DE2105071C3

DE2105071C3 - Kapazitiver Schalter

Info

Publication number: DE2105071C3
Application number: DE2105071A
Authority: DE
Inventors: James Richard Webb; Richard Clarence Webb
Original assignee: Colorado Instruments Inc (nd Gesdstaates Delaware) Broomfield Col (vsta)
Current assignee: Colorado Instruments Inc (nd Gesdstaates Delaware) Broomfield Col (vsta)
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1981-01-29
Also published as: US3653038A; DE2105071A1; DE2105071B2; JPS5327470B1; CA930311A; SE366598B; FR2078851A5; SE384088B; GB1345771A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Schalter mit einem metallischen Zielfeld, einem auf der einen Seite des metallischen Zielfelds angeordneten metallischen Körper und einer Taste zum Ausüben von Druck auf den metallischen Körper, um den Körper gegenüber dem Zielfeld zur Änderung der Kapazität zwischen Körper und Zielfeld zu bewegen. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer aus mehreren dieser Schalter aufgebauten Tastenfeldmatrix.

Ein kapazitiver Schalter der eingangs beschriebenen Art ist aus der US-PS 32 93 640 bekannt. Dieser

kapazitive Schalter weist eine feststehende elektrisch leitende Grundplatte und einen bewegbaren metallischen Körper auf, der nach Art einer Platte eben oder flach ausgebildet ist und zusamm-n mit der metallischen Grundplatte die beiden Kondensatorplatten des Schalters bildet. Der zur Kapazitätsänderung bewegbare plattenartige Körper wird normalerweise von einer gebogenen Feder in einem Abstand von der metallischen Grundplatte oder dem sog. Zielfeld gehalten. Zur Betätigung des kapazitiven Schalters ist ein federndes Steuerelement mit einem gekrümmten Mittelabschnitt vorgesehen. Beim Niederdrücken kommt das Steuerelement mit dem bewegbaren Körper in Berührung, und der Körper wird gegen die Federkraft der gebogenen Feder nach unten gedrückt, um den Abstand zwischen dem Körper und der Grundplatte zu ändern. Beim Niederdrücken führt das Steuerelement einen Schnappvorgang aus, um eine schnelle Bewegung des Körpers zwischen seinen beiden Stellungen sicherzustellen.

Der Nachteil dieses bekannten kapazitiven Schalters besteht darin, daß er eine große Anzahl von Bauteilen aufweist, kompliziert aufgebaut ist und infolgedessen auch schwierig zusammenzubauen ist. Aus diesen Gründen handelt es sich bei dem bekannten Schalter um ein aufwendiges und kostspieliges Bauelement. Die vergleichsweise hohen Kosten führen insbesondere dann zu wirtschaftlichen Nachteilen, wenn eine große Anzahl der Schalter für eine einzige Baueinheit verwendet werden soll, wie es beispielsweise bei einer Tastenfeldmatrix der Fall ist, bei der die Gesamtkosten zum größten Teil von den Kosten der benutzten Schalter abhängen.

Aus der FR-PS 15 04 650 ist zwar bereits ein gegenüber dem oben beschriebenen bekannten Schalter einfacher aufgebauter Schalter bekannt, dessen Schaltkapazität jedoch nicht sprungartig verändert werden kann.

Weiterhin ist aus der US-PS 22 62 777 bei einem nicht gattungsgleichen Schalter, nämlich einem elektrischen Kontaktschalter, bekannt, durch Niederdrücken einer Taste eine den einen Kontakt darstellende, gewölbt geformte Federscheibe unter Auslösung einer Schnappbewegung in Berührung mit dem anderen elektrischen Kontakt zu bringen. Dieser bekannte Schalter zeigt jedoch einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau und gibt keine Anregungen, um zu einem einfachen, zur Massenfertigung geeigneten Kapazitätsschalter zu gelangen.

