WO2009153161A1 - Beleuchteter kapazitiver annäherungssensor - Google Patents

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WO2009153161A1
WO2009153161A1 PCT/EP2009/056662 EP2009056662W WO2009153161A1 WO 2009153161 A1 WO2009153161 A1 WO 2009153161A1 EP 2009056662 W EP2009056662 W EP 2009056662W WO 2009153161 A1 WO2009153161 A1 WO 2009153161A1
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capacitive proximity
conductive
capacitance
sensor
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PCT/EP2009/056662
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Thomas Ofenhitzer
Markus Peschel
Johannes Jeger
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Preh Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a capacitive proximity sensor for detecting an approach of a hand of an operator to perform a switching and / or control function in response to this approach, the sensor comprising: a light source, an operator facing display panel, the at least one translucent or transparent , Has by the light of the light source to be backlit portion and at least one conductive, capacitance-forming sensor layer.
  • Capacitive proximity sensors of this type are known. It is also known to apply a sensor layer with a measurement signal, preferably a time-dependent measurement signal, a control and evaluation unit for generating an associated measurement capacity and the associated capacitance change in approaching a foreign object, for example the hand of a person, by evaluating the measurement signal by the control - and evaluation unit to detect.
  • a measurement signal preferably a time-dependent measurement signal
  • a control and evaluation unit for generating an associated measurement capacity and the associated capacitance change in approaching a foreign object, for example the hand of a person, by evaluating the measurement signal by the control - and evaluation unit to detect.
  • Known methods for detecting the approach use the measuring capacity, for example, as the frequency-determining part of an oscillator whose frequency is then used as a measure of the unknown capacity of the measuring capacity.
  • the control and evaluation unit can determine the capacitance of the measuring capacitance on the basis of the capacitive component of the impedance of the measuring capacitance.
  • the problem arises with respect to the space-saving arrangement of the capacitance-forming sensor layer without loss of the sensitivity of the sensor. This problem is more likely to occur when the proximity sensor panel is backlit to help locate the sensor.
  • a conductive, capacitive tiquesstruckende sensor layer which must be as maximum as possible for a sufficient sensitivity of the sensor, are arranged only outside the beam path of the light of the light source. For example, the sensor layer, viewed by the operator, is located beyond the light source, resulting in reduced sensitivity due to the large distance between the display panel and the sensor layer.
  • the invention relates to a capacitive proximity sensor for detecting an approach of a hand of an operator to perform a switching and / or control function in response to this approach.
  • the proximity sensor according to the invention comprises a light source, for example a light bulb or an LED. Due to the low heat development, the high durability and the low power consumption, the light source is preferably an LED, moreover, due to the light configuration, it is an SMD construction.
  • the proximity sensor according to the invention comprises a display panel facing the operator, which has at least one translucent or transparent section to be backlit by the light of the light source, which is designed, for example, at least in the backlit state, a symbol, lettering or the like for the operator, in particular low ambient light is easy to recognize.
  • At least one conductive, capacitance-forming sensor layer is provided, which is translucent and is arranged in a beam path of the light from the light source through the section to be backlit. That is to say the light source, sensor layer and display field are arranged in succession in the direction of the operator, without thereby restricting the invention in that the sensor layer and the display field are arranged in the aforementioned sequence. Therefore, in one embodiment, the sensor layer between the Operator and the display panel, for example, be provided as a coating of the user facing surface of the display panel
  • the display panel is, for example, a flat plastic element, for example a thermoplastic, such as acrylonitrile-butadiene-styrene polymer (ABS) or ABS / polycarbonate (ABS-PC).
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene polymer
  • ABS-PC ABS / polycarbonate
  • the transparent or translucent section consists for example of a polycarbonate or a colored polycarbonate.
  • the senor layer is arranged in a preferred embodiment between the display panel and the light source
  • the conductive, capacitance-forming and transparent sensor layer is formed as a metallic coating of a transparent or translucent substrate in order to produce the sensor inexpensively.
  • the substrate is the display panel, wherein the surface facing the light source is metallically coated.
  • the substrate is preferably a flexible film, such as a plastic film of polyethylene terephthalate (PET) or Tnacetylcel- lulose (TAC) It is an alternative embodiment with one of its surfaces, preferably with the uncoated surface, disposed adjacent to the display panel by the display array close
  • PET polyethylene terephthalate
  • TAC Tnacetylcel- lulose
  • the substrate is colored and / or surface-treated. For example, a surface of the substrate is roughened so that the substrate acts as a diffuser and provides for a uniform illumination of the backlit portion of the display panel.
  • the conductive, capacitance-forming sensor layer comprises a material selected from the group consisting of mixed oxide of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and tin (IV) oxide (SnO 2 ), a fluorine-doped tin (IV ) oxide, aluminum doped zinc oxide, antimony doped tin (IV) oxide.
  • a mixed oxide (ITO) consisting of a high proportion (for example about 90% by weight) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and a small proportion (for example about 10% by weight) of tin ( IV) oxide.
  • the coating is applied for example by means of a method selected from the group consisting of sputtering, high vacuum evaporation, sol-gel coating on the substrate.
