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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Steuertafel gerichtet, welche Steuerelemente aufweist, wie Schalter und Ähnliches, wobei die Steuerelemente Zierknöpfe aufweisen.
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Hintergrund
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Elektrische Steuerungen, die an Fahrzeugarmaturenbrettern verwendet werden, haben früher eine Anordnung von separaten bzw. getrennten Steuerelementen aufgewiesen, wie beispielsweise Schalter, Knipser, Wählschalter, Schiebehebel usw. Die Steuerelemente sind oft in großen integrierten Anordnungen montiert, die wiederum in dem Armaturenbrett des Fahrzeugs installiert sind. In jüngster Zeit sind Steuertafeln konstruiert worden, bei denen mehrere Steuerfunktionen mit einer einzigen druckempfindlichen Kontakttafel ausgeführt werden.
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Tactonic Technologies (www.tactonic.com) hat ein druckempfindliches berührungsempfindliches Paneel mit mehreren Kontakten entwickelt, welches mit passiven Deckschichten verwendet werden kann, um die Funktionen einer Anordnung von getrennten Steuerelementen durch nur ein einziges berührungsempfindliches Feld vorzusehen. Die berührungsempfindlichen Felder und passiven Deckschichten sind flexibel und können auf gekrümmte Oberflächen genauso wie auf flache Oberflächen aufgebracht werden. Wie auf ihrer Website dargestellt, zieht Tactonic in Betracht, dass ihre berührungsempfindlichen Felder in verschiedenen Industriezweigen, einschließlich der Automobilindustrie, verwendet werden können. Die berührungsempfindlichen Felder werden auch in den Patentanmeldungen US 2012/0086659 A1, US 2012/0087545 A1, US 2012/0089348 A1 und US 2013/0275057 A1 beschrieben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Steuervorrichtung zur Steuerung von mindestens einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung vor, wobei die Steuervorrichtung ein oder mehrere Steuerelemente aufweist, wie beispielsweise Tasten, Knöpfe usw.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine elektrische oder elektronische Vorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung weist ein Substrat mit einer Oberfläche mit einer ausgebildeten Kontur auf. Eine Abdeckung liegt über der Oberfläche des Substrates und ist an die Kontur angepasst. Die Abdeckung ist aus einem dünnen flexiblen Flächenelement geformt, welches eine Rückseite hat, die zum Substrat weist, und eine Vorderseite, die weg vom Substrat weist, wobei die Vorderseite die Außenfläche der Vorrichtung bildet und dadurch von außerhalb der Vorrichtung sichtbar ist. Eine berührungsempfindliche Matrix ist sandwichartig zwischen dem Substrat und der Abdeckung angeordnet. Die berührungsempfindliche Matrix besteht aus einem dünnen flexiblen Flächenelement, welches an die Kontur angepasst ist. Die berührungsempfindliche Matrix liefert Signale zur Steuerung der elektronischen Vorrichtung ansprechend auf Druck, der an verschiedenen Stellen darauf abgefühlt wird. Zumindest ein Zierknopf ist an der Vorderseite der Abdeckung befestigt und kann manuell zur Abdeckung hin gedrückt werden, wodurch der daraus resultierende Druck von dem Knopf durch die Abdeckung auf die berührungsempfindliche Matrix übertragen wird und von der berührungsempfindlichen Matrix abgefühlt werden kann, wenn der Zierknopf manuell gedrückt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorangegangenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann für die Technik, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich sein, in denen die Figuren Folgendes darstellen:
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1 ist eine perspektivische Darstellung einer Fahrzeugmittelkonsole mit einer Steuertafel, welche eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2 ist eine Explosionsschnittansicht eines Teils der Steuertafel der 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3(a) und (b) zeigen die Art und Weise, in der der Zierknopf der beispielhaften Ausführungsform der 1 und 2 an der Abdeckung angebracht werden kann;
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4 zeigt ein Detail der berührungsempfindlichen Matrix, die für sich genommen bekannt ist, welche in dem in den 1–3 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden könnte;
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5 zeigt die einzelnen Komponenten eines an und für sich bekannten Druckknopfes, der in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut werden könnte und als Zierknopf verwendet werden könnte; und
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6 zeigt noch eine weitere Form eines Knopfes, die an und für sich bekannt ist, die als ein Zierknopf in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 ist eine Abbildung einer Mittelkonsole 10 für ein Fahrzeug gezeigt, wie beispielsweise für einen SUV (SUV = Sports Utility Vehicle) oder ein Kfz. Die Mittelkonsole 10 ist an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz gelegen und weist typischerweise Steuerelemente auf, wie beispielsweise Schalter und Drehschalter, um Fahrzeugvorrichtungen- und -systeme zu steuern, wie beispielsweise Unterhaltungs- und/oder Kommunikationssysteme, Umgebungsanpassungssysteme (Heizung, Ventilation, Klimaanlagenfunktion – ”HVAC”) und andere ähnliche elektrische oder elektronische Systeme des Fahrzeugs. Die Abbildung der Mittelkonsole, die in 1 gezeigt ist, stellt diese verschiedenen Steuerungen mit Klimaanlagensteuerungen 12, einer Lautstärkesteuerung 14, einer Uhr 16 und anderen herkömmlichen Schaltern dar, die bei 18 gezeigt sind.