Aus der Druckschrift? IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 7, Nr. 12, Mai 1965, Seite 1168, ist ein Kontaktschalter für ein Tastenfeld bekannt, bei dem durch Niederdrücken einer Taste eine an ihrer Unterseite mit einer leitfähigen Schicht versehene, gewölbte und federnde Membran unter Ausführung einer Schnappbewegung in elektrischen Kontakt mit einer weiteren leitfähigen Schicht gebracht wird. Dieser Schalter zeichnet sich zwar durch einen einfachen Aufbau aus, ist jedoch in Anbetracht der längs ihres gesamten Umfangs an einem Zwischenkörper befestigten Membran mit gewissen Unzulänglichkeiten verbunden. So treten beispielsweise an dem fest eingespannten oder fest angebrachten Rand des gewölbten Membranabschnitts vorzeitige Ermüdungserscheinungen auf, die die Zuverlässigkeit der Schnappwirkung beeinträchtigen. Der einfache Aufbau dieses bekannten Kontaktschalters läßt sich daher nicht ohne weiteres auf einen Kapazitätsschalter übertragen, der sich durch eine zuverlässige Arbeitsweise auszeichnen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung einer sprungartigen Veränderung der Schaltkapazität einen zuverlässig arbeitenden und einfach ausgebildeten kapazitiven Schalter zu schaffen, der mit wenigen Bauteilen auskommt und der mit geringen Herstellungskosten leicht zusammengebaut werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene kapazitive Schalter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Zielfeld auf einem beidseitig kupferkaschierten Substrat in Form von mehreren, vorzugsweise zwei, elektrisch voneinander isolierten, durch Ätzen ausgebildeten Kupferabschnitten vorgesehen ist, daß auf dem Substrat um das Zielfeld herum ein metallischer Ring befestigt ist, der eine Stütze für den metallischen Körper bildet und der mit dem übrigen Kupfer elektrisch verbunden ist, und daß der metallische Körper derart gewölbt geformt und federnd aus^-bildet ist, daß er beim Ausüben von mindestens einem vorgegebenen Druck durch die Taste auf seine Mitte eine Schnappbewegung ausführt und bei Wegnahme des vcrgege- benen Drucks infolge des eigenen Federungsvermögens i« seine ursprüngliche Stellung durch eine Schnappbewegung zurückgeht, wobei die erstgenannte Schnappbewegung eine der Anzahl der metallischen Abschnitte des Zielbereiches entsprechende Anzahl sprungartiger Schaltsignale hervorruft

Der durch den erfindungsgemäßen kapazitiven Schalter erzielte technische Fortschritt ergibt sich unmittelbar aus der Lösung der oben zitierten Aufgabe. Der zuverlässig arbeitende Schalter ist sehr preiswert, da er unter Anwendung der bei gedruckten Schaltungen üblichen Fertigungstechnik hergestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Schalter weist den weiteren Vorteil auf, daß das Zielfeld wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte metallische Abschnitte aufweist, so daß der Schalter in der Lage ist, mindestens zwei sprungartige Schaltsignale gleichzeitig zu erzeugen. Aus diesem Grunde eignet er sich auch insbesondere zum Herstellen einer Tastenfeldmatrix. Eine Tastenfeldmatrix ist somit nach der Erfindung gekennzeichnet durch mehrere elektrische Signalschalter der beanspruchten Art.

Weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausfuhrungsform eines kapazitiven Schalters,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführwigsform eines kapazitiven Schalters,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Erfassen des Ausgangssignals eines Schalters nach den Fig. 1 oder 2,

Fig. 4A und 4B Zeitverläufe von Signalen, die von den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltern erzeugt werden, wenn die Schaltertaste gedrückt und losgelassen wird,

F i g. 5 von oben einen Matrixaufbau aus den in der Fig.! oder 2 dargestellten Schaltern,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Matrix mit Schaltern nach der F i g. 1 oder 2 und die Verbindung mit Signalkonditionier- und Codierschaltungen,

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Feststellen, ob bei der in der Fig. 6 dargestellten

Matrix eine Taste niedergedrückt ist, und zum Erzeugen eines Tast- oder Torsignals bei jedem Niederdrücken einer Taste,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Feststellen, ob bei der in der Fig. 6 dargestellten Matrix gleichzeitig Tasten niedergedrückt sind, und

F i g. 9 eine Ansicht von oben einer Abwandlung des Schalters nach der F i g. 1 oder 2.

In der Fig. 1 ist ein kapazitiver Schalter oder Kondensatorschalter dargestellt, der ein flaches ebenes Grundsubstrat 11 enthält, bei dem es sich beispielsweise um ein herkömmliches Glasepoxydsubstrat für gedruckte Schaltungen handeln kann, das beidseitig mit Kupfer kaschiert ist, so daß die noch beschriebenen Leiterbereiche nach dem Fotoätzverfahren gebildet werden können. So ist das Kupfer auf der oberen Oberfläche des Grundsubstrats 11 derart geätzt, daß ein etwa kreisförmiges metallisches Feld oder ein Zieibereich i3 vorhanden ist. Nach dem Ätzen wird die gesamte obere Oberfläche mit Ausnahme der öffnung oder des Ausschnitts 15, der den Zielbereich 13 umgibt, mit einem dielektrischen Film überzogen.