  • an elastic shielding element for example essentially made of silicone, which forms an opening for a light channel between the light source and the section to be backlit. This reduces stray light and increases the intensity of the backlight.
  • the shielding element can serve in a further embodiment of the fixing positioning of the substrate.
  • the flexible film as a substrate integrally formed therewith a conductive extension as a contacting element for electrically contacting the conductive, capacitance-forming sensor layer on the conductor track.
  • the conductivity of the extension is achieved by the same metallic coating as that of the sensor layer.
  • a conductor track for example, on a printed circuit board, and a conductive, elastic, pressed against the conductive, capacitance-forming sensor layer and / or the conductor contacting element, for example, substantially made of silicone, for electrical contacting of the conductive, capacitance-forming sensor layer provided over the track.
  • the composition of the material of the contacting element and its dimension from the contact point to the conductor to the contact point to the sensor layer is selected so that the associated resistance is less than 30 ⁇ .
  • the contact resistance of the two contact surfaces to the conductor track or to the sensor surface and the resistance of the contacting element, measured between the two contact surfaces is preferably less than 1 k ⁇ .
  • the contacting element is designed to be concave in the region of at least one of its contact surfaces with the conductor track and with the conductive, capacitance-forming sensor layer.
  • the contacting element is arranged in the region of the inner circumference of the opening of the shielding element, wherein it is formed, for example, as a hollow element arranged coaxially with the opening of the shielding element.
  • the contacting element and the shielding element are integrally formed. This simplifies assembly and additionally reduces manufacturing costs.
  • an electrical control and evaluation unit for acting on the sensor layer with a measuring capacitance and for detecting the change in the measuring capacity when approaching a person's hand for switching or control purposes provided.
  • the invention further relates to an arrangement of a plurality of proximity sensors in one of the embodiments described above, wherein the plurality of conductive, capacitance-forming sensor layers are formed as a plurality of electrically insulated coating regions of a film as a substrate.
  • Such an arrangement can be produced comparatively easily and inexpensively.
  • the associated plurality of contacting elements and / or shielding elements are mat-shaped, whereby the production is simplified and thus the production costs are reduced.
  • the invention further relates to a motor vehicle with a proximity sensor or an arrangement of multiple proximity sensors in one of the embodiments described above, wherein the or these in a control panel, for example in the dashboard of the vehicle are arranged so that the or the display panels facing the driver (operator) are.
  • FIG. 1 is a sectional view of the capacitive proximity sensor 1 in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a further sectional view in another cutting direction of the capacitive proximity sensor from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a further sectional view in a further sectional direction of the capacitive proximity sensor from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a further sectional view in a further sectional direction of the capacitive proximity sensor from FIG. 1;
  • FIG. 5 is a perspective sectional view of the capacitive proximity sensor 1 'in a second embodiment
  • FIG. 6 is a perspective sectional view of the capacitive proximity sensor 1 "in a third embodiment.
  • the proximity sensor 1 comprises a light source 5.
  • This light source 5 is an LED in SMD design which is soldered on a printed circuit board 9.
  • the light source 5 is used for backlighting a transparent or translucent section 4 (for example: the letter sequence "CD") of a display panel 3, which faces an operator (not shown) with its surface 3a in the beam path of the light from the light source 5 to the section to be backlit 4 of the display panel 3 is a transparent or translucent substrate 2, which is arranged adjacent to the surface of the display panel 3 facing away from the operator (see Fig.
  • the substrate 2 is provided with a conductive, metallic coating 2a, for example an ITO coating from a mixed oxide with a high proportion (for example about 90% by weight) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and a small proportion (for example about 10% by weight) of tin (IV) oxide on its surface
  • a shielding element 6 is made of an elastic, opaque silico nmaterial provided with a breakthrough 8, in which the light source 5 is arranged centrally. The shielding element 6 prevents the leakage of stray light from the light channel 8 and together with the positioning pins 10 for a fixing positioning of the substrate 2.
  • the contacting 7 thus provides the electrically conductive connection via its respective contact surfaces to the sensor surface 2 and the conductor track on the Circuit board 9 ago.
  • the elastic contacting element 7 is elastically provided. clamped by being pressed between the circuit board 9 and the display panel 3, which are held by a screwed to the circuit board 9 (see screws 12 in Fig. 2) spacer 11 at a fixed distance.
  • the contacting element 7 may have a concave configuration for reducing the respective contact resistance in the region of the contact surface to the printed circuit board 9 or to the printed conductor and in the region of the contact surface to the conductive sensor layer 2 a.
  • the conductor track is also electrolytically coated with nickel and gold at least in the area of the contact surface with the contacting element 7.
  • the proximity sensor 1 ' comprises a light source 5'.
  • this light source 5 ' is also an LED in SMD design which is soldered to a circuit board 9'.
  • the light source 5 ' is used for the backlighting of a transparent or translucent section 4' (here: the letter sequence "CD") of a display panel 3 ', which with its surface 3a' faces an operator (not shown) in the beam path of the light from the light source 5 '.
