DE102021125965A1 - Touch-sensitive input device - Google Patents
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Abstract
Eine Eingabevorrichtung hat Kontaktfläche, einen Sensorrahmen (14) und ein rückseitiges Basisteil. Der Sensorrahmen (14) hat zwei Längsseiten (44) und zwei die Längsseiten (44) verbindende Kurzseiten (46). An jeder Längsseite (44) sind jeweils genau zwei Kraftsensoreinheiten (53) und an jeder Kurzseite (46) jeweils genau eine Kraftsensoreinheit (53) vorhanden. Die Anordnung der Kraftsensoreinheiten (53) ist so gewählt, dass jede Kraftsensoreinheiten (53) der Längsseiten (44) in einer Richtung parallel zu den Längsseiten einen Abstand S2,iund in einer Richtung parallel zur Kurzseite einen Abstand S1,izur jeweiligen Kraftsensoreinheit der nahen Kurzseite (46) aufweist. Ferner weist die betrachtete i-te Kraftsensoreinheit (53) der Längsseiten (44) einen Abstand S3,izur jeweils anderen Kraftsensoreinheit (53) derselben Längsseite (44) auf und das Verhältnis Ri= (S1,i+ S2,i) / S3,iliegt für jede der vier Kraftsensoreinheiten (53) der Längsseiten im Bereich von 0,7 bis 1,2.An input device has a contact surface, a sensor frame (14) and a rear base part. The sensor frame (14) has two long sides (44) and two short sides (46) connecting the long sides (44). There are exactly two force sensor units (53) on each long side (44) and exactly one force sensor unit (53) on each short side (46). The arrangement of the force sensor units (53) is selected such that each force sensor unit (53) on the long sides (44) is a distance S2,i in a direction parallel to the long sides and a distance S1,i in a direction parallel to the short side, to the respective force sensor unit on the near short side (46). Furthermore, the considered i-th force sensor unit (53) of the longitudinal sides (44) has a distance S3,i to the other force sensor unit (53) of the same longitudinal side (44) and the ratio Ri=(S1,i+S2,i)/S3,i for each of the four longitudinal side force sensor units (53) in the range of 0.7 to 1.2.
Description
Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Eingabevorrichtung.The invention relates to a touch-sensitive input device.
Bei solchen Eingabevorrichtungen wird ein Berühren der Eingabevorrichtung durch einen Benutzer erkannt und ein entsprechendes elektrisches Signal ausgegeben, beispielsweise an eine zentrale Steuerelektronik.With such input devices, touching of the input device by a user is detected and a corresponding electrical signal is output, for example to a central electronic control system.
Illustrative Beispiele für solche Eingabevorrichtungen sind Touchscreens (auch bekannt als Berührbildschirme), die mittels einer resistiven, einer kapazitiven oder einer induktiven Kontaktfläche eine Berührung durch den Benutzer erkennen und ein entsprechendes elektrisches (Berührungs-)Signal ausgeben, das zusätzlich Informationen über die Position der Berührung der Kontaktfläche umfasst.Illustrative examples of such input devices are touch screens (also known as touch screens), which use a resistive, a capacitive or an inductive contact surface to detect a user touch and emit a corresponding electrical (touch) signal that contains additional information about the position of the touch the contact surface includes.
Beispielsweise bei Eingabevorrichtungen in Kraftfahrzeugen ist es vorteilhaft, dass neben dem Berühren der Eingabevorrichtung auch eine Kraft der Berührung bestimmt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein gewolltes Berühren von einem ungewollten Berühren der Eingabevorrichtung unterschieden werden.For example, in the case of input devices in motor vehicles, it is advantageous for the force of the touch to be determined in addition to touching the input device. In this way, for example, intentional touching can be distinguished from unintentional touching of the input device.
Hierfür sind aus dem Stand der Technik Eingabevorrichtungen bekannt, die mehrere Kraftsensoren aufweisen, welche die auf die Eingabevorrichtung ausgeübte Kraft erfassen.For this purpose, input devices are known from the prior art that have a plurality of force sensors that detect the force exerted on the input device.
Dabei stellt es eine besondere Herausforderung dar, eine gleichmäßige Abtastempfindlichkeit über die gesamte Kontaktfläche der Eingabevorrichtung bereitzustellen.It is a particular challenge to provide a uniform scanning sensitivity over the entire contact area of the input device.
Unter einer gleichmäßigen Abtastempfindlichkeit wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die von den Kraftsensoren gemessenen Druckwerte in Summe oder im Mittel den gleichen Wert ergeben, unabhängig davon, in welchem Bereich der Kontaktfläche die Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche erfolgt.In this context, a uniform scanning sensitivity means that the pressure values measured by the force sensors result in the same value in total or on average, regardless of the area of the contact surface in which the force acts on the contact surface.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Abtastempfindlichkeit einer Eingabevorrichtung zu verbessern.It is therefore the object of the invention to improve the scanning sensitivity of an input device.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine berührungsempfindliche Eingabevorrichtung, die eine rechteckige Gestalt aufweist. Die Eingabevorrichtung umfasst eine vorderseitige Kontaktfläche, die von einem Benutzer berührbar ist, einen vorderseitigen Sensorrahmen und ein rückseitiges Basisteil. Zwischen der Kontaktfläche und dem Basisteil ist zumindest abschnittsweise längs des Randes des Sensorrahmens eine elastische Zwischenschicht vorgesehen, die ein Verschieben der Kontaktfläche bei Krafteinwirkung in Richtung auf das Basisteil hin erlaubt. Der Sensorrahmen weist zwei Längsseiten und zwei die Längsseiten verbindende Kurzseiten auf. Die Länge der Längsseiten ist größer als die Länge der Kurzseiten und an jeder Längsseite sind jeweils genau zwei Kraftsensoreinheiten mit jeweils mindestens einem Kraftsensor und an jeder Kurzseite jeweils genau eine Kraftsensoreinheit mit jeweils mindestens einem Kraftsensor vorhanden. Die Anordnung der Kraftsensoreinheiten ist dabei so gewählt, dass die Kraftsensoreinheiten der Längsseiten, in einer Richtung parallel zu den Längsseiten, jeweils einen Abstand S2,i zur jeweiligen Kraftsensoreinheit der nahen Kurzseite aufweisen, wobei i = 1, 2, 3, 4 ist und die jeweils betrachtete Kraftsensoreinheit auf einer der beiden Längsseiten angibt. Ferner weist die betrachtete i-te Kraftsensoreinheit der Längsseiten einen Abstand S3,i zur jeweils anderen Kraftsensoreinheit derselben Längsseite auf, und die auf den Kurzseiten angeordneten Kraftsensoreinheiten sind, in einer Richtung parallel zu den Kurzseiten gemessen, jeweils in einem Abstand S1,i zur betrachteten i-ten Kraftsensoreinheit der Längsseite positioniert.The object is achieved by a touch-sensitive input device that has a rectangular shape. The input device includes a front contact surface touchable by a user, a front sensor frame, and a rear base. Between the contact surface and the base part, an elastic intermediate layer is provided at least in sections along the edge of the sensor frame, which allows displacement of the contact surface in the direction of the base part when force is applied. The sensor frame has two long sides and two short sides connecting the long sides. The length of the long sides is greater than the length of the short sides and there are exactly two force sensor units each with at least one force sensor on each long side and exactly one force sensor unit each with at least one force sensor on each short side. The arrangement of the force sensor units is selected in such a way that the force sensor units on the long sides, in a direction parallel to the long sides, each have a distance S 2,i to the respective force sensor unit on the near short side, where i = 1, 2, 3, 4 and indicates the force sensor unit under consideration on one of the two long sides. Furthermore, the considered i-th force sensor unit of the long sides has a distance S 3,i to the other force sensor unit of the same long side, and the force sensor units arranged on the short sides are measured in a direction parallel to the short sides, each at a distance S 1,i positioned to the considered i-th force sensor unit of the long side.