Es entsteht daher eine dielektrische Schicht 14 über dem Zielbereich und eine weitere dielektrische Schicht 17 über dem den Ausschnitt 15 umgebenden Grundsubstrat. Auf der unteren Oberfläche des Grundsubstrats wird nach gedruckter Schaltungsart ein Verbindungsbereich 19 ausgebildet, der über eine metallische Verbindung 21 mit dem Zielbereich 13 verbunden ist.

Über dem Zielbereich 13 ist in einem Abstand und durch Luft getrennt eine kuppelartig gewölbte Feder 23 angeordnet, deren Außenrand auf dem dielektrischen Überzug 17 aufliegt. Die gewölbte Feder 23 wird vorzugsweise aus einem kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser von etwa 12,5 mm einer kugeligen Schale mit einem Radius von etwa 50 mm hergestellt. Die federnde Metallschale hat eine Stärke von etwa 0,05 bis 0,1 mm. Die gewölbte Feder ist über eine Leitung 25 mit einer äußeren Schaltung verdielektrischen Schicht Ladungen entstehen. Dies hat zur Folge, daß die obere Oberfläche der Schicht, d. h. die obere Oberfläche des Zielbereiches 13, das gleiche elektrische Potential annimmt wie die gewölbte Feder 23. In diesem Fall tritt keine Änderung der Kapazität zwischen der umspringenden gewölbten Feder und dem metallischen Zielbereich 13 auf, so daß kein Signal abgegeben wird. Um diese Störung zu beseitigen, kann man die Polarität der an die gewölbte Feder 23 und dem Zielbereich 13 angelegten Spannung umkehren. Man kann aber auch die dielektrische Schicht 13 entfernen. Diese Lösungen sind jedoch unpraktisch. Eine etwas bessere Lösung besteht darin, eine geringfügig leitende oder unvollkommene dielektrische Schicht zu benutzen, durch die das obige Problem vollständig beseitigt wird.

Obwohl eine dielektrische Schicht mit einer gesteuerten Ableitung die obige Schwierigkeit vermeidet, schafft die Anordnung nach der F i g. 2 eine bessere Lösung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 wird die Polarisationsladung auf der dielektrischen Schicht sogar einer wünschenswerten Eigenschaft gemacht, indem eine Schicht gewählt wird, die bereits eine eingefrorene große elektrische Ladung aufweist.

Solche Schichten oder Filme sind bekannt und werden als Electreuchichten bezeichnet. Electrete bestehen aiii, Wachs-, Harz-, Flurocarbonschichten und anderen Filmen und sogar aus Titanatkeramik.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist in der Mitte eine Stützplatte 41 mit einer zylindrischen öffnung 43 vorgesehen, die aus einem Isoliermaterial besteht. Eine gewölbte Feder 45 ruht auf einer leitenden Metallfolie 47, die an der unteren Oberfläche der Stützplatte 41 die öffnung 43 umgibt. Die dünne leitende Metallschicht 47 liegt auf der oberen Kupferschicht 49 einer EpoxydschaltungspIatteSl. Ein kreisförmig geätzter metallischer Zielbereich 53 befindet sich unter der öffnung 43 und ist von dem Hauptabschnitt der oberen Kupferschicht 49 der Glasepoxydschaltungsplatte 51 durch eine Ausnehmung

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Grundsubstrat 11 angeordnet und verläuft parallel dazu. In der Tastenführungsplatte 27 ist eine Öffnung 29 vorgesehen, die mit der gewölbten Feder 23 und dem Zielbereich 13 ausgerichtet ist. Die Öffnung 29 enthält ein Drucktastenelement 31. Das Tastenelement ist über eine Schraubenfeder 33 an der Mitte der gewölbten Feder 23 befestigt.

Wenn das Tastenelement 31 niedergedrückt wird, übt die Schraubenieder 33 einen Druck auf die gewölbte Feder 23 aus. Wenn dieser Druck hinreichend groß ist, führt die gewölbte Feder eine Schnappbewegung aus, d. h., sie springt plötzlich in die Richtung des ausgeübten Drucks. Durch diesen Schnapp- oder Springvorgang wird die Kapazität zwischen der gewölbten Feder 23 und dem Zielbereich 13 sprungartig geändert. Wenn der Kondensator beim Auftreten der Schnappbewegung mit einer hinreichend hohen Spannung geladen ist, wird dabei ein elektrisches Signal erzeugt, das erfaßt oder festgestellt und anschließend in einer elektronischen Einrichtung verarbeitet wird.