  • a transparent or translucent section 4' here: the letter sequence "CD"
  • a transparent or translucent film substrate 2' which is arranged adjacent to the surface of the display panel 3 'facing away from the operator
  • the substrate 2' is provided with a conductive, metallic coating 2a '.
  • an ITO coating ie, a mixed oxide with a high proportion (for example about 90% by weight) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and a small proportion (for example about 10% by weight) of tin (IV). oxide, on its surface facing the light source 5.
  • a shielding element 6' is made of an elastic, opaque silicone mate provided with a breakthrough in which the light source 5 'is arranged centrally.
  • the shielding element 6 ' prevents the leakage of stray light from the light channel 8' and, together with the contacting element T described below, ensures a fixing positioning of the substrate 2 '.
  • the arranged on the inner circumference of the opening of the shielding 6, almost tubular Kunststoffierelement T of a conductive, elastic silicone material is the contacting of the conductive sensor layer 2a 'via a conductor, in addition to the electrical lines for supplying the light source 5' on the circuit board 9 ' is provided.
  • the contact element T thus provides the electrically conductive connection via its respective contact surfaces to the sensor surface 2 'and to the conductor track and can be as previously described in the first embodiment, with concave shaped
  • the elastic contact element T and shield member 6 ' are elastically biased by being compressed between the circuit board 9' and the display panel 3 ', which are kept at a fixed distance by a spacer 11' screwed to the circuit board 9 '.
  • the contacting element 7 ' can have a concave configuration for reducing the respective contact resistance in the region of the contact surface to the printed circuit board 9' or to the printed conductor and in the area of the contact surface with the conductive sensor layer 2a '.
  • the relevant printed conductor is also electrolytically coated with nickel and gold, at least in the area of the contact surface with the contacting element 7 '.
  • the proximity sensor 1 comprises a light source 5.
  • This light source 5" is also an SMD-type LED which is soldered to a printed circuit board 9 "
  • the light source 5 is used to backlight a transparent or translucent section 4" of a display panel 3 ", which faces an operator (not shown) with its surface 3a” in the beam path of the light from the light source 5 "to the section 4 to be backlit.”
  • the display panel 3 is a transparent or translucent, flexible film as a substrate 2", which is adjacent to the user facing away from the surface of the display panel 3 "is arranged.
  • the substrate 2 is provided with a conductive, metallic coating 2a", for example an ITO coating, ie a mixed oxide with a high proportion (for example about 90% by weight) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and a small amount (For example about 10% by weight) of tin (IV) oxide, on its surface facing the light source 5.
  • a conductive, metallic coating 2a for example an ITO coating, ie a mixed oxide with a high proportion (for example about 90% by weight) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) and a small amount (For example about 10% by weight) of tin (IV) oxide, on its surface facing the light source 5.
  • a shielding element 6 made of an elastic, opaque silicone material with an opening 8" is provided to form a light channel 8 ",
  • the shielding element 6 prevents the leakage of stray light from the light channel 8" and together with the positioning pins 10 “ensures a fixing positioning
  • the flexible film as the substrate 2 has an extension 2b" formed integrally therewith, which serves as a contacting element 7 "for contacting the conductive sensor layer 2a” with a conductor track which, in addition to the electrical lines for supplying the light source 5
  • the extension 2b is pressed as a contacting element 7" by means of the pressing element 13 "on the associated conductor track.
  • the contacting element 7 "thus produces the electrically conductive connection via the contact surfaces to the conductor track on the printed circuit board 9".
  • the conductor track is also electrolytically coated with nickel and gold at least in the area of the contact surface with the contacting element 7 ".

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Annäherungssensor (1) für die Detektion einer Annäherung einer Hand eines Bedieners zur Durchführung einer Schalt- und / oder Regelfunktion in Abhängigkeit dieser Annäherung, umfassend eine Lichtquelle (5), ein dem Bediener zugewandtes Anzeigefeld (3), das wenigstens einen durchscheinenden oder transparenten, durch das Licht der Lichtquelle zu hinterleuchtenden Abschnitt (4) aufweist, und wenigstens eine leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a), und zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorschicht (2a) durchscheinend oder transparent ist und in einem Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle (5) durch den zu hinterleuchtenden Abschnitt (4) angeordnet ist.

Description

Beleuchteter kapaziviter Annäherungssensor
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Annäherungssensor für die Detektion einer Annäherung einer Hand eines Bedieners zur Durchführung einer Schalt- und/oder Regelfunktion in Abhängigkeit dieser Annäherung, wobei der Sensor Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, ein einem Bediener zugewandtes Anzeigefeld, das wenigstens einen durchscheinenden oder transparenten, durch das Licht der Lichtquelle zu hinterleuchtenden Abschnitt aufweist und wenigstens eine leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht.