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Die Abbildung der 1 weist Steuerelemente 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf. In der in 1 dargestellten beispielhaften Ausführung sind die Steuerelemente 20 auf einer Oberfläche 22 befestigt, die als Boden oder Basis einer ausgenommenen Bucht oder Ablage 23 in der Mittelkonsole 10 dient. In der beispielhaften Ausführung der 1 ist die Oberfläche 22 eine kontinuierliche sanft variierende gekrümmte Oberfläche. In anderen Ausführungsbeispielen kann sie flach sein oder kann eine andere ausgewählte Kontur haben. Wie allgemein in 1 zu sehen, weisen die Steuerelemente 20 Zierknöpfe auf, die im Detail unten beschrieben werden, welche auf der konturierten Oberfläche 22 befestigt sind. Die Oberfläche 22, die im Detail unten beschrieben wird, weist eine aktive berührungsempfindliche Matrix auf die druckempfindlich ist, und die elektrische Signale, ansprechend auf einen Druck darauf liefert. Wenn eine Person im Fahrzeug eines oder mehrere der Steuerelemente 20 betätigt, fühlt die aktive berührungsempfindliche Matrix den Ort und die Stärke der Berührung ab, und spricht an, indem sie elektrische Signale zur Steuerung der damit in Beziehung stehenden elektrischen oder elektronischen Vorrichtung liefert.
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2 ist eine Ansicht eines der Steuerelemente 20 und des assoziierten Teils der Oberfläche 22. Die Ansicht der 2 ist eine Explosionsansicht, um die laminierte Struktur der Oberfläche besser zu zeigen. Wie in der Figur gezeigt, weist die laminierte Struktur ein Substrat 24 und eine Abdeckung 26 auf. Das Substrat 24 kann an der Mittelkonsole 10 in irgendeiner herkömmlichen Weise angebracht sein, beispielsweise über integrale Druckknopfmerkmale oder über separate mechanische Befestigungselemente. Die Abdeckung 26 kann aus irgendeinem geeigneten flexiblen Material geformt sein, wie beispielsweise aus einem Plastikflächenelement, Leder oder aus Stoff. Die Abdeckung könnte beispielsweise aus einem Flächenelement eines herkömmlichen Stoffes bestehen, wie beispielsweise Jeansstoff oder Cord. Eine berührungsempfindliche Matrix 28, die an und für sich bekannt ist, ist sandwichartig zwischen dem Substrat 24 und der Abdeckung 26 angeordnet. Beim normalen Gebrauch werden die drei Schichten 24, 26 und 28 in engem berührenden Kontakt übereinander liegen. Tatsächlich wird in Betracht gezogen, dass die Abdeckung 26 üblicherweise an die berührungsempfindliche Matrix 28 geklebt wird oder in anderer Weise daran anhaftet, obwohl das verwendete Klebemittel ziemlich schwach sein könnte, um zu gestatten, dass die Abdeckung leicht durch eine andere Abdeckung ersetzt wird, die aus irgend einem anderen Material gemacht ist, oder die eine andere Oberflächenfarbe oder ein anderes Muster hat.