Obwohl die in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsform für viele Betriebsbedingungen geeignet ist, weist sie dennoch gewisse Nachteile auf. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in vielen dielektrischen Schichten eine dielektrische Polarisation stattfindet und daß im Laufe einer gewissen Zeit an beiden Oberflächen der

oder das Feld 53 hat einen Durchmesser von etwa 12,5 mm, und die Trennfuge zwischen dem isolierten kreisförn_; ^;gen Zielbereich und dem geerdeten Umgebungsmaic^;al, das von der Metallfolie 47 und der oberen Kupferschicht 49 gebildet wird, ist etwa 0,8 mm groß. Der Zielbereich 53 ist über eine durch Ätzen der unteren Kupferschicht auf der Epoxydschaltungsplatte 51 ausgebildeten Leitung 57 mit einer äußeren Schaltung verbunden. Die Leitung oder der Leiter 57 und die Leiterbereiche der oberen Kupferschicht können in herkömmlicher Weise hergestellt werden, beispielsweise durch ein fotografisches Ätzverfahren. Der Leiter 57 ist über einen Leiter 59, der sich durch die Epoxydschaltungsplatte 51 erstreckt, mit dem Zielbereich verbunden.

Zwischen der geerdeten gewölbten Feder 45 und der isolierten Zielplatte 53 wird ein Kondensator gebildet. Über der gewölbten Feder befindet sich in der Öffnung 43 eine Druckplatte. Über dieser Druckplatte 61 ist ein Schaumkissen oder ein federnder Körper 63 angeordnet. Über dem federnden Körper 63 befindet sich ein zylindrisches Kupplungselement 65, das eine auf dem Kopf stehende T-förmige Gestalt hat, wie es gezeigt ist. Der Kopf des Kupplungselements 65 ist über dem elastischen Körper 63 in die öffnung 43 eingepaßt, und das Bein oder der Steg des Kupp-

7 8

lungselements 65 ragt durch eine kleine öffnung 66 Schmitt-Triggers 83 angeschlossen. Wenn durch die |

in einer Abdeckplatte 68 nach oben. Das Bein des Betätigung eines Kondensatorschalters ein Signal er-Kupplungselements 65 ist an einer Drucktastenkappe zeugt wird, tritt an der Ausgangsklemme 85 des 67 befestigt. Die Druckplatte 61 weist vorzugsweise Schmitt-Triggers 83 ein Impuls auf. Ein derartiger drei nach unten ragende Elemente 69 auf, die in einem 5 Impuls tritt jedesmal auf, wenn die Taste nieder- |

symmetrischen Abstand voneinander angeordnet sind gedrückt wird.

und mit der gewölbten Feder nahe bei ihrem Außen- Die Fig. 4A zeigt den zeitlichen Verlauf des von rand in Berührung kommen. Auf diese Weise ist die dem Schmitt-Trigger 83 erfaßten Signals, wenn beim Mitte der kuppeiförmigen Feder frei, so daß eine Niederdrücken der Taste eine Schnappbewegung auf- j

möglichst große Schnappbewegung auftreten kann. io tritt. Beim Schnappunkt 87 nimmt die Kapazität $

Nach der Schnappbewegung kehrt die Feder 45 ihre schlagartig zu, so daß eine sprungartige Spannungs- V)

Wölbungsrichtung um und erstreckt sich nach unten abnähme auftritt. Diese plötzliche Spannungsabnahme j

in Richtung auf die Zielplatte. Beim Niederdrücken wird von dem Schmitt-Trigger 83 wahrgenommen, so ]

der Druckkappc oder Taste 67 wird über die Verbin- daß dieser einen Impuls abgibt. Wenn die Taste bei i

dungselemente ein Druck auf die kuppelartige Feder 15 dem in der Fig. 4B dargestellten Zeitpunkt 88 los- |

45 ausgeübt. Infolge dieses Drucks kehrt die Feder gelassen wird, schnappt die gewölbte Feder in ihre *

45 plötzlich ihre Wölbungsrichtung um, so daß die Ursprungslage zurück, und der Kondensatorschalter ;

Kapazität zwischen der Zielplatte 53 und der gewölb- eibt das dargestellte positive Sienal ab. hi

ten Feder 45 sprungartig geändert wird. Um Datenimpulse zu erzeugen, kann man jedes