Kapazitive Annäherungssensoren dieser Gattung sind bekannt. Es ist ferner bekannt, eine Sensorschicht mit einem Messsignal, bevorzugt einem zeitabhängigen Messsignal, einer Steuer- und Auswerteinheit zur Erzeugung einer zugehörigen Messkapazität zu beaufschlagen und die zugehörige Kapazitätsänderung bei Annäherung eines Fremdobjekts, beispielsweise der Hand einer Person, durch Auswerten des Messsignals durch die Steuer- und Auswerteinheit zu detektieren. Bekannte Verfahren zur Detektion der Annäherung verwenden die Messkapazität beispielsweise als den frequenzbestimmenden Teil eines Oszillators, dessen Frequenz dann als Maß für die unbekannte Kapazität der Messkapazität verwendet wird. Alternativ kann die Steuer- und Auswerteinheit die Kapazität der Messkapazität anhand des kapazitiven Anteils der Impedanz der Messkapazität bestimmen.
Unabhängig von der Wahl der spezifischen Art des die Annäherung der Hand detek- tierenden kapazitiven Verfahrens stellt sich das Problem bezüglich der raumsparenden Anordnung der kapazitätsbildenden Sensorschicht ohne Verlust der Empfindlichkeit des Sensors. Dieses Problem tritt verstärkt auf, wenn das Anzeigefeld des Annäherungssensors zum leichteren Auffinden des Sensors hinterleuchtet ist. In dem Fall eines hinterleuchteten Anzeigefeldes konnte bisher eine leitende, kapazi- tätsbildende Sensorschicht, die für eine ausreichende Empfindlichkeit des Sensors möglichst maximal ausfallen muss, nur außerhalb des Strahlengangs des Lichtes der Lichtquelle angeordnet werden. Beispielsweise wird die Sensorschicht, vom Bediener ausgesehen, jenseits der Lichtquelle angeordnet, was aufgrund der großen Entfernung zwischen Anzeigefeld und Sensorschicht zu einer verringerten Empfindlichkeit führt.
Vor dem Hintergrund dieser Nachteile haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, einen kapazitiven Annäherungssensor für die Detektion einer Annäherung einer Hand eines Bedieners zur Durchführung einer Schalt- und/oder Regelfunktion in Abhängigkeit dieser Annäherung bereitzustellen, der vergleichsweise kompakt und empfindlich ist und gleichzeitig preiswert herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch einen Sensor des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Annäherungssensor für die Detektion einer Annäherung einer Hand eines Bedieners zur Durchführung einer Schalt- und/oder Regelfunktion in Abhängigkeit dieser Annäherung. Der erfindungsgemäße Annäherungssensor umfasst eine Lichtquelle, beispielsweise eine Glühbirne oder eine LED. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle aufgrund der geringen Wärmeentwicklung, der hohen Haltbarkeit und des geringen Stromverbrauchs um eine LED, noch dazu aufgrund der leichten Bestückung um eine in SMD-Bauweise. Der erfindungsgemäße Annäherungssensor umfasst ein dem Bediener zugewandtes Anzeigefeld, das wenigstens einen durchscheinenden oder transparenten, durch das Licht der Lichtquelle zu hinterleuchtenden Abschnitt aufweist, der beispielsweise so ausgestaltet ist, das wenigstens im hinterleuchtenden Zustand ein Symbol, einen Schriftzug oder dergleichen für den Bediener insbesondere bei geringem Umgebungslicht leicht zu erkennen ist. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht vorgesehen, die lichtdurchlässig ist und in einem Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle durch den zu hinterleuchtenden Abschnitt angeordnet ist. D.h. Lichtquelle, Sensorschicht und Anzeigefeld sind in Richtung des Bedieners in Abfolge angeordnet, ohne damit die Erfindung dadurch einzuschränken, dass die Sensorschicht und das Anzeigefeld in der vorgenannten Reihenfolge angeordnet sind. Daher kann in einer Ausgestaltung die Sensorschicht zwischen dem Bediener und dem Anzeigefeld, beispielsweise auch als Beschichtung der dem Bediener zugewandten Oberfläche des Anzeigefeldes vorgesehen sein
Dadurch, dass das Sensorfeld erfindungsgemäß im Strahlengang angeordnet ist, wird der Raumbedarf des Annäherungssensors in der Ebene senkrecht zum vorgenannten Strahlengang minimiert. Bei dem Anzeigefeld handelt es sich beispielsweise um ein flachiges Element aus Kunststoff, beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoff, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisat (ABS) oder ABS/Polycarbonat (ABS-PC). Der transparente oder durchscheinende Abschnitt besteht beispielsweise aus einem Polycarbonat oder einem eingefarbten Polycar- bonat.