Entscheidend ist nun, dass die Verhältnisse Ri = (S1,i + S2,i) / S3,i für jede der vier Kraftsensoreinheiten der Längsseiten jeweils im Bereich von 0,7 bis 1,2 liegt, wobei i = 1, 2, 3, 4 die betrachtete Kraftsensoreinheit der Längsseiten angibt.It is now crucial that the ratios R i = (S 1,i + S 2,i ) / S 3,i for each of the four force sensor units on the longitudinal sides are in the range from 0.7 to 1.2, with i = 1 , 2, 3, 4 indicates the considered force sensor unit of the longitudinal sides.
Insbesondere kann die Eingabevorrichtung ein Länge-Breitenverhältnis zwischen 10:1 und 1:1 oder zwischen 4:1 und 5:4 aufweisen.In particular, the input device can have a length-to-width ratio between 10:1 and 1:1 or between 4:1 and 5:4.
Die Positionen und Abstände der Kraftsensoreinheiten werden dabei jeweils anhand eines Referenzpunktes der jeweiligen Kraftsensoreinheit bestimmt, wobei die Referenzpunkte in einer Ebene parallel zur Ebene des Sensorrahmens liegen und in einer Projektion senkrecht zu dieser Ebene die geometrische Mitte desjenigen Bereichs der Kraftsensoreinheit angeben, in welchem sie sich entweder am Basisteil oder an der vorderseitigen Kontaktfläche abstützt.The positions and distances of the force sensor units are each determined using a reference point of the respective force sensor unit, with the reference points lying in a plane parallel to the plane of the sensor frame and, in a projection perpendicular to this plane, indicating the geometric center of that area of the force sensor unit in which they are located supported either on the base part or on the front contact surface.
Die Anordnung der Kraftsensoreinheiten ist insbesondere so gewählt ist, dass die Kraftsensoreinheiten der Kurzseiten in einem Bereich von ±10% der Länge der Kurzseite um die Mitte der jeweiligen Kurzseiten positioniert sind.The arrangement of the force sensor units is selected in particular such that the force sensor units on the short sides are positioned in a range of ±10% of the length of the short side around the middle of the respective short sides.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Ungleichmäßigkeiten in der Abtastempfindlichkeit bei Eingabevorrichtungen insbesondere dann entstehen, wenn im Kraftflussweg zwischen der Kontaktfläche und dem Basisteil eine elastische Zwischenschicht angebracht ist. Durch die elastische Zwischenschicht werden vorteilhaft die mechanischen Spannungen auf die Kontaktfläche reduziert, jedoch auch die Abtastempfindlichkeit der Eingabevorrichtung verschlechtert. An dieser Erkenntnis setzt die Erfindung an und verbessert die Abtastempfindlichkeit dadurch, dass die Kraftsensoren an ganz bestimmten Positionen entlang des Sensorrahmens positioniert sind.The invention is based on the finding that irregularities in the scanning sensitivity of input devices arise in particular when an elastic intermediate layer is attached in the power flow path between the contact surface and the base part. Due to the elastic intermediate layer, the mechanical are advantageous physical stresses on the contact surface are reduced, but the sensing sensitivity of the input device is also degraded. The invention starts from this finding and improves the scanning sensitivity in that the force sensors are positioned at very specific positions along the sensor frame.
Die elastische Zwischenschicht ist beispielsweise ein Dämpfungsband (auch bekannt als Dämpfungstape). Eine solche Zwischenschicht dient auch der optischen Abschirmung und/oder der Staubabdichtung.The elastic intermediate layer is, for example, a damping tape (also known as damping tape). Such an intermediate layer is also used for optical shielding and/or dust sealing.
Über die Kontaktfläche kann der Benutzer eine Eingabe an der Eingabevorrichtung vornehmen.The user can make an entry on the input device via the contact surface.
Dabei ist es denkbar, dass die Kontaktfläche berührungsempfindlich ausgebildet ist.It is conceivable that the contact surface is designed to be touch-sensitive.
Die Kontaktfläche kann also mit einer bekannten resistiven, optischen, kapazitiven oder induktiven Messschicht ausgebildet sein, die eine Berührung der Kontaktfläche durch den Benutzer erkennt und ein berührpositionsabhängiges elektrisches Signal bereitstellt.The contact surface can therefore be formed with a known resistive, optical, capacitive or inductive measuring layer, which detects a touch on the contact surface by the user and provides an electrical signal dependent on the touch position.
Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Berührung auch mittels der Kraftsensoren detektiert werden.Alternatively or additionally, the position of the touch can also be detected using the force sensors.
Dabei sind die Kraftsensoreinheiten üblicherweise in den Sensorrahmen eingebettet. Die Einbettung der Kraftsensoreinheiten ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung der Eingabevorrichtung.The force sensor units are usually embedded in the sensor frame. The embedding of the force sensor units enables a compact configuration of the input device.
In manchen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kraftsensoreinheiten mit den Kraftsensoren auf den Kurzseiten mittig angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Anordnung der Kraftsensoreinheiten symmetrisch am Sensorahmen. Die symmetrische Anordnung hat dabei einen positiven Effekt auf die Abtastempfindlichkeit.In some advantageous configurations of the invention, provision is made for the force sensor units with the force sensors to be arranged centrally on the short sides. In this way, the arrangement of the force sensor units is symmetrical on the sensor frame. The symmetrical arrangement has a positive effect on the scanning sensitivity.
In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis R für jede der Kraftsensoreinheiten im Bereich von 0,85 bis 0,95. Dieses Verhältnis hat sich in der Praxis als vorteilhaft bei Eingabevorrichtungen mit einem Länge-Breiteverhältnis zwischen 10:1 und 2,3:1, insbesondere zwischen 5:1 und 5:4 erwiesen.In one embodiment of the invention, the ratio R for each of the force sensor units is in the range of 0.85 to 0.95. In practice, this ratio has proven to be advantageous for input devices with a length/width ratio of between 10:1 and 2.3:1, in particular between 5:1 and 5:4.
Die Kraftsensoreinheiten auf den Kurzseiten sind vorzugsweise in einem Bereich von ±10% der Länge b der Kurzseite um die Mitte der Kurzseite positioniert.The force sensor units on the short sides are preferably positioned in a range of ±10% of the length b of the short side around the center of the short side.
Vorzugsweise sind alle Kraftsensoreinheiten der Längsseiten so angeordnet, dass sie jeweils einen gleichen Abstand zu ihren jeweiligen nahen Kurzseiten (46) aufweisen, so dass also S2,1 = S2,2 = S2,3= S2,4 gilt.Preferably, all force sensor units of the long sides are arranged such that they each have an equal distance to their respective near short sides (46), so that S 2.1 = S 2.2 = S 2.3 = S 2.4 applies.