Auf der dem Epoxydsubstrat gegenüberliegenden ao der in den Fi g. 4 A und 4 B dargestellten Signale be- /j

Seite befindet sich auf dem Zielbereich 53 eine per- nutzen. Das einfachste elektrische Signalgerät besteht $

manent geladene dielektrische Schicht 71. Die ge- aus einer Eintastenanordnung nach der F i g. 1 oder 2 |j

ladene dielektrische Schicht 71 hat vorzugsweise den und einem nachgeschalteten Schmitt-Trigger. Meh- rl

gleichen Durchmesser wie der kreisförmige Ziel- rere dieser Tastenanordnungen, die jeweils an einem J'j

bereich 53. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforder- as Schmitt-Trigger angeschlossen sind, bilden ein Tasten- Jj

lieh. Infolge der beschriebenen Anordnung wird auf feld mit einer einzigen Ausgangsleitung. Obwohl ein ^; i

der einen Seite der bewegbaren gewölbten Feder 54 derartiges Tastenfeld in manchen Fällen verwendet eine Ladung ausgebildet. Wie bereits erwähnt, wird wird, kann man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine geladene dielektrische Schicht normalerweise und des einfacheren Aufbaus durch die gemeinsame r'ectret genannt. 30 Verwendung von Schmitt-Trigger-Schaltungen mit

Der Electret liefert nun das elektrische Feld, das einer großen Anzahl von Tastenanordnung ein zum Betrieb des Gerätes notwendig ist. Unter der codiertes Ausgangssignal erzeugen.
Annahme, daß die der gewölbten Feder zugekehrte In der Fig. 5 ist gezeigt, wie man Tastenanorddielektrische Oberfläche eine positive Ladung trägt, nungen vereinigen kann, um ein codiertes Ausgangsist die Ladung an der gegenüberliegenden Federober- 35 signal zu erzeugen. Ein dielektrisches Tastensignalfläche und an der Zielplatte notwendigerweise nega- gerät nach Art der Fig. 1 oder 2 weist zu diesem tiv, da über den Leiter 57 und einen Widerstand (in Zweck zwei Kondensatorzielbereiche auf, die unter F i g. 2 nicht gezeigt) ein zur Erde führender Strom- einer gewölbten Feder angeordnet sind. Um dies zu pfad vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der ge- erreichen, kann man den kreisförmigen Zielbereich in ladene Kondensator von dem Luftabstand zwischen 40 zwei Segmente unterteilen, wie es in der F i g. 5 darder oberen Oberfläche des Electreten 71 und der un- gestellt ist. Die aufgeteilten Zielbereichsegmente teren Oberfläche der gewölbten Feder 45 geoiidet. werden dann wie die Elemente einer *-y-Matnx verWenn während des Schnappvorganges der gewölbten bunden, und zwar derart, daß das Segment jeder Ziel-Feder die Kapazität zwischen der gewölbten Feder 45 scheibe an eine der x-Leitungen und das andere Seg- und der oberen Oberfläche des Electreten 71 äußerst 45 ment jeder Zielscheibe an eine der y-Leitungen anschnell zunimmt und die Feder 45 eine dicht bei der geschlossen ist. Jede Zielscheibe oder jedes Feld hat Oberfläche des Electreten liegende Stellung einnimmt, jetzt in der Anordnung oder Matrix eine Adresse Jt_n, y„. fällt die Spannung an dem Kondensator notwendiger- Obwohl die räumliche Anordnung der Zielbereiche weise auf einen sehr kleinen Wert, so daß die Ziel- eines Tastenfeldes nicht der in der F i g. 5 dargestellplatte 53 über die Leitung 57 an eine äußere Meß- 50 ten Weise mit Spalten und Zeilen zu entsprechen oder Fühlschaltung ein negativ gerichtetes elektri- braucht, werden die Zielscheiben elektrisch in der gesches Spannungssignal abgibt. Auf diese Weise kann zeigten Weise verbunden, so daß ihren Ausgangsman das Niederdrücken der Taste mit einer ange- Signalen Codewerte zugeordnet werden können. Im schlossenen elektronischen Schaltung abfühlen oder folgenden soll angenommen werden, daß ein Tastenmessen. 55 feld mit 64 Tasten mindestens in elektrischer Hinsicht