Um die vergleichsweise empfindliche Sensorschicht vor Berührung durch den Bediener oder durch Fremdkörper und Einwirkung von Reinigungsflussigkeit zu schützen, ist die Sensorschicht in einer bevorzugten Ausfuhrungsform zwischen dem Anzeigefeld und der Lichtquelle angeordnet
Bevorzugt ist die leitende, kapazitätsbildende und lichtdurchlässige Sensorschicht als metallische Beschichtung eines transparenten oder durchscheinenden Substrats ausgebildet, um den Sensor preiswert herstellen zu können In einer Ausgestaltung ist das Substrat das Anzeigefeld, wobei dessen der Lichtquelle zugewandten Oberflache metallisch beschichtet ist. Das Substrat ist bevorzugt eine flexible Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Tnacetylcel- lulose (TAC) Es ist einer alternativen Ausgestaltung mit einer seiner Oberflächen, bevorzugt mit der unbeschichteten Oberfläche, angrenzend an das Anzeigefeld angeordnet Durch die dem Anzeigefeld nahe Anordnung der Sensorschicht wird auch bei starkem Umgebungslicht ein metallisch reflektierender Effekt auf der Seite des Bedieners bei ausgeschalteter Beleuchtung der Lichtquelle erreicht Dadurch ist der zu hinterleuchtende Abschnitt auch bei hohem Umgebungslicht nicht zu erkennen und kann bei Betrachtung durch den Bediener ein optisches „Verschmelzen" mit dem umgebenden Anzeigefeld ergeben, sofern der den zu hinterleuchtenden Abschnitt umgebende Bereich des Anzeigefelds entsprechend gefärbt oder lackiert ist Dadurch wird eine Fehlinformation beim Bediener vermieden, der ansonsten aufgrund des intensiven Umgebungslichts den Eindruck haben konnte, der zu hinterleuchtende Abschnitt sei hinterleuchtet In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat eingefärbt und/oder oberflächenbehandelt. Beispielsweise ist eine Oberfläche des Substrats aufgeraut, damit das Substrat als Diffusor wirkt und für eine gleichmäßige Ausleuchtung des hinterleuchtenden Abschnitts des Anzeigefeldes sorgt.
Bevorzugt beinhaltet die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mischoxid aus lndium(lll)-oxid (In2O3) und Zinn(IV)-oxid (SnO2), ein mit Fluor dotiertes Zinn(IV)-oxid, mit Aluminium dotiertes Zinkoxid, mit Antimon dotiertes Zinn(IV)-oxid. Bevorzugt handelt es sich um ein Mischoxid (ITO) aus einem hohen Anteil (beispielsweise etwa 90 Gewichts-%) Indi- um(lll)-oxid (In2O3) und einem geringen Anteil (beispielsweise etwa 10 Gewichts-%) Zinn(IV)-oxid. Die Beschichtung wird beispielsweise mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kathodenzerstäubung, Hochvakuumverdampfung, Sol-Gel-Beschichtung auf das Substrat aufgebracht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein elastisches Abschirmelement, beispielsweise im Wesentlichen aus Silikon, vorgesehen, das einen Durchbruch für einen Lichtkanal zwischen der Lichtquelle und dem zu hinterleuchtenden Abschnitt bildet. Dadurch wird Streulicht verringert und die Intensität der Hinterleuchtung gesteigert. Das Abschirmelement kann in einer weiteren Ausgestaltung der fixierenden Positionierung des Substrats dienen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die flexible Folie als Substrat einen damit einstückig ausgebildeten leitenden Fortsatz als Kontaktierungselement zur elektrischen Kontaktierung der leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht über die Leiterbahn auf. Beispielsweise wird die Leitfähigkeit des Fortsatzes durch dieselbe metallische Beschichtung wie der der Sensorschicht erreicht. Diese so geschaffene flexible Leiterbahn kann mit Leiterbahn durch einen Steckkontakt oder durch Verlötung verbunden werden. Insbesondere durch die Verlötung wird die Anzahl der Komponenten verringert und Herstellungskosten eingespart. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind eine Leiterbahn, beispielsweise auf einer Leiterplatine, und ein leitendes, elastisches, an die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht und/oder die Leiterbahn angedrücktes Kontaktierungs- element, beispielsweise im Wesentlichen aus Silikon, zur elektrischen Kontaktierung der leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht über die Leiterbahn vorgesehen. Dadurch wird vergleichsweise einfach und zuverlässig eine sichere Kontaktierung der Sensorschicht erreicht. Bevorzugt ist die Zusammensetzung des Materials des Kontaktierungselements und dessen Abmessung vom Berührpunkt zur Leiterbahn zum Berührpunkt zur Sensorschicht so gewählt, dass der zugehörige Widerstand weniger als 30 Ω beträgt. Zur Verringerung des Kontaktwiderstands zur Leiterbahn ist deren Oberfläche beispielsweise elektrolytisch mit Nickel und/oder Gold beschichtet. Die Kontaktwiderstände der beiden Kontaktflächen zur Leitebahn beziehungsweise zur Sensorfläche und der Widerstand des Kontaktierungselements, gemessen zwischen den beiden Kontaktflächen beträgt vorzugsweise weniger als 1 kΩ.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kontaktierungselement im Bereich wenigstens einer seiner Berührflächen zur Leiterbahn und zur leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht konkav ausgestaltet. Dadurch wird im Zusammenwirken mit der Elastizität des Materials des Kontaktierungselements eine sichere Kontaktierung mit geringem Kontaktwiderstand erreicht.
In einer Ausgestaltung ist das Kontaktierungselement im Bereich des Innenumfangs des Durchbruchs des Abschirmelements angeordnet, wobei es beispielsweise als koaxial zum Durchbruch des Abschirmelements angeordnetes Hohlelement ausgebildet ist.