Die Kraftsensoreinheiten auf den Kurzseiten können insbesondere mittig, jeweils bei 50% der Länge b der jeweiligen Kurzseiten, angeordnet sein.The force sensor units on the short sides can in particular be arranged in the middle, in each case at 50% of the length b of the respective short sides.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Kraftsensoreinheiten auf den Kurzseiten, relativ zur Mitte der Kurzseiten, in Querrichtung der Eingabevorrichtung in dieselbe Richtung versetzt angeordnet sind.Furthermore, it can be provided that the force sensor units on the short sides, relative to the center of the short sides, are offset in the same direction in the transverse direction of the input device.
In manchen Ausgestaltungen sind die Kraftsensoreinheiten auf den Kurzseiten, relativ zur Mitte der Kurzseiten, in Querrichtung der Eingabevorrichtung betrachtet, in entgegengesetzte Richtungen versetzt angeordnet. Dies kann beispielsweise aufgrund externer Vorgaben, beispielsweise durch Vorgaben zur Anordnung einer Kabelverbindung, nötig sein.In some configurations, the force sensor units on the short sides are offset in opposite directions relative to the center of the short sides, viewed in the transverse direction of the input device. This can be necessary, for example, because of external specifications, for example specifications for the arrangement of a cable connection.
In manchen Weiterbildungen ist es vorgesehen, dass die beiden Kraftsensoreinheiten derselben Längsseite unterschiedliche Abstände S2,i zu ihrer jeweils nahen Kurzseite aufweisen. Dabei weist diejenige Kraftsensoreinheit einen kleineren Abstand S2,i auf, deren Abstand S1,i größer ist..In some developments, it is provided that the two force sensor units on the same long side have different distances S 2,i to their respectively close short side. In this case, that force sensor unit has a smaller distance S 2,i whose distance S 1,i is greater.
Einfach gesagt werden also diejenigen Kraftsensoreinheiten, in Richtung welcher eine nahe Kraftsensoreinheit der Kurzseiten hin versetzt angeordnet ist, von dieser Kurzseite weiter entfernt angeordnet.To put it simply, those force sensor units in the direction in which a force sensor unit close to the short sides is offset are arranged further away from this short side.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit dem Sensorrahmen gekoppeltes Panel vorgesehen, welches die Kontaktfläche aufweist. Auf diese Weise wird ein gewisser Bereich für die Benutzereingabe dem Benutzer zur Verfügung gestellt. Dem Benutzer wird also eine Oberfläche zur Verfügung gestellt, über die der Benutzer mit der Eingabevorrichtung interagieren kann.In one embodiment of the invention, a panel coupled to the sensor frame is provided, which has the contact surface. In this way, some area for user input is made available to the user. The user is thus provided with an interface via which the user can interact with the input device.
Beispielsweise kann der Benutzer mit einem Zeichenstift Linien auf dem Panel zeichnen, deren Verlauf erfasst werden und über eine Schnittstelle an ein Endgerät, wie einen Computer oder Laptop übertragen werden. Durch die von den Kraftsensoren gemessene Kraft kann beispielsweise eine Linienstärke oder eine Liniendicke angepasst werden.For example, the user can draw lines on the panel with a pen, the course of which is recorded and transmitted via an interface to a terminal such as a computer or laptop. The force measured by the force sensors can be used, for example, to adjust a line width or a line thickness.
Auf dem Panel können auch Symbole oder Schaltflächen dargestellt sein. Durch ein Berühren eines entsprechenden Symbols oder einer entsprechenden Schaltfläche kann der Benutzer an der Eingabevorrichtung eine Eingabe vornehmen.Icons or buttons can also be displayed on the panel. By touching a corresponding symbol or a corresponding button, the user can make an entry on the input device.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Panel ein LCD-Panel, optisch gebondet mit einem Schutzglas, auf welchem dem Benutzer Informationen angezeigt werden. Durch ein Berühren von angezeigten Bedienelementen oder angezeigten Informationen kann der Benutzer an der Eingabevorrichtung eine Eingabe vornehmen.In one embodiment of the invention, the panel is an LCD panel optically bonded to a protective glass on which information is displayed to the user. By touching displayed control elements or displayed information, the user can make an input on the input device.
Das Basisteil kann eine Hintergrundbeleuchtungseinheit für das LCD-Panel sein. Auf diese Weise ist die Eingabevorrichtung sehr kompakt ausgestaltet. Dabei dient die Hintergrundbeleuchtungseinheit dazu, dass die entsprechenden Darstellungen auf der LCD-Einheit der Anzeigeeinheit mit Licht beleuchtet werden. Hierfür werden bei einer Flüssigkristallanzeige die Flüssigkristalle so angesteuert, dass diese die Polarisationsrichtung des Lichts der Hintergrundbeleuchtungseinheit beeinflusst.The base part can be a backlight unit for the LCD panel. In this way, the input device is very compact. In this case, the backlighting unit serves to illuminate the corresponding representations on the LCD unit of the display unit with light. For this purpose, the liquid crystals in a liquid crystal display are controlled in such a way that they influence the direction of polarization of the light of the backlighting unit.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Panel auf dem Sensorrahmen angebracht ist oder vorderseitig vom Sensorrahmen randseitig umgeben ist. Somit wird eine Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche der Eingabevorrichtung, d. h. auf das Panel, direkt auf den Sensorrahmen übertragen, sodass die Abtastempfindlichkeit weiter verbessert wird.A further aspect of the invention provides that the panel is attached to the sensor frame or is surrounded at the front edge by the sensor frame. Thus, a force on the contact surface of the input device, i. H. on the panel, transferred directly to the sensor frame, so that the sensing sensitivity is further improved.
Der Sensorrahmen kann auch einen Teil der Kontaktfläche bilden. Somit kann die Krafteinwirkung direkt auf den Sensorrahmen erfasst werden. Dies kann insbesondere bei einer Eingabevorrichtung ohne Display vorteilhaft sein.The sensor frame can also form part of the contact surface. In this way, the force acting on the sensor frame can be recorded directly. This can be advantageous in particular in the case of an input device without a display.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die elastische Zwischenschicht zwischen Panel und Sensorrahmen positioniert. Auf diese Weise wird das Panel vor einer zu starken Verformung geschützt.In one embodiment of the invention, the elastic intermediate layer is positioned between the panel and the sensor frame. In this way, the panel is protected from excessive deformation.