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In den 3(a) und (b) ist zu sehen, dass das Steuerelement 20 selbst drei zusammenarbeitende Elemente aufweist; welche ein kuppelförmiges Zierknopfoberteil 30, eine Zinkenbasis 32, aus der zwei Zinken 34 ausgestanzt bzw. herausgebogen worden sind, und einen münzenförmigen Halter 36 mit Öffnungen 38 aufweisen, die so bemessen und positioniert sind, dass sie die zwei Zinken von der Zinkenbasis 32 aufnehmen. Das Zierknopfoberteil 30 nimmt die Basis 32 in seiner konkaven Seite auf, und der Umfang des Knopfes ist unter die Basis und um diese herum gekrimpt bzw. umgefalzt, wodurch das Zierknopfoberteil sicher an der Basis befestigt wird. Die Basis 32 ist eine kreisförmige Scheibe aus Metallblech, aus der Zinken mittels eines herkömmlichen Formstanzvorgangs ausgestanzt bzw. herausgebogen worden sind. Die Zinken stehen mehr oder weniger senkrecht von der Basis vor und sind scharf genug, um das Abdeckungsmaterial zu durchstoßen. Die Zinken verlaufen durch die Öffnungen 38 im Halter 36 und werden zueinander hin umgebogen (siehe 3(b)), um das Knopfoberteil 30 an der Abdeckung 26 zu sichern. Der Halter 36 kann eine mittige Einsenkung oder Vertiefung haben, die nicht gezeigt ist, die tief genug ist, um die umgebogenen Zinken aufzunehmen, wodurch der Halter anstelle der Zinken die berührungsempfindliche Matrix 28 berührt.
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Die berührungsempfindliche Matrix 28 kann irgendeine herkömmliche Form annehmen, wie beispielsweise ein berührungsempfindliches Feld, welches von Tactonic Technologies LLC erhältlich ist. 4 ist eine schematische Darstellung der Elemente einer solchen berührungsempfindlichen Matrix, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In 4 hat die berührungsempfindliche Matrix 28 ihre eigene laminierte Struktur und besteht aus zwei Flächenelementen 40 und 42. Um die Beschreibung der berührungsempfindlichen Matrix zu erleichtern, ist nur ein Teil von jedem Flächenelement in 4 gezeigt. Bei einer tatsächlichen berührungsempfindlichen Matrix sind die Flächenelemente 40 und 42 größer, sie haben im Allgemeinen die gleiche Größe, sie sind in einer vollständig überlappenden Ausrichtung angeordnet, und sie sind miteinander verbunden, um eine einzige verbundene, jedoch flexible Struktur zu formen.
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Jedes der zwei Flächenelemente 40 und 42 besteht aus einem nicht leitenden Flächenelementmaterial mit einer regelmäßigen Reihe von geraden parallelen Leiterbahnenlinien 44 bzw. 46, die darauf aufgedruckt sind. Die Leiterbahnen 44 auf dem Flächenelement 40 laufen senkrecht zu den Leiterbahnen 46 auf dem Flächenelement 42. Die Flächenelemente sind so orientiert, dass die Oberflächen, welche die jeweiligen gedruckten Leiterbahnen tragen, zueinander hinweisen. Wenn somit die Flächenelemente 40 und 42 zusammengebaut werden, schneiden sich die Bahnen der jeweiligen Flächenelemente in einer Matrix von Stellen 48 in regelmäßig beanstandeten Intervallen über die Oberfläche der Flächenelemente. Eine kleine Menge eines kraftempfindlichen Widerstandsmaterials bzw. FSR-Material (FSR = force sensitive resistive), welches kein Bezugszeichen hat, ist in beanstandeten Intervallen über einen Satz der Bahnen gedruckt, und zwar in Übereinanderlage mit den Schnittpunkten 48 mit den Bahnen auf dem anderen Flächenelement. Somit weist die Leiterbahn auf einem Flächenelement bei jedem Schnittpunkt zu der Leiterbahn auf dem anderen Flächenelement, ist jedoch von der Bahn durch das FSR-Material getrennt. Bei jedem Schnittpunkt 48 wird der elektrische Widerstand zwischen den zwei Bahnen von dem Druck abhängen, dem das FSR bzw. kraftempfindliche Widerstandsmaterial an dem Schnittpunkt ausgesetzt ist.
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Eine Berührung auf der Oberfläche des Materials kann detektiert und lokalisiert werden, indem elektronisch die Bahnen 44 und 46 abgetastet werden und der Widerstand an jedem Schnittpunkt quantifiziert bzw. bestimmt wird. Der Abtastvorgang und die Vorrichtung, welche typischerweise einen Firmware-gesteuerten Mikrocontroller aufweisen wird, sind an und für sich bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, dass der Vorgang empfindlich genug ist, dass jegliches Aufbringen eines Druckes auf die Oberfläche der berührungsempfindlichen Matrix an einer oder mehreren Stellen leicht detektiert werden kann und die Stelle(n) unterschieden werden kann (können). Die Elektronik wird Steuervorgänge abhängig von Berührungen ausführen, die von der berührungsempfindlichen Matrix abgefühlt werden.