Bevorzugt sind das Kontaktierungselement und das Abschirmelement einstückig ausgebildet. Dadurch wird die Montage vereinfacht und zusätzlich die Herstellungskosten verringert.
Es ist gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eine elektrische Steuer- und Auswerteinheit zur Beaufschlagung der Sensorschicht mit einer Mess- kapazität und zur Detektion der Änderung der Messkapazität bei Annäherung einer Hand einer Person zu Schalt- oder Regelzwecken vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus mehreren Annäherungssensoren in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei die mehreren leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschichten als mehrere, elektrisch isolierte Beschich- tungsbereiche einer Folie als Substrat ausgebildet sind. Eine derartige Anordnung lässt sich so vergleichsweise einfach und preiswert herstellen.
Bevorzugt sind die zugehörigen mehreren Kontaktierungselemente und/oder Abschirmelemente mattenförmig ausgestaltet, wodurch die Herstellung vereinfacht und somit die Produktionskosten gesenkt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Annäherungssensor oder einer Anordnung mehrerer Annäherungssensoren in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei der beziehungsweise diese in einem Bedienfeld, beispielsweise im Armaturenbrett, des Fahrzeugs so angeordnet sind, dass das beziehungsweise die Anzeigefelder dem Fahrer (Bediener) zugewandt sind.
In den beigefügten Figuren sind drei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen, kapazitiven Annäherungssensors 1 , 1 ' beziehungsweise 1 " dargestellt, ohne die Erfindung darauf zu beschränken, es zeigen:
• Figur 1 : eine Schnittansicht des kapazitiven Annäherungssensors 1 in einer ersten Ausführungsform;
• Figur 2: eine weitere Schnittansicht in anderer Schnittrichtung des kapazitiven Annährungssensors aus Figur 1 ;
• Figur 3: eine weitere Schnittansicht in einer weiteren Schnittrichtung des kapazitiven Annährungssensors aus Figur 1 ;
• Figur 4: eine weitere Schnittansicht in einer weiteren Schnittrichtung des kapazitiven Annährungssensors aus Figur 1 ; • Figur 5: eine perspektivische Schnittansicht des kapazitiven Annäherungssensors 1 ' in einer zweiten Ausführungsform; und
• Figur 6: eine perspektivische Schnittansicht des kapazitiven Annäherungssensors 1 " in einer dritten Ausführungsform.
Die Fig. 1 , 2, 3 und 4 zeigen den erfindungsgemäßen Annäherungssensor 1 einer ersten Ausführungsform im Schnitt in unterschiedlichen Schnittrichtungen. Der Annäherungssensor 1 umfasst eine Lichtquelle 5. Bei dieser Lichtquelle 5 handelt es sich um eine LED in SMD-Bauform die auf einer Leiterplatte 9 gelötet ist. Die Lichtquelle 5 dient der Hinterleuchtung eines transparenten oder durchscheinenden Abschnitts 4 (beispielsweise: der Buchstabenfolge „CD") eines Anzeigefeldes 3, das mit seiner Oberfläche 3a einem nicht dargestellten Bediener zugewandt ist. Im Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle 5 zu dem zu hinterleuchtenden Abschnitt 4 des Anzeigefeldes 3 befindet sich ein transparentes oder durchscheinendes Substrat 2, das angrenzend an die dem Bediener abgewandte Oberfläche des Anzeigefeldes 3 angeordnet ist (siehe Fig. 1). Das Substrat 2 ist mit einer leitenden, metallischen Beschichtung 2a beispielsweise einer ITO-Beschichtung d.h. aus einem Mischoxid mit einem hohen Anteil (beispielsweise etwa 90 Gewichts-%) Indi- um(lll)-oxid (In2O3) und einem geringen Anteil (beispielsweise etwa 10 Gewichts-%) Zinn(IV)-oxid auf seiner der Lichtquelle 5 zugewandten Oberfläche versehen. Zur Bildung eines Lichtkanals 8 ist ein Abschirmelement 6 aus einem elastischen, lichtundurchlässigen Silikonmaterial mit einem Durchbruch 8 vorgesehen, in dem die Lichtquelle 5 mittig angeordnet ist. Das Abschirmelement 6 verhindert das Austreten von Streulicht aus dem Lichtkanal 8 und sorgt zusammen mit den Positionierstiften 10 für eine fixierende Positionierung des Substrats 2. Das im Abschirmelement 6 angeordnete, nahezu zylindrische Kontaktierelement 7 aus einem leitenden, elastischen Silikonmaterial mit leitender Pigmentierung dient der Kontaktierung der leitenden Sensorschicht 2a über eine Leiterbahn, die