Um eine möglichst große Kontaktfläche bereitzustellen, kann die elastische Zwischenschicht eine Breite besitzen, die der Breite des Sensorrahmens im an die Zwischenschicht angrenzenden Bereich des Sensorrahmens entspricht. Dies kann insbesondere zum Erreichen einer möglichst großen Haltekraft vorteilhaft sein. In vielen Ausgestaltungen kann jedoch auch eine geringe Breite der elastischen Zwischenschicht vorteilhaft sein, so dass eine möglichst exakte Messung der ausgeübten Kraft möglich ist. Beispielsweise ist die Breite der elastischen Zwischenschicht kleiner als die Breite des Sensorrahmens und liegt etwa im Bereich zwischen 5% und 80%, insbesondere im Bereich von 20% bis 70% der Breite des Sensorrahmens. Somit können Kraftleckagepfade (Engl.: „force leakage paths“) minimiert und auf diese Weise die Messgenauigkeit erhöht werden. Gleichzeitig kann eine Abdichtung erreicht werden, insbesondere um das Austreten von Streulicht zu verhindern und/oder um das Eindringen von Feuchtigkeit, Staub und anderen Partikeln zu verhindern.In order to provide the largest possible contact surface, the elastic intermediate layer can have a width which corresponds to the width of the sensor frame in the region of the sensor frame adjoining the intermediate layer. This can be advantageous in particular for achieving the greatest possible holding force. In many configurations, however, a small width of the elastic intermediate layer can also be advantageous, so that the force exerted can be measured as precisely as possible. For example, the width of the elastic intermediate layer is smaller than the width of the sensor frame and is approximately in the range between 5% and 80%, in particular in the range from 20% to 70% of the width of the sensor frame. In this way, force leakage paths can be minimized and the measurement accuracy increased in this way. At the same time, a seal can be achieved, in particular to prevent scattered light from escaping and/or to prevent moisture, dust and other particles from penetrating.
Die elastische Zwischenschicht kann eine Breite größer als 500 µm aufweisen, wodurch zum Beispiel eine einfache Handhabung während der Fertigung erreicht wird.The elastic intermediate layer can have a width greater than 500 μm, which means, for example, that it is easy to handle during production.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Kraftsensor in einem Messabschnitt im Sensorrahmen aufgenommen. Dabei ist in dem Messabschnitt ein elastisches Element angeordnet oder ausgeformt, welches eine verringerte Dicke verglichen mit dem oder den angrenzenden Abschnitten des Sensorrahmens aufweist. Somit wird am Sensorrahmen ein spezieller Messbereich bereitgestellt.In one embodiment of the invention, each force sensor is accommodated in a measuring section in the sensor frame. In this case, an elastic element is arranged or formed in the measuring section, which has a reduced thickness compared to the adjacent section or sections of the sensor frame. A special measuring range is thus provided on the sensor frame.
Dabei weist das elastische Element insbesondere in eine Richtung, die senkrecht zur Kontaktfläche ist, die verringerte Dicke auf. Auf diese Weise führt eine Krafteinwirkung zu einer vergleichsweise starken Verformung des elastischen Elements, die durch die Kraftsensoren detektiert wird.In this case, the elastic element has the reduced thickness, in particular in a direction which is perpendicular to the contact surface. In this way, the action of a force leads to a comparatively strong deformation of the elastic element, which is detected by the force sensors.
Außerhalb der die elastischen Elemente umfassenden Bereiche kann der Sensorrahmen gleichmäßig dick sein.Outside the areas containing the elastic elements, the sensor frame can be of uniform thickness.
Beispielsweise weist der Sensorrahmen einer der Anzahl an Kraftsensoren entsprechende Anzahl an Messabschnitten auf, in die die elastischen Elemente Kraftsensoren eingebettet sind.For example, the sensor frame has a number of measuring sections corresponding to the number of force sensors, in which the elastic elements force sensors are embedded.
In den Messabschnitten können die elastischen Elemente als Messbalken ausgebildet sein. Die Messbalken können dabei an einer Seite fest mit dem Sensorrahmen verbunden sein, insbesondere einstückig an den Sensorrahmen angeformt sein, und an einer anderen Seite an der Kontaktfläche oder dem Basisteil abgestützt sein. Auf diese Weise wird die Krafteinwirkung des Benutzers auf die Kontaktfläche über ein Zwischenelement (Messbalken) erfasst und somit die Abtastempfindlichkeit der Eingabevorrichtung weiter verbessert.In the measuring sections, the elastic elements can be designed as measuring beams. The measuring bars can be firmly connected to the sensor frame on one side, in particular formed integrally on the sensor frame, and supported on the other side on the contact surface or the base part. In this way, the force exerted by the user on the contact surface is recorded via an intermediate element (measuring bar), thus further improving the scanning sensitivity of the input device.
Alternativ können in den Messabschnitten anstelle der Messbalken auch beidseitig, also an beiden Enden mit dem Sensorrahmen verbundene, elastische Elemente (Messbrücken) angeordnet sein. Die Messbalken oder Messbrücken können jeweils einen Befestigungsabschnitt aufweisen, der insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Messbalkens oder der Messbrücke angeordnet, beziehungsweise ausgeformt ist. Der Befestigungsabschnitt kann beispielsweise in Form eines Vorsprungs, beziehungsweise eines Befestigungsvorsprungs, ausgebildet sein. Zum Übertragen der auf die Kontaktfläche ausgeübten Krafteinwirkung des Benutzers auf das elastische Element, insbesondere den Messbalken oder die Messbrücke, ist der Befestigungsabschnitt beispielsweise an der Kontaktfläche oder dem Basisteil abgestützt und/oder befestigt.Alternatively, instead of the measuring beams, elastic elements (measuring bridges) connected to the sensor frame at both ends can also be arranged in the measuring sections on both sides. The measuring beams or measuring bridges can each have a fastening section which is arranged, or formed, in particular perpendicularly to the longitudinal direction of the measuring beam or the measuring bridge. The fastening section can be designed, for example, in the form of a projection or a fastening projection. For transferring the force exerted on the contact surface by the user to the elastic element, in particular the measuring beam or the measuring bridge, the fastening section is supported and/or fastened, for example, on the contact surface or the base part.
Zum Beispiel ist der Befestigungsvorsprung eine Nase.For example, the attachment protrusion is a tab.
Beispielsweise ist jeder Kraftsensor ein Dehnungsmessstreifen, der eine Dehnung registriert, also eine Streckung oder Stauchung des elastischen Elements. Dehnungsmessstreifen ermöglichen, bereits kleine Krafteinwirkungen zu messen.For example, each force sensor is a strain gauge that registers an elongation, i.e. a stretching or compression of the elastic element. Strain gauges make it possible to measure even small forces.
Jeder Kraftsensor kann natürlich auch mehr als einen Dehnungsmessstreifen aufweisen.Of course, each force sensor can also have more than one strain gauge.
Beispielsweise ist der zumindest eine Dehnungsmessstreifen in einer Wheatstoneschen Messbrücke ausgebildet. Auf diese Weise wird die Sensitivität des Kraftsensors weiter verbessert, insbesondere da Störeinflüsse wie Temperaturschwankungen und Einflüsse von Feuchtigkeitsänderungen reduziert werden können.For example, the at least one strain gauge is embodied in a Wheatstone measuring bridge. In this way, the sensitivity of the force sensor is further improved, in particular since interference such as temperature fluctuations and the influence of changes in humidity can be reduced.
Es ist denkbar, dass die Messbrücke als Halbbrücke (mit zwei Dehnungsmessstreifen und zwei Widerständen) oder als Vollbrücke (mit insgesamt vier Dehnungsmessstreifen) ausgebildet ist.It is conceivable that the measuring bridge is designed as a half bridge (with two strain gauges and two resistors) or as a full bridge (with a total of four strain gauges).