Die F i g. 3 zeigt eine Einrichtung zum Feststellen die nach der F i g. 5 gezeigte Anordnung aufweist oder Erfassen des Ausgangssignals einer einzigen Diese Zahl (64) von Sprach- und Zahlensymbolen, Taste und enthält einen Widerstand 81, der mit sei- Satzzeichen und dergleichen kann man durch ein nem einen Ende an eine Spannungsquelle mit einem binäres Sechs-Bit-Codewort oder ein Byte darstellen, Potential +V verbunden ist Das andere Ende des 60 das von 000,000 oder x_n, y„ bis 111,111 reicht Die Widerstandes ist über einen Kondensatorschalter 82 Werte von Jr_n und y„, die eine beliebige vorgegebene der in der Fig. 1 dargestellten Art an Erde ange- Taste darstellen, kann man also durch einen reinen schlossen. Eine ähnliche Anordnung kann man für Binärcode ausdrücken. Eine 8 X 8-Matrix definiert einen Kondensatorhalter nach der Fig. 2 benutzen, 64 Elemente. Dabei sind 0 bis 7 x-Leitungen und 0 allerdings mit der Ausnahme, daß die Klemme +V 65 bis 7 y-Leitungen vorhanden. Infolge dieser Anord- und die Erdklemme vertauscht sind. Der Verbin- nung benötigt man lediglich 16 Schmitt-Trigger und dungspunkt zwischen dem Kondensatorschalter 82 zugehörige Impulsdehner, die in Kombination im fol- und dem Widerstand 81 ist an den Eingang eines genden mit Signalkonditionier- oder Signalbehand-

iungsschaltung bezeichnet sind, um insgesamt 64 Tastenelemente zu bedienen. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 6 dargestellt. Eine Gruppe von 8 Signalkonditionierschaltungen ist den Ar-Leitungen zugeordnet. Diesen Leitungen folgt ein einziger Ar-Codierer, der die ersten drei Bits des Tastenfeld-Ausgangscodewortes liefert.

Eine zweite Gruppe von 8 Signaikonditionierschaltungen ist den y-Leitungen zugeordnet. Es folgt ein einziger y-Codierer, der die zweiten drei Bits liefert.

Ferner erzeugt die beschriebene Anordnung immer dann ein Tast- oder Torsignal, wenn eine Taste niedergedrückt wird, so daß die Geräte, die Daten von dem Tastenfeld empfangen, benachrichtigt werden, wenn ein neues Signal kommt. Eine Einrichtung zum Erzeugen eines derartigen Tastsignals ist in der F i g. 7 dargestellt. Alle Signale der Ar-Leitungen der Matrix werden den Eingängen eines ODER-Gliedes

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y-Leitungen werden den Eingängen eines zweiten ODER-Gliedes OR-I mit 8 Eingängen zugeführt. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten ODER-Gliedes werden den beiden Eingängen eines UND-Gliedes AND-I mit zwei Eingängen zugeführt. Das UND-Glied kann nur ein Ausgangssignal abgeben, wenn sowohl ein Ar-Signal als auch ein y-Signal gleichzeitig erzeugt werden. Das Ausgangssignal des UND-GHedes wird dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 99 zugeführt. Der monostabile Multivibrator erzeugt jedesmal ein Tastimpuls-Ausgangssignal, wenn das UND-Glied ein Signal abgibt. Jedesmal wenn eine Taste gedrückt und sowohl ein x-Signal als auch ein y-Signal erzeugt werden, liefert die gezeigte Schaltungsanordnung ein Tastsignal. Die Dauer oder Länge des Tastsignals hängt von der einstellbaren Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators ab. Wenn entweder nur ein x-Signal oder nur ein y-Signal auftritt, wird kein Tastsignal erzeugt. Wenn man daher das Tastsignal zum Tasten der Ausgänge des A>Codierers und des y-Codierers verwendet, werden ungewollte Ausgangssignale vermieden.

Ferner ist es erwünscht. eLTe Anordnung zu schaffen, die feststellt, wenn zwei Tasten gleichzeitig gedrückt werden, da beim gleichzeitigen Drücken von zwei Tasten fehlerhafte Ausgangscodesignale auftreten. Eine Einrichtung zum Feststellen der gleichzeitigen Tastenbetätigung ist in der F i g. 8 dargestellt. Jede Ar-Matrixleitung ist an eine gemeinsame Leitung L1 über Widerstände Al bis Λ8 angeschlossen. Die Leitung Ll ist über einen Widerstand R9 an eine Spannungsquelle +V— 1 angeschlossen. In ähnlicher Weise sind alle y-Matrixleitungen an eine gemeinsame Leitung L 2 über Widerstände R10 bis R17 angeschlossen. Femer ist die Leitung Ll über einen Widerstand R19 mit einer Spannungsquelle +V — 2 verbunden. Die Leitung L1 ist an den Eingang eines ersten Schmitt-Triggers 101 angeschlossen. Die Leitung LZ ist an den Eingang eines zweiten Schmitt-Triggers 102 angeschlossen. Die Ausgänge dieser bei-

den Schmitt-Trigger 101 und 102 sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes OR-3 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes führt zum Eingang eines Fehlerregisters 103. Der eine Ausgang des Fehlerregisters führt zu einer Ausgangsklemme 104. Der