zusätzlich zu den elektrischen Leitungen zur Versorgung der Lichtquelle 5 auf der Leiterplatte 9 vorgesehen ist, siehe Figur 3. Das Kontaktierelement 7 stellt somit die elektrisch leitende Verbindung über seine jeweiligen Berührflächen zur Sensorfläche 2 und zur Leiterbahn auf der Leiterplatte 9 her. Zur Herstellung einer sicheren Kontaktierung und Fixierung der Sensorschicht 2a ist das elastische Kontaktierelement 7 elastisch vorge- spannt, indem es zwischen der Leiterplatte 9 und dem Anzeigefeld 3, die durch ein mit der Leiterplatte 9 verschraubtes (siehe Schrauben 12 in Fig. 2) Distanzstück 11 auf einen festen Abstand gehalten werden, zusammengepresst werden. Das Kontaktierelement 7 kann im Bereich der Berührfläche zur Leiterplatte 9 beziehungsweise zu der Leiterbahn und im Bereich der Berührfläche zur leitenden Sensorschicht 2a eine konkave Ausgestaltung zur Verringerung des jeweiligen Kontaktwiderstandes aufweisen. Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes ist ferner die Leiterbahn wenigstens im Bereich der Berührfläche mit dem Kontaktierelement 7 elektrolytisch mit Nickel und Gold beschichtet.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Annäherungssensors 1 ' in perspektivischer Schnittansicht. Der Annäherungssensor 1 ' umfasst eine Lichtquelle 5'. Bei dieser Lichtquelle 5' handelt es sich ebenfalls um eine LED in SMD-Bauform die auf einer Leiterplatte 9' gelötet ist. Die Lichtquelle 5' dient der Hinterleuchtung eines transparenten oder durchscheinenden Abschnitts 4' (hier: der Buchstabenfolge „CD") eines Anzeigefeldes 3', das mit seiner Oberfläche 3a' einem nicht dargestellten Bediener zugewandt ist. Im Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle 5' zu dem zu hinterleuchtenden Abschnitt 4' des Anzeigefeldes 3' befindet sich ein transparentes oder durchscheinendes Foliensubstrat 2', das angrenzend an die dem Bediener abgewandte Oberfläche des Anzeigefeldes 3' angeordnet ist. Das Substrat 2' ist mit einer leitenden, metallischen Beschichtung 2a', beispielsweise einer ITO-Beschichtung d.h. aus einem Mischoxid mit einem hohen Anteil (beispielsweise etwa 90 Gewichts-%) lndium(lll)-oxid (In2O3) und einem geringen Anteil (beispielsweise etwa 10 Gewichts-%) Zinn(IV)-oxid, auf seiner der Lichtquelle 5' zugewandten Oberfläche versehen. Zur Bildung eines Lichtkanals 8' ist ein Abschirmelement 6' aus einem elastischen, lichtundurchlässigen Silikonmaterial mit einem Durchbruch vorgesehen, in dem die Lichtquelle 5' mittig angeordnet ist. Das Abschirmelement 6' verhindert das Austreten von Streulicht aus dem Lichtkanal 8' und sorgt zusammen mit dem nachfolgend beschriebenen Kontaktierelement T für eine fixierende Positionierung des Substrats 2'. Das an dem Innenumfang des Durchbruchs des Abschirmelements 6 angeordnete, nahezu röhrenförmige Kontaktierelement T aus einem leitenden, elastischen Silikonmaterial dient der Kon- taktierung der leitenden Sensorschicht 2a' über eine Leiterbahn, die zusätzlich zu den elektrischen Leitungen zur Versorgung der Lichtquelle 5' auf der Leiterplatte 9' vorgesehen ist. Das Kontaktierelement T stellt somit die elektrisch leitende Verbindung über seine jeweiligen Berührflächen zur Sensorfläche 2' und zur Leiterbahn her und kann wie zuvor bei der ersten Ausführungsform beschrieben, mit konkav geformten Zur Herstellung einer sicheren Kontaktierung und Fixierung der Sensorschicht 2a' sind das elastische Kontaktierelement T und Abschirmelement 6' elastisch vorgespannt, indem sie zwischen der Leiterplatte 9' und dem Anzeigefeld 3', die durch ein mit der Leiterplatte 9' verschraubtes Distanzstück 11 ' auf einen festen Abstand gehalten werden, zusammengepresst werden. Wie zuvor beschrieben kann das Kontaktierelement 7' im Bereich der Berührfläche zur Leiterplatte 9' beziehungsweise zu der Leiterbahn und im Bereich der Berührfläche zur leitenden Sensorschicht 2a' eine konkave Ausgestaltung zur Verringerung des jeweiligen Kontaktwiderstandes aufweisen. Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes ist ferner die betreffende Leiterbahn wenigstens im Bereich der Berührfläche mit dem Kontaktierelement 7' elektrolytisch mit Nickel und Gold beschichtet.