Die Kraftsensoren können mittels einer kraftschlüssigen Verbindung an dem jeweiligen elastischen Element fixiert werden. Das Anhaften des Kraftsensors auf die Oberfläche erfolgt dabei insbesondere adhäsiv, z.B. mittels eines Klebprozesses oder durch einen Spritzprozess insbesondere einen Kunststoffspritzprozess, bei dem der Kraftsensor zuvor in die Kavität des Werkzeuges eingelegt wurde.The force sensors can be fixed to the respective elastic element by means of a non-positive connection. The attachment of the force sensor to the surface takes place in particular adhesively, e.g. by means of a gluing process or by an injection process, in particular a plastic injection process, in which the force sensor was previously inserted into the cavity of the tool.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- -
1 eine perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, - -
2 eine Seitenansicht der Eingabevorrichtung der1 ohne einen Abdeckrahmen, - -
3 die Eingabevorrichtung der 1 bei weggelassener Kontaktfläche in einer perspektivischen Ansicht, - -
4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines der Messabschnitte der Eingabevorrichtung aus3 - -
5 eine perspektivische Detailansicht eines Messabschnitts der Eingabevorrichtung der3 , - -
6 eine Draufsicht auf einen Sensorrahmen der Eingabevorrichtung der1 bis4 , - -
7 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des Sensorrahmens der Eingabevorrichtung bei weggelassener Kontaktfläche in einer Draufsicht, - -
8 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des Sensorrahmens der Eingabevorrichtung bei weggelassener Kontaktfläche in einer Draufsicht, - -
9 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des Sensorrahmens der Eingabevorrichtung bei weggelassener Kontaktfläche in einer Draufsicht, - -
10 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des Sensorrahmens der Eingabevorrichtung bei weggelassener Kontaktfläche in einer Draufsicht, - -
11 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des Sensorrahmens der Eingabevorrichtung bei weggelassener Kontaktfläche in einer Draufsicht, - -
12 eine weitere Ausgestaltung eines Messabschnitts einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung, - -
13 ein Messabschnitt einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung in einer weiteren Ausgestaltung, und - -
14 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- -
1 a perspective side view of an input device according to the invention according to a first embodiment, - -
2 a side view of the input device of FIG1 without a cover frame, - -
3 theinput device 1 with omitted contact surface in a perspective view, - -
4 Fig. 12 shows a side view and a top view of one of the measuring sections of the input device3 - -
5 a perspective detailed view of a measuring section of the input device of FIG3 , - -
6 a plan view of a sensor frame of the input device of FIG1 until4 , - -
7 a further exemplary configuration of the sensor frame of the input device with the contact surface omitted in a plan view, - -
8th a further exemplary configuration of the sensor frame of the input device with the contact surface omitted in a plan view, - -
9 a further exemplary configuration of the sensor frame of the input device with the contact surface omitted in a plan view, - -
10 a further exemplary configuration of the sensor frame of the input device with the contact surface omitted in a plan view, - -
11 a further exemplary configuration of the sensor frame of the input device with the contact surface omitted in a plan view, - -
12 a further embodiment of a measuring section of an input device according to the invention, - -
13 a measuring section of an input device according to the invention in a further embodiment, and - -
14 a side view of an input device according to the invention according to a second embodiment.
Die Eingabevorrichtung 10 hat eine rechteckige Gestalt und entsprechend sind auch die Kontaktfläche 12, der Sensorrahmen 14 und das Basisteil 16 rechteckig ausgeführt.The
Somit weist die Eingabevorrichtung 10 eine Länge I und eine Breite b auf. In der
Im Allgemeinen weist die Eingabevorrichtung 10 eine Länge-Breiteverhältnis von 4:1 bis 2:1 auf.In general, the
In der ersten Ausführungsform ist die Kontaktfläche 12 gebildet durch ein Panel 18 und einen Abdeckrahmen 20, genauer gesagt durch einen vorderseitigen Abschnitt 22 des Abdeckrahmens 20, der sich parallel zu dem Panel 18 erstreckt. Somit bildet ein Abschnitt 24 des Abdeckrahmens 20, der sich seitlich am Sensorrahmen 14 entlang erstreckt, keinen Teil der Kontaktfläche 12.In the first embodiment, the
Beispielhaft ist das Panel 18 in der
In an sich bekannter Weise werden über die Hintergrundbeleuchtungseinheit 28 und das LCD-Panel 26 Informationen 30 auf einem in der
Beispielsweise sind die Informationen 30 eine Schaltfläche oder ein Symbol.For example, the
Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass die Informationen 30 fest auf das Panel 18 aufgedruckt sind. In diesem Fall ist das Panel 18 nicht als LCD-Panel 26 ausgebildet.In general it is also conceivable that the
Durch das Berühren der Informationen 30, also durch das Berühren der Kontaktfläche 12, kann ein Benutzer an der Eingabevorrichtung 10 eine Eingabe vornehmen. Dabei wird die Position der Eingabe erfasst und anhand der erfassten Position eine vorbestimmte Funktion ausgeführt.By touching the
Beispielsweise ist das LCD-Panel 26 hierfür ein kapazitives LCD-Panel 26 und weist entsprechend eine dünne Schicht leitenden Materials auf.For example, the LCD panel 26 is a capacitive LCD panel 26 for this purpose and accordingly has a thin layer of conductive material.
Genauer gesagt ist die Eingabevorrichtung 10 mit einer Steuerelektronik 34 verbunden, beispielsweise über eine an der Eingabevorrichtung 10 ausgebildeten Schnittstelle. Die Steuerelektronik 34 erhält ein von der Position der Berührung abhängiges elektrisches Signal, anhand dessen die Steuerelektronik 34 bestimmt, welche Information 30 berührt wurde.To put it more precisely, the
Der berührten Information 30 ist in der Steuerelektronik 34 eine entsprechende Funktion hinterlegt, zum Beispiel in einem Speicher 36 der Steuerelektronik 34. Sobald die Steuerelektronik 34 das Berühren der Information 30 detektiert, wird die entsprechende Funktion gestartet.A function corresponding to the touched
Beispielsweise könnte die Steuerelektronik anhand des Berührens der Information 30 zu einer neuen Anzeige wechseln oder eine Aktion ausführen, beispielsweise eine Routennavigation für ein Kraftfahrzeug starten oder ein bestimmtes Lied über eine Audioanlage eines Kraftfahrzeugs abspielen.For example, the control electronics could switch to a new display by touching the
Wie schematisch in der
An dem Sensorrahmen 14 sind insgesamt sechs Messabschnitte 42 ausgebildet, wobei an jeder der sich in Längsrichtung erstreckenden Längsseiten 44 des Sensorrahmens 14 genau zwei Messabschnitte 42 und an jeder der sich in Querrichtung erstreckenden Kurzseiten 46 des Sensorrahmens 14 genau ein Messabschnitt 42 ausgebildet ist.A total of six measuring
Wie insbesondere aus den
Jeder Messbalken 50 hat einen Verformungsabschnitt 52, an dem der Kraftsensor 54 angebracht ist, und einen Befestigungsabschnitt 56, der an den Verformungsabschnitt 52 angeformt ist und sich senkrecht vom Verformungsabschnitt 52 weg erstreckt.Each measuring
Der Kraftsensor 54 kann beispielsweise mittels einer kraftschlüssigen Verbindung auf einer Oberfläche des Messbalkens 50, insbesondere im Bereich des Verformungsabschnitts 52, befestigt sein. Insbesondere kann der Kraftsensor 54 adhäsiv, durch verkleben oder durch einen Spritzvorgang an dem Messbalken 50 befestigt sein. In manchen Ausgestaltungen kann es dabei vorteilhaft sein, wenn der Kraftsensor auf einer Leiterplatte, insbesondere auf einer flexiblen Leiterplatte, angeordnet ist, und die Leiterplatte auf dem Verformungsabschnitt 52 aufgeklebt wird.The
Der Kraftsensor 54 kann prinzipiell sowohl auf einer in Richtung des Basisteils 16 zeigenden Unterseite, als auch auf einer in Richtung der Kontaktfläche 12 zeigenden Oberseite des Messbalkens 50 angeordnet sein. In manchen Ausgestaltungen kann der Kraftsensor 54 wenigstens teilweise in dem Verformungsabschnitt 52 eingebettet sein. Dafür kann der Kraftsensor 54 vor einem Kunststoffspritzvorgang in eine Kavität eines Spritzwerkzeuges eingelegt werden. Ein Einbetten des Kraftsensors 54, so dass dieser nicht oder nicht vollständig über eine Oberfläche des Verformungsabschnittes 52 übersteht, kann mittels eines Folienhinterspritzprozesses erfolgen.In principle, the
Im Beispiel der
Die Ausrichtung des Befestigungsabschnittes 56 ist in der gezeigten Ausgestaltung in Richtung des Basisteils 16 gewählt. In anderen Ausgestaltungen kann auch eine Ausrichtung in Richtung der Kontaktfläche 12 vorgesehen sein. Die Ausrichtung, d.h. in Richtung Basisteil 16 oder in Richtung Kontaktfläche 12, entscheidet über eine Vorzugscharakteristik (hart oder weich) der Zwischenschichten 38a und 38b. Hierbei kann das Basisteil immer als „Masse“, also als näherungsweise „ortsfest“ betrachtet werden,In the embodiment shown, the orientation of the
Sind die Befestigungsabschnitte 56 Richtung Basisteil 16 ausgerichtet, bewegen sich der Sensorrahmen 14 und die Kontaktfläche 12 bei Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche 12 vorzugsweise als Einheit. Diese Einheit wird in Richtung des Basisteils 16 verschoben. Dabei muss die Kraft F, respektive der Kraftfluss, über die Befestigungsabschnitte 56, auf das Basisteil 16 übertragen werden. Um dies sicherzustellen, ist die elastische Zwischenschicht 38b zwischen dem Sensorrahmen 14 und dem Basisteil 16 vorzugsweise möglichst weich ausgebildet. Somit kann eine Kraftflussleckage durch die elastische Zwischenschicht 38b minimiert werden. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die elastische Zwischenschicht 38b zwischen der Kontaktfläche 12 und dem Sensorrahmen 14 eine möglichst feste Anbindung an den Sensorrahmen 14 sicherstellt. Dies kann beispielsweise bei einem Automobildisplay wünschenswert sein, da im Falle eines Unfalls dies die einzige Möglichkeit ist, das Display und eine darauf angebrachtes Abdeckglas (Engl.: „cover glass“) zu halten.If the
Im anderen Fall, wenn die Befestigungsabschnitte 56 in Richtung der Kontaktfläche 12 ausgerichtet sind, bilden der Sensorrahmen 14 und das Basisteil 16 eine „Einheit“. Diese dürfen somit fest miteinander verbunden sein. In dieser Ausführungsform muss die Kontaktfläche 12 verschiebbar in Richtung des Sensorrahmens 14 sein. Einerseits soll die zwischen der Kontaktfläche 12 und dem Sensorrahmen 14 angeordnete Zwischenschicht 38a nicht zu hart sein, um keine Kraftflussleckage zu verursachen, auf der anderen Seite muss sie aber Vorgaben an eine Mindesttragelast erfüllen. Somit kann bei Anwendungen im Automobilbereich wieder sichergestellt werden, dass das Display und das damit verbundene Abdeckglas auch im Falle eines Unfalls zuverlässig gehalten wird. Um eine Splitterbildung bei einem Unfall zu vermeiden, kann eine umlaufende Verklebung zwischen Display und Abdeckglas ausgebildet sein.In the other case, when the
Mit anderen Worten ist, je nach gewählter Vorzugsrichtung, die Elastizität der Zwischenschichten 38a und 38 derart gewählt, dass sich bei einer Krafteinwirkung F auf die Kontaktfläche 12 entweder die Kontaktfläche 12 in Richtung einer den Sensorrahmen 14 und das Basisteil 16 umfassenden Einheit verschiebt, oder wobei sich die Kontaktfläche 12 und der Sensorrahmen 14 als Einheit in Richtung Basisteil 16 bewegen.In other words, depending on the selected preferred direction, the elasticity of the
Im Beispiel sind die elastischen Zwischenschichten 38a und 38b vollständig längs des vorderseitigen bzw. des rückseitigen Randes 40 (
Die elastischen Zwischenschichten 38a und 38b weisen im Beispiel also eine Breite bZ auf, die der Breite bR des Randes 40 des Sensorrahmens 14 in dem jeweiligen Bereich des Sensorrahmens 14 entspricht.In the example, the elastic
Mit anderen Worten können die Breiten bR und bZ sowohl im Bereich eines Messabschnitts 42 als auch in einem Bereich zwischen zwei Messabschnitten 42 (vgl.
Bei Ausgestaltungen mit einer entgegengesetzten Ausrichtung der Befestigungsabschnitte 56 (in Richtung Basisteil 16) kann es vorteilhaft sein, wenn die zwischen dem Sensorrahmen 14 und dem Basisteil 16 angeordnete Zwischenschicht 38b eine geringere Breite als der Sensorrahmen 14 in diesem Bereich aufweist. Dadurch kann die Kraftflussleckage weiter minimiert werden, wobei trotzdem eine gute Dichtung realisiert werden kann.In configurations with an opposite orientation of the fastening sections 56 (in the direction of the base part 16), it can be advantageous if the
In manchen Ausgestaltungen kann auch nur eine elastische Zwischenschicht 38a, 38b vorgesehen sein. Dabei auf derjenigen Seite des Sensorrahmens 14, auf welcher die Befestigungsabschnitte der elastischen Elemente angeordnet sind, eine elastische Zwischenschicht (38a) zwischen dem Sensorrahmen 14 und der Kontaktfläche 12 oder dem Basisteil angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite kann die zweite elastische Zwischenschicht (38b) fehlen. Eine Abdichtung kann dann beispielsweise am Außenumfang angeordnet sein, um das Austreten von Streulicht oder das Eindringen von Feuchtigkeit und Partikeln zu verhindern,In some configurations only one elastic
Die Kraftsensoren 54 sind beispielsweise Dehnungsmessstreifen, die in einer Wheatstoneschen Messbrücke angeordnet sind.The
Zum Beispiel ist jeder Kraftsensor 54 als Vollbrücke ausgeführt und weist entsprechend insgesamt vier Dehnungsmessstreifen auf, die in einem Ring oder einem Quadrat zusammengeschaltet sind.For example, each
Alternativ kann jeder oder es können auch nur einzelne Kraftsensoren 54 als Halbbrücke ausgeführt sein. Der Kraftsensor 54 kann beispielsweise jeweils auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sein, welche auf dem elastischen Element (hier dem Messbalken 50) befestigt ist. Zur Kontaktierung der Kraftsensoren 54 können entsprechende Drähte oder flexible Leiterplatten verwendet werden, welche beispielsweise im oder an dem Sensorrahmen 14 zum Verbinden mit einer Steuerschaltung entlanggeführt werden.Alternatively, each or only
An einem ersten Ende 58 ist der Messbalken 50 fest mit dem Sensorrahmen 14 verbunden. Genauer gesagt ist jeder Messbalken 50 am ersten Ende 58 einteilig mit dem Sensorrahmen 14 ausgebildet.The measuring
Beispielsweise ist der Sensorrahmen 14 aus Kunststoff und die Aussparungen 48 sowie der Messbalken 50 sind am Sensorrahmen 14 mittels einer Spritzgussform ausgebildet.For example, the
Dabei sind die Kraftsensoren 54 an die entsprechenden Verformungsabschnitte 52 der Messbalken 50 angespritzt. Die Kraftsensoren 54 wurden also bereits während des Spritzgießens des Sensorrahmens 14 in die Messabschnitte 42 eingelegt.In this case, the
An einem zweiten Ende 60, das durch den Befestigungsabschnitt 56 gebildet ist, steht der Messbalken 50 mit dem Basisteil 16 in Verbindung, genauer gesagt ist der Messbalken 50 im Befestigungsabschnitt 56 mit dem Basisteil 16 kraftschlüssig verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung auch auf andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise mittels einer formschlüssigen Verbindung oder mittels Verkleben. Der Messbalken 50 ist also nur an einem Ende am Sensorrahmen 14 befestigt und am anderen Ende nicht.At a
In der
Zur Abstandsbestimmung und Positionsbestimmung der Kraftsensoreinheit 53 ist ein Referenzpunkt R dargestellt, welcher durch den Schnittpunkt einer Ebene parallel zur Eingabefläche mit einer senkrecht zu dieser Ebene verlaufenden Linie durch die geometrische Mitte des Befestigungsabschnitts 56 gegeben ist.To determine the distance and position of the
Ein weiterer Ausschnitt der Eingabevorrichtung, mit einer perspektivischen Ansicht eines Messabschnittes 42 ist in der
Die Ausdehnung d2 ist vorteilhafter Weise jedoch so groß gewählt, dass die Bewegung des Messabschnitts 42 in der Richtung senkrecht zur Kontaktfläche begrenzt wird. Somit kann die maximal auf den Kraftsensor 54 wirkende Kraft begrenzt werden. Dies kann zum Einem vor einer Beschädigung des Kraftsensors 54 oder des elastischen Elements schützen. Zum anderen kann dadurch der Bereich möglicher Messwerte reduziert oder begrenzt werden, wodurch in manchen Ausgestaltungen des Kraftsensors 54 eine höhere Auflösung der Messwerte möglich sein kann.However, the extension d 2 is advantageously selected to be large enough that the movement of the measuring
Bei der Krafteinwirkung F eines Benutzers auf die Kontaktfläche 12 wird zunächst die elastische Zwischenschicht 38 zwischen Kontaktfläche 12 und Sensorrahmen 14, anschließend der Sensorrahmen 14 und schließlich die elastische Zwischenschicht zwischen Sensorrahmen 14 und Basisteil 16 verformt.When a user acts on the force F on the
Nachdem die Messbalken 50 über die entsprechenden Befestigungsabschnitte 56 am Basisteil 16 befestigt sind, verformen sich die Verformungsabschnitte 52 der Messbalken 50 in Abhängigkeit der Position der Krafteinwirkung F und dem Betrag der Krafteinwirkung F, also der ausgeübten Kraft.After the measuring beams 50 are attached to the
Üblicherweise werden durch die Krafteinwirkung F mehrere Messbalken 50 messbar verformt. Diese Verformung wird durch die entsprechenden Dehnungsmessstreifen und damit durch die entsprechenden Kraftsensoren 54 detektiert. Dabei stellt jeder Kraftsensor 54 ein entsprechendes elektrisches Signal bereit und übergibt dieses an die Steuerelektronik 34.A plurality of measuring
Die elektrischen Signale umfassen sowohl Informationen über den Betrag der Kraft als auch über den Berührpunkt der Eingabe des Benutzers, sodass die Steuerelektronik 34 aus den elektrischen Signalen der Kraftsensoren 54 die Position der Krafteinwirkung F und den Betrag der Krafteinwirkung F bestimmen kann.The electrical signals include information about both the magnitude of the force and the point of contact of the user's input so that the
Die Kontaktfläche 12 muss also nicht berührungsempfindlich ausgeführt sein.The
Beispielsweise führt die Steuerelektronik 34 eine Funktion nur aus, falls der Benutzer mit einem bestimmten Betrag der Krafteinwirkung F auf die Kontaktfläche 12 einwirkt.For example, the
Alternativ kann die Funktion auch kraftabhängig sein, also abhängig von dem Betrag der Krafteinwirkung F. So würde beispielsweise ein festes Drücken, d.h. ein Einwirken mit einem vergleichsweise großen Betrag der Krafteinwirkung F, zu einer anderen Funktion führen als ein leichtes Drücken.Alternatively, the function can also be force-dependent, i.e. dependent on the amount of force F. For example, a firm press, i.e. an action with a comparatively large amount of force F, would lead to a different function than a light press.
Dabei können in den Sensorrahmen 14 entsprechende Signalleitungen eingebettet sein, die von einem Anschlusselement 62 (
Um eine hohe Sensitivität bei der Messung der Krafteinwirkung auf die Kontaktfläche 12 zu haben, sind die Kraftsensoren 54 in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander angeordnet.In order to have a high level of sensitivity when measuring the force acting on the
Die Kraftsensoreinheiten 53 auf den in Querrichtung verlaufenden Kurzseiten 46 sind in der Ausgestaltung der
Die Anordnung wurde also so gewählt ist, dass sich der Referenzpunkt R bei 50% der Länge der Kurzseite 46 befindet.The arrangement was therefore chosen such that the reference point R is located at 50% of the length of the
Im Allgemeinen sind die Kraftsensoreinheiten 53 auf den Kurzseiten 46 in einem Bereich 63 angeordnet, der 40% bis 50 % der Länge der Kurzseite 46 entspricht.In general, the
Mit anderen Worten können die Kraftsensoreinheiten 53 alternativ zur gezeigten Ausgestaltung also auch einen Versatz in Querrichtung relativ zur Mitte der entsprechenden Kurzseite 46 aufweisen.In other words, as an alternative to the configuration shown, the
Die Kraftsensoreinheiten 53 der Längsseiten weisen in Querrichtung einen Abstand S1,i zur Mittellinie auf, gemessen von dem jeweiligen Referenzpunkt R aus. In der gezeigten Ausführungsform wirkt die Kraft auf einen Befestigungsabschnitt 56 des Messbalkens 50, so dass der Messbalken 50 proportional zur einwirkenden Kraft gebogen wird. Wie oben erläutert, ist der Referenzpunkt R hier folglich als die geometrische Mitte des Befestigungsabschnittes 56 in der gezeigten Draufsicht gegeben.The
Auf der Längsseite 44 sind die Kraftsensoren 54 mit einem Abstand S3,1 zueinander angeordnet und weisen in Längsrichtung jeweils einen Abstand S2,1 zur nahen Kurzseite 46 auf (wiederum gemessen bezogen auf die Referenzpunkte R der entsprechenden Kraftsensoreinheiten 53).On the
Die sich ergebenden Verhältnisse Ri, gebildet aus dem Quotienten der Summe der Abstände S1,i und S2,i zu dem Abstand S3,i, beträgt in der gezeigten Ausführungsform 0,9.The resulting ratios R i , formed from the quotient of the sum of the distances S 1,i and S 2,i to the distance S 3,i , is 0.9 in the embodiment shown.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis R im Bereich von 0,85 bis 0,95. Durch diese spezielle Anordnung der Kraftsensoren wird eine besonders hohe Abtastempfindlichkeit der Eingabevorrichtung 10 sichergestellt. Insbesondere können bei der Anordnung der Kraftsensoren 54 mit dem Verhältnis Ri nicht nur der Betrag der Krafteinwirkung F gemessen werden, sondern auch die Position der Krafteinwirkung F.Preferably, the ratio R ranges from 0.85 to 0.95. This special arrangement of the force sensors ensures a particularly high scanning sensitivity of the
Die
In der
Die in der
Eine weitere alternative Ausgestaltung des Sensorrahmens 14 ist in der
Ferner können die Messbalken 50 in einer Ebene des Sensorrahmens 14, welche parallel zur Eingabeebene liegt, von dem Sensorrahmen 14 vollständig umschlossen sein, wie in der
Anhand der
In der Ausgestaltung der
Mit anderen Worten ist der Befestigungsabschnitt 56 an der Kontaktfläche 12, also beispielsweise an dem Panel 26 befestigt.In other words, the
In dieser Ausgestaltung führt eine Krafteinwirkung F auf die Kontaktfläche 12 direkt zu einer Dehnung, d.h. einer Streckung oder Stauchung des Verformungsabschnitts 52 im Bereich des Kraftsensors 54 relativ zum Sensorrahmen 14.In this embodiment, a force F acting on the
Ein weiterer Unterschied ist, dass der Kraftsensor 54 nicht in den Verformungsabschnitt 52 eingebettet ist, sondern auf den Verformungsabschnitt 52 aufgeklebt ist, also auf den Messbalken 50.Another difference is that the
In der Ausgestaltung der
Dabei ist an der Messbrücke 66 eine Befestigungsvorsprung 70 ausgebildet, über die die Messbrücke 66 am Basisteil 16 abgestützt oder am Basisteil 16 befestigt ist.A fastening projection 70 is formed on the measuring bridge 66 , via which the measuring bridge 66 is supported on the
Im Allgemeinen kann die Befestigungsvorsprung 70 auch auf der Seite der Messbrücke 66 angeordnet sein, die der Kontaktfläche 12 zugewandt ist.In general, the fastening projection 70 can also be arranged on the side of the measuring bridge 66 which faces the
Die Befestigungsvorsprung 70 ist vorzugsweise einstückig mit der Messbrücke 66 ausgebildet mittig auf der Messbrücke angeordnet.The fastening projection 70 is preferably formed in one piece with the measuring bridge 66 and is arranged centrally on the measuring bridge.
Weiterhin ist der zugeordnete Kraftsensor 54 an der Seite der Messbrücke 66 angeordnet, welche der Befestigungsvorsprung 70 gegenüberliegt. Dabei kann der Kraftsensor 54 sowohl zentral als auch links und oder rechtsseitig gegenüber der Befestigungsvorsprung angeordnet sein.Furthermore, the associated
Die
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist die Eingabevorrichtung 10 nur eine Zwischenschicht 38 auf, über die das Basisteil 16 und der Sensorrahmen 14 miteinander verbunden sind. Das Panel 18 liegt unmittelbar auf dem Sensorrahmen 14 auf und der Sensorrahmen 14 umgreift das Panel 18 mittels hakenförmiger Fortsätze 72.In contrast to the first embodiment, the
Der Sensorrahmen 14 umgibt also das Panel 26.The
Dabei bilden die Seiten 74 der Fortsätze 72, die dem Sensorrahmen 14 abgewandt sind, einen Teil der Kontaktfläche 12.The
Mit anderen Worten ist der Sensorrahmen 14 Teil der Kontaktfläche 12.In other words, the
Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass am Sensorrahmen 14 seitlich eine Rille gebildet ist, in die das Panel 18 eingesetzt ist.In general, it is also conceivable for a groove to be formed laterally on the
In diesem Fall umgibt der Sensorrahmen 14 das Panel 18 im Randbereich des Panels 18 vollständig.In this case, the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Eingabevorrichtunginput device
- 1212
- Kontaktflächecontact surface
- 1414
- Sensorrahmensensor frame
- 1616
- Basisteilbase part
- 1818
- Panelpanel
- 2020
- Abdeckrahmencover frame
- 22, 2422, 24
- Abschnitte des AbdeckrahmensSections of the cover frame
- 2626
- LCD-PanelLCD panel
- 2828
- Hintergrundbeleuchtungseinheitbacklight unit
- 3030
- Informationeninformation
- 3232
- BereichArea
- 3434
- Steuerelektronikcontrol electronics
- 3636
- SpeicherStorage
- 38a, 38b38a, 38b
- Zwischenschichtenintermediate layers
- 4040
- Randedge
- 4242
- Messabschnittmeasurement section
- 4444
- Längsseitelong side
- 4646
- Kurzseiteshortside
- 4848
- Aussparung des SensorrahmensRecess of the sensor frame
- 5050
- Messbalkenmeasuring bar
- 5252
- Verformungsabschnittdeformation section
- 5353
- Kraftsensoreinheitforce sensor unit
- 5454
- Kraftsensorforce sensor
- 5656
- Befestigungsabschnittattachment section
- 5858
- erstes Endefirst end
- 6060
- zweites Endesecond end
- 6262
- Anschlusselementconnection element
- 6363
- BereichArea
- 6464
- Mittelliniecenterline
- 6666
- Messbrückemeasuring bridge
- 6868
- Aussparungrecess
- 7070
- Befestigungsvorsprungmounting boss
- 7272
- Fortsatzextension
- 7474
- Seitenpages
- RR
- Referenzpunkte der Kraftsensoreinheiten zur AbstandsbestimmungReference points of the force sensor units for determining the distance
- S1,i S2,i S3,iS1,i S2,i S3,i
- Abstände bezüglich der i-ten KraftsensoreinheitenDistances with respect to the i-th force sensor units
- S4S4
- Abstand der Kraftsensoreinheit der Kurzseite zur MittellinieDistance of the short side force sensor unit to the center line
- S5S5
- Versatz der Kraftsensoreinheit der Längsseite in LängsrichtungOffset of the force sensor unit of the long side in the longitudinal direction
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2021-10-06 DE DE102021125965.7A patent/DE102021125965A1/en active Pending
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