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Ein Knopf 20 oder viele Knöpfe in einer speziellen Anordnung können auf der Abdeckung 26 installiert werden, und zwar abhängig von den Anforderungen der speziellen Anwendung. Irgendeine Berührung auf einem oder mehreren der Knöpfe 20 wird von dem darunterliegenden Teil der berührungsempfindlichen Matrix 28 abgefühlt werden und entsprechend von der Elektronik abgefühlt werden. Spezielle elektronische Vorrichtungen werden abhängig von der Stelle auf der berührungsempfindlichen Matrix des Knopfes betätigt werden, die vom Bediener gedrückt wird. Beispielsweise können verschiedene Knöpfe mit der inneren oder äußeren Fahrzeugbeleuchtung oder mit Klimaanlagensteuerungen oder mit Fahrzeugunterhaltungssystemen oder Telekommunikationssystemen assoziiert sein.
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Wenn ein Knopf vom Fahrer oder einem Passagier gedrückt wird, wird die Elektronik auf den Druck reagieren, indem sie seine Stelle identifiziert, die Funktion nachschaut (beispielsweise in einer Tabelle), welche in Verbindung mit einer Berührung an dieser Stelle ausgeführt werden soll, und dann die Handlung oder Abfolge von Handlungen ausgeführt wird, die durch die Information angezeigt bzw. bestimmt wird, die von der Nachschaufunktion erhalten wird. Eine solche Handlung kann einen hörbaren „Klickton” und/oder eine kleine Vibration des Feldes als positive taktile oder hörbare Rückmeldung an den Bediener vorsehen.
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Die beispielhafte gezeigte Ausführung ist sehr flexibel, und zwar dahingehend, dass die Lage und Anzahl der Knöpfe 20 einfach durch Ändern der Abdeckung 26 und der assoziierten Knöpfe verändert werden kann, während damit zusammenwirkende Veränderungen in der Programmierung der Elektronik vorgenommen werden, die mit der berührungsempfindlichen Matrix assoziiert sind. Darüber hinaus können die Knöpfe entweder aus funktionellen oder ästhetischen Gründen ausgewechselt werden, ohne irgendetwas vom Rest der Elektronik auszuwechseln. Mit diesem Ansatz können besonders verzierte Zierknöpfe der Bauart, wie sie an Bekleidung oder anderen Lifestyle-Produkten zu finden sind, als Automobilsteuerungen verwendet werden. Weiterhin könnte der Zierknopf zuerst aus durchsichtigem Plastik gegossen werden und dann mit einer undurchsichtigen Plastik- oder Metallknopfkappe fertig gestellt werden, die alles außer einen Bereich abdeckt, der ein Symbol oder einen Text definiert. Eine LED oder eine andere Beleuchtung, die fensterartig durch das Substrat 24 zu sehen ist, könnte in diesem Fall ein Hintergrundlicht für den Knopf vorsehen und vorherrschend das Symbol oder den Text beleuchten.
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Viele andere Formen von Zierknöpfen könnten anstelle des Knopfes verwendet werden, der gezeigt wurde und in der vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde. Ein herkömmliches Druckknopfbefestigungselement könnte verwendet werden, was den Vorteil mit sich bringt, dass Knöpfe einfach durch Abziehen des existierenden Knopfes und Aufdrücken eines anderen ausgetauscht werden. Das Austauschen von Knöpfen kann wünschenswert sein, um einen Knopf mit einer neuen Bezeichnung zu versehen oder um das Emblem, das Design, die Farbe oder auch das Material oder Abmessungen des Zierknopfes zu verändern. Das Design, das für die Knopfkappe 30 verwendet wird, könnte beispielsweise ähnlich einem Design sein, das in der Bekleidungsindustrie verwendet wird, wie beispielsweise einen Verschluss eines Mantels oder ein ähnlicher Kleidungsknopf. Das Design muss nicht identisch mit einem Design der Bekleidungsindustrie sein, sondern es könnte natürlich an ein solches Design erinnern, wie beispielsweise in den 5 und 6 gezeigt.
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Ein herkömmliches Druckknopfbefestigungsset, wie in 5 gezeigt, weist eine Kappe 50, einen Zapfen 52, eine Druckknopfbuchse 54 und einen Druckknopfstecker 56 auf. Die Druckknopfbuchse 54 könnte an der Abdeckung befestigt sein, und der Druckknopfstecker 56 könnte an der Kappe angebracht sein, oder umgekehrt. Die Druckknopfbuchse 54 wird, wenn sie an der Abdeckung angebracht ist, an der Abdeckung durch den Zapfen 52 gesichert sein. Insbesondere wird der zylindrische mittige Teil des Zapfens 52 die Abdeckung von unten durchstechen und wird auf der anderen Seite der Abdeckung in einem mittigen Loch in der Druckknopfbuchse 54 aufgenommen werden. Der mittige Teil des Zapfens 52 wird dann durch eine geeignete Umformform pilzförmig umgeformt, um die zwei Komponenten aneinander sicher zu befestigen. Die Kappe 50 wird andererseits über die Kanten des Druckknopfsteckers in ähnlicher Weise gekrimpt bzw. umgefalzt, wie das Umfalzen des Zierknopfes 30 über die Zinkenbasis 32. Wie oben bemerkt, könnten die Positionen der Druckknopfbuchse 54 und des Druckknopfsteckers 56 leicht umgekehrt werden.