Fig. 6 zeigt den erfindungsgemäßen Annäherungssensor 1 " in einer dritten Ausführungsform in perspektivischer Schnittansicht. Der Annäherungssensor 1 " umfasst eine Lichtquelle 5". Bei dieser Lichtquelle 5" handelt es sich ebenfalls um eine LED in SMD-Bauform die auf einer Leiterplatte 9" gelötet ist. Die Lichtquelle 5" dient der Hinterleuchtung eines transparenten oder durchscheinenden Abschnitts 4" eines Anzeigefeldes 3", das mit seiner Oberfläche 3a" einem nicht dargestellten Bediener zugewandt ist. Im Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle 5" zu dem zu hinterleuchtenden Abschnitt 4" des Anzeigefeldes 3" befindet sich eine transparente oder durchscheinende, flexible Folie als Substrat 2", das angrenzend an die dem Bediener abgewandte Oberfläche des Anzeigefeldes 3" angeordnet ist. Das Substrat 2" ist mit einer leitenden, metallischen Beschichtung 2a", beispielsweise einer ITO- Beschichtung d.h. aus einem Mischoxid mit einem hohen Anteil (beispielsweise etwa 90 Gewichts-%) lndium(lll)-oxid (In2O3) und einem geringen Anteil (beispielsweise etwa 10 Gewichts-%) Zinn(IV)-oxid, auf seiner der Lichtquelle 5" zugewandten Oberfläche versehen. Zur Bildung eines Lichtkanals 8" ist ein Abschirmelement 6" aus einem elastischen, lichtundurchlässigen Silikonmaterial mit einem Durchbruch 8" vorgesehen, in dem die Lichtquelle 5" mittig angeordnet ist. Das Abschirmelement 6" verhindert das Austreten von Streulicht aus dem Lichtkanal 8" und sorgt zusammen mit den Positionierstiften 10" für eine fixierende Positionierung des Substrats 2". Die flexible Folie als Substrat 2" weist einen einstückig damit ausgebildeten Fortsatz 2b" auf, das als Kontaktierelement 7" zur Kontaktierung der leitenden Sensorschicht 2a" mit einer Leiterbahn dient, die zusätzlich zu den elektrischen Leitungen zur Versorgung der Lichtquelle 5" auf der Leiterplatte 9" vorgesehen ist. Dazu wird der Fortsatz 2b" als Kontaktierungselement 7" mittels des Andrückelements 13" auf die zugehörige Leiterbahn gedrückt. Das Kontaktierelement 7" stellt somit die elektrisch leitende Verbindung über die Berührflächen zur Leiterbahn auf der Leiterplatte 9" her. Zur Herstellung einer sicheren Kontaktierung und Fixierung der Sensorschicht 2a" werden die Leiterplatte 9" und das Anzeigefeld 3" mittels eines an dem Anzeigefeld 3" ausgebildetes Distanzstücks 11 " und der Schraube 12" auf Abstand fixierend gehalten. Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes ist ferner die Leiterbahn wenigstens im Bereich der Berührfläche mit dem Kontaktierelement 7" elektrolytisch mit Nickel und Gold beschichtet.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E
1. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1 ', 1 ") für die Detektion einer Annäherung einer Hand eines Bedieners zur Durchführung einer Schalt- und/oder Regelfunktion in Abhängigkeit dieser Annäherung, umfassend eine Lichtquelle (5, 5', 5"), ein dem Bediener zugewandtes Anzeigefeld (3, 3', 3"), das wenigstens einen durchscheinenden oder transparenten, durch das Licht der Lichtquelle zu hinterleuchtenden Abschnitt (4, 4', 4") aufweist, und wenigstens eine leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a', 2a"), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (2a, 2a', 2a") lichtdurchlässig ist und in einem Strahlengang des Lichtes von der Lichtquelle (5, 5', 5") durch den zu hinterleuchtenden Abschnitt (4, 4', 4") angeordnet ist.
2. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , V1 1 ") gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a', 2a") zwischen dem Anzeigefeld (3, 3', 3") und der Lichtquelle (5, 5', 5") angeordnet ist.
3. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , V, 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a', 2a") als metallische Beschichtung eines transparenten oder durchscheinenden Substrats (2, 2', 2") ausgebildet ist.
4. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , V1 1 ") gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2, 2', 2") eine flexible Folie ist.
5. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1', 1 ") gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat das Anzeigefeld ist oder das Substrat (2, 2', 2"), mit einer seiner Oberflächen, bevorzugt mit der unbeschichteten Oberfläche, angrenzend an das Anzeigefeld (3, 3', 3") angeordnet ist.
6. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1 ', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2, 2', 2") eingefärbt oder oberflächenbehandelt ist.
7. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1 ', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a', 2a") ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Mischoxid aus lndium(lll)-oxid (In2O3) und Zinn(IV)- oxid (SnO2), ein mit Fluor dotiertes Zinn(IV)-oxid, mit Aluminium dotiertes Zinkoxid, mit Antimon dotiertes Zinn(IV)-oxid, beinhaltet.
8. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1 ', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a', 2a") mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kathodenzerstäubung, Hochvakuumverdampfung, Sol-Gel-Beschichtung auf das Substrat aufgebracht ist.
9. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Abschirmelement (6, 6', 6"), beispielsweise im Wesentlichen aus Silikon, vorgesehen ist, das einen Durchbruch (8, 8', 8") für einen Lichtkanal zwischen der Lichtquelle (5, 5', 5") und dem zu hinterleuchtenden Abschnitt (4, 4', 4") bildet.
10. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterbahn und ein leitendes, bevorzugt elastisches, an die leitende, kapazitätsbildende Sensorschicht (2a, 2a') und/oder die Leiterbahn angedrücktes Kontaktