich kann zu einer Sicherheitsüberprüfung herangezogen werden. Die Sensorik zur Erfassung der Annäherung bzw. der Berührung kann gemeinsam mit dem Kraftsensor in der kapazitativen Sensorschicht ausgeführt sein. Alternativ können die erste und/oder zweite kapazitative Sensorelektrode angesteuert werden, um die Annäherung bzw. Berührung zu erfassen.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a plurality of force sensors, which are positioned on an underside of the operating surface element, in particular in corner regions of the operating surface element. Thus, an operation of the input device can be located on the control surface element on the control surface element, depending on a force on the individual force sensors. The input device may comprise a common connecting line for connecting the plurality of force sensors. In the case of a control surface element with display element, the display element can additionally be electrically connected via the connecting line. The connecting line is preferably designed in the manner of a ribbon cable. Not only can the operating position be deduced from a joint evaluation of several force sensors, but also a comparison with a sensor system for detecting an approach or a touch can be made. This comparison can be used for a security review. The sensor system for detecting the approach or the touch can be implemented together with the force sensor in the capacitive sensor layer. Alternatively, the first and / or second capacitive sensor electrodes may be driven to detect the touch.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Eingabevorrichtung eine Verbindungsleitung auf, und die kapazitative Sensorschicht ist in der Verbindungsleitung ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und flexible Bereitstellung des Kraftsensors. Eine Position des Kraftsensors an der Unterseite des Bedienflächenelements kann somit nach Bedarf gewählt werden. Wenn die Verbindungsleitung beispielsweise austauschbar mit dem Bedienflächenelement verbunden ist, kann durch einen Austausch der Verbindungsleitung mit einem unterschiedlich angeordneten bzw. ausgebildeten Kraftsensor eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen zur Bedienung über das Bedienflächenelement erfolgen. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise eine Verbindungsleitung zur Ansteuerung eines Anzeigeelements des Bedienflächenelements, in welche zusätzlich wenigstens ein Kraftsensor integriert ist. Auch hier ist die Verbindungsleitung vorzugsweise nach der Art einer Flachbandleitung ausgeführt. Diese Ausgestaltung der Eingabevorrichtung ermöglicht es, den Kraftsensor erst bei Verwendung bereitzustellen. Die Verbindungsleitung kann zur elektrischen Ansteuerung des Bedienflächenelements ausgeführt sein. Die Verbindungsleitung kann zusätzlich zum elektrischen Anschluss der Kraftsensoren dienen.In an advantageous embodiment of the invention, the input device has a connecting line, and the capacitive sensor layer is formed in the connecting line. This embodiment allows a simple and flexible Provision of the force sensor. A position of the force sensor on the underside of the control surface element can thus be selected as needed. If the connecting line is, for example, exchangeably connected to the control surface element, an adaptation to different requirements for operation via the control surface element can be carried out by exchanging the connecting line with a differently arranged or designed force sensor. The connecting line is preferably a connecting line for controlling a display element of the control surface element, in which additionally at least one force sensor is integrated. Again, the connecting line is preferably designed in the manner of a ribbon cable. This embodiment of the input device makes it possible to provide the force sensor only when it is used. The connecting line can be designed for electrical control of the control surface element. The connecting line can additionally serve for the electrical connection of the force sensors.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to preferred embodiments. The illustrated features may represent an aspect of the invention both individually and in combination. Features of various embodiments are transmittable from one embodiment to another.
Es zeigt
-
1 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einer durch eine durchgehende kapazitative Sensorschicht ausgebildeten Kraftsensorik und einem Halteelement gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in einer seitlichen Schnittansicht, -
2 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einem Bedienflächenelement und vier daran angebrachten Kraftsensoren gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von unten, und -
3 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einem Bedienflächenelement und einem in einer Verbindungsleitung ausgebildeten Kraftsensor gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Ansicht von unten.
-
1 1 a schematic representation of an input device with a force sensor system formed by a continuous capacitive sensor layer and a holding element according to a first, preferred embodiment in a lateral sectional view; -
2 a schematic representation of an input device with a control surface element and four attached force sensors according to a second embodiment in a view from below, and -
3 a schematic representation of an input device with a control surface element and a trained in a connecting line force sensor according to a third embodiment in a view from below.
Die
Die Eingabevorrichtung
Die Eingabevorrichtung
Zwischen der Substratschicht
Die kapazitative Sensorschicht
An den ersten Bereich
An den zweiten Bereich
In dem ersten Bereich
Im umgebogenen Zustand liegen die zweite und dritte kapazitative Sensorelektrode
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine der ersten kapazitativen Sensorelektroden
Die Eingabevorrichtung
Die Eingabevorrichtung
Die zweiten und dritten kapazitativen Sensorelektroden
Zusätzlich werden die ersten kapazitativen Sensorelektroden
Die Steuerschaltung und/oder Auswerteschaltung kann separat zu der Eingabevorrichtung
Eine Betätigung der Eingabevorrichtung
Gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die Eingabevorrichtung
Gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die Eingabevorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Eingabevorrichtunginput device
- 1212
- BedienflächenelementControl surface element
- 1414
- kapazitative Sensorschichtcapacitive sensor layer
- 1616
- Substratschichtsubstrate layer
- 1818
- Dielektrikumsschichtdielectric
- 2020
- erste kapazitative Sensorelektrodefirst capacitive sensor electrode
- 2121
- erste kapazitative Sensorelektrode, Guardelektrodefirst capacitive sensor electrode, guard electrode
- 2222
- zweite kapazitative Sensorelektrode, Guardelektrodesecond capacitive sensor electrode, guard electrode
- 2424
- dritte kapazitative Sensorelektrodethird capacitive sensor electrode
- 2626
- erster Bereichfirst area
- 2828
- zweiter Bereichsecond area
- 3030
- dritter Bereichthird area
- 3232
- Befestigungselementfastener
- 3434
- Halteelementretaining element
- 3636
- kompressible Schichtcompressible layer
- 3838
- Luftpolsterbubble
- 4040
- Stützelementsupport element
- 4242
- Kraftsensorforce sensor
- 4444
- Abstützelementsupporting
- 4646
- Zwischenelementintermediate element
- 5050
- Verbindungsleitungconnecting line
- 5252
- Kabelelectric wire
- 5454
- Steckerplug
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2010/0230181 A1 [0005]US 2010/0230181 A1 [0005]
- JP 2009193467 A1 [0006]JP 2009193467 A1 [0006]
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DE102018101145.8A DE102018101145A1 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | Improved force sensor in foil technology |
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-
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