ίο zweite Ausgang des Fehlerregisters ist mit einer Signalkonditionierschaltung 105 verbunden. Der Ausgang der Signalkonditionierschaltung führt über einen Fehlerbeseitigungsschalter 106 zur Erde. Das Fehlerregister ist ein einfaches Flip-Flop, das an seiner Aus-

gangsklemme 104 ein Anzeigesignal abgibt, das die weitere Betätigung des Tastenfeldes sperrt, bis der Fehlerbeseitigungsschalter betätigt und das Fehlerregister 103 zurückgesetzt wird.

Wenn b?im Retrieh mehr als eine Ar-Leitung oder

mehr als eine y-Leitung ein Signal empfängT, weil gleichzeitig zwei Tasten niedergedrückt werden, erzeugt einer oder erzeugen beide, der Schmitt-Trigger 101 und 102, ein Ausgangssignal. Dieses Signal wird über das ODER-Glied OR-3 dem Fehlerregister 103 zugeführt, das dann ein Ausgangssignal der oben beschriebenen Art abgibt. Ein einziges Ar-Signal oder ein einziges y-Signal reicht nicht aus, um den Schmitt-Trigger 101 oder 102 zu triggern. Auf diese Weise wird lediglich die gleichzeitige Betätigung von zwei

jo oder mehreren Tasten erfaßt und die weitere Betätigung des Tastenfeldes gesperrt.

Die beschriebene Ausführungsform braucht nicht unbedingt mit einem zweiteiligen Zielbereich nach Art der Fig. 5 ausgerüstet zu sein. So ist in der Fig. 9 ein Zielbereich oder Feld mit drei Segmenten 107, 108 und 109 dargestellt. Diese Segmente sind alle unter einer einzigen gewölbten Feder eines zuvor beschriebenen Signalgerätes angeordnet. Wenn bei einem solchen Gerät die Taste niedergedrückt und die Feder eine Schnappbewegung ausführt, werden drei Ausgangssignale erzeugt. In ähnlicher Weise können vier oder noch mehr Ausgangssignale erzeugt werden. Dies hängt von der Größe des Zielbereiches und der Anzahl der Segmente ab.

Mit einem dreiteiligen Zielbereich kann man eine 3stellige Matrix direkt codieren. Das Tastatur-Fernsprech-Wahlsystem benutzt beispielsweise im allgemeinen drti Frequenzkomponenten. Dabei setzt sich die untere Frequenz aus fünf getrennten Frequenzen, die mittlere Frequenz aus fünf getrennten Frequenzen und die obere Frequenz aus vier getrennten Frequenzen zusammen. Das beschriebene Tastenfeld kann man daher benutzen, um einen Ton zu erzeugen, der alle oder einige dieser Frequenzen in sich vereinigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Schalter mit einem metallischen Zielfeld, einem auf der einen Seite des metallischen Zielfelds angeordneten metallischen Körper und einer Taste zum Ausüben von Druck auf den metallischen Körper, um den Körper gegenüber dem Zielfeld zur Änderung der Kapazität zwischen Körper und Zielfeld zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Zielfeld (S3) auf einem beidseitig kupferkaschierten Substrat (51) in Form von mehreren, vorzugsweise zwei, elektrisch voneinander isolierten, durch Ätzen ausgebildeten Kupferabschnitten (F i g. 5, F i g. 9) vorgesehen ist, daß auf dem Substrat (51) um das Zielfeld (53) herum ein metallischer Ring (47) befestigt ist, der eine Stütze für den metallischen Körper (45) bildet und der b?H dem übrigen Kupfer elektrisch verbunden ist, und daß der metallische Körper (45) derart gewölbt geformt und federnd ausgebildet ist, daß er beim Ausüben von mindestens einem vorgegebenen Druck durch die Taste (63, 65, 67) auf seine Mitte eine Schnappbewegung ausführt und bei Wegnahme des vorgegebenen Drucks infolge des eigenen Federungsvermögens in seine ursprüngliche Stellung durch eine Schnappbewegung zurückgeht, wobei die erstgenannte Schnappbewegung eine der Anzahl der metallischen Abschnitte des Zielbereiches entsprechende Anzahl sprungartiger JSchaltst^nale hervorruft.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taste einer Tastenknopf (67) enthält, der auf der dem metallischen Zielfeld abgewandten Seite des metallischen Körpers (45) angebracht ist, und daß eine zusammendrückbare Vorrichtung (63) zum Übertragen des Drucks von dem Tastenknopf (67) auf den metallischen Körper (45) zwischen diesen Teilen angeordnet ist