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6 veranschaulicht eine Alternative, die ebenfalls an und für sich bekannt ist, wobei die vier Elemente eines herkömmlichen Druckknopfsets durch nur zwei Elemente ersetzt werden – einen Metallnagel 60 und einen Knopf 62, 64. Der Knopf ist zweimal in der Figur gezeigt, einmal umgedreht bei 62 und einmal aufrecht bei 64. Der Knopf 62 weist eine Metallknopfkappe und einen Plastikkern (ohne Bezugszeichen) auf. Die Knopfkappe kann ein Design oder ein Emblem tragen, welches aus irgendeinem anderen Industriezweig erkennbar bzw. bekannt ist, wie beispielsweise aus der Bekleidungsindustrie. Der Metallnagel 60 hat eine spitze mittige Nagelspitze, welche die Abdeckung 26 von unten durchdringen wird und in einer Übergangspassung bzw. Presspassung mit dem Plastikkern des Knopfes 62 aufgenommen werden wird und permanent darin gehalten werden wird.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Zierknopf 20 an der Abdeckung 26 befestigt und ist nicht individuell an der berührungsempfindlichen Matrix 28 oder an dem Substrat 24 verankert. Es wird in Betracht gezogen, dass der Zierknopf 20 sicher durch ein Befestigungselement gehalten werden könnte, welches sowohl durch die Abdeckung 26 als auch die berührungsempfindliche Matrix 28 verläuft, so dass es in dem Substrat 24 aufgenommen wird, obwohl dies gegenwärtig nicht bevorzugt wird. In einem solchen Fall wäre das Befestigungselement so positioniert, dass es durch die berührungsempfindliche Matrix 28 an einer Stelle durchsticht, die keinen elektrischen Kurzschluss in der berührungsempfindlichen Matrix erzeugt, oder in anderer Weise die berührungsempfindliche Matrix beeinträchtigt, wobei es beispielsweise durch eine Stelle zwischen benachbarten Bahnen 44 genauso wie benachbarten Bahnen 46 verläuft, wobei es vorzugsweise gleichmäßig von den vier nächsten Schnittpunkten 48 beabstandet ist. Weiterhin sollte das Befestigungselement eine gewisse Bewegung des Knopfes 20 relativ zur berührungsempfindlichen Matrix 28 gestatten, sodass eine Druckeinwirkung auf den Knopf durch einen Finger oder eine Hand in eine Veränderung des Druckes auf den darunterliegenden Bereich der berührungsempfindlichen Matrix 28 umgewandelt werden würde. Wenn das Knopfbefestigungselement sich durch das Substrat 24 in dieser Weise erstrecken würde, könnte das Befestigungselement einen transparenten Kern oder einen Lichtleiter von einer Quelle unterhalb des Substrates in und durch den Knopf aufweisen.
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Aufgrund der verteilten Empfindlichkeit der berührungsempfindlichen Matrix ist das System fähig, zwischen unterschiedlichen Arten der Betätigung des Zierknopfes zu unterscheiden. Beispielsweise wird das Aufbringen von Druck auf die distale bzw. äußere Kante des Knopfes (relativ zu den Sitzen des Fahrzeugs) eine andere Signatur der berührungsempfindlichen Matrix erzeugen, als das Aufbringen von Druck auf die nahe gelegene Kante des Knopfes. Ähnliche Unterschiede werden bezüglich des Druckes auf die linken und rechten Kanten des Knopfes vorhanden sein. Diese Unterschiede können ausgenutzt werden, um den gleichen Zierknopf für kompliziertere Steuerungen zu verwenden. Das Drücken auf die distale bzw. äußere Kante kann beispielsweise die Radiolautstärke vergrößern, während das Drücken auf die nahe gelegene Kante die Radiolautstärke verringern kann. Das Entlangstreichen eines Fingers um den Knopf in Richtungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn kann in ähnlicher Weise eine Vergrößerung oder Verringerung einer gewissen Steuerfunktion zur Folge haben.
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Aus der obigen Beschreibung der Erfindung wird der Fachmann, Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen wahrnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb der fachmännischen Fähigkeiten sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt werden.