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammendrückbare Vorrichtung ein zusammendrückbares Kissen (63) und eine Druckplatte (61) mit mehreren Elementen (69) enthält, die derart angeordnet sind, daß sie an einer Oberfläche des metallischen Körpers angreifen, oder daß die zusammendrückbare Vorrichtung eine Schraubenfeder ist.

4. Tastenfeldmatrix, gekennzeichnet durch mehrere elektrische Signalschalter nach einem der vorangegangenen Ansprüche.

5. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere x- und y-Leitungen (x,, x₂, x_v y,, y₂, y₃) vorgesehen sind und daß jeder der Signalschalter an eine andere Kombination aus einer der x-Leitungen und einer der y-Leitungen angeschlossen ist.

6. Tastenfeldmatrix mit mehreren x-Leitungen und y-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrische Signalsehalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit zwei voneinander isolierten Abschnitten vorgesehen sind und daß der eine isolierte Abschnitt jedes Signalschalters an eine zugeordnete x-Leitung (x,, X₂, x_a) und der andere isolierte Abschnitt jedes Signalschalters an eine zugeordnete y-Leitung (y,, y₂, y,) angeschlossen ist, so daß jeder Signalsehalter mit einer verschiedenen Kombination aus einer x-Leitung und einer y-Leitung verbunden ist.

7. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch mehrere x- und y-Signalkonditionierschaltungen (105), wobei an jede x-Leitung eine x-Signalkonditionierschaltung und an jede y-Leitung eine y-Signalkonditionierschaltung angeschlossen ist, durch einen mit den Ausgängen der x-SignalkonditJonierschaltungrn (105) ίο verbundenen x-Codierer und durch einen mit den Ausgängen der y-Signalkonditionierschaltungen (105) verbundenen y-Codierer.

8. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (OR-I,

is OR-I, AND-I, 99) jedesmal ein Taktsignal erzeugt, wenn einer der elektrischen Signalschalter betätigt wird.

9. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator ein an die x-Leitungen der Matrix angeschlossenes erstes ODER-Glied (OR-I), ein an die y-Leitungen der Matrix angeschlossenes zweites ODER-Glied (OR-T), ein an die Ausgänge der ODER-Glieder (OR-I, OR-2) angeschlossenes UND-Glied (AND-I) und eine an das UND-Glied (AND-X) angeschlossene Mehrzustandsschaltung (99) enthält.

10. Tastenfeldmatrix nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühleinrichtung feststellt, wenn mehr als einer der elektrischen Signalsehalter gleichzeitig betätigt worden ist, und daß die Fühleinrichtung eine erste Leitung, die über je einen entsprechenden Widerstand (R 1 bis R 8) an jede x-Leitung der Matrix angeschlossen ist, einen mit der ersten Leitung verbundenen ersten Schmitt-Trigger (101), eine zweite Leitung, die über je einen entsprechenden Widerstand (R 10 bis R17) an jede y-Leitung der Matrix angeschlossen ist, einen an die zweite Leitung angeschlossenen zweiten Schmitt-Trigger (102), ein an die Ausgänge des ersten und zweiten Schmitt-Trigger (101, 102) angschlossenes ODER-Glied (OR-S), ein an den Ausgang des letztgenannten ODER-Glieds (OR-3) angeschlossenes Fehlerregister (103) und eine Rücksetzschaltung (105, 106) zum Zurücksetzen des Fehlerregisters (103) enthält, wobei die Werte des Registers (103) derart gewählt sind, daß mindestens einer der beiden Schmitt-Trigger (101, 102) getriggert wird, wenn zwei oder mehrere Signalsehalter gleichzeitig betätigt werden und die erste und die zweite Leitung über vorgegebene Widerstände (R9, R19) mit vorgegebenen Spannungsquellen (V-I, V-I) verbunden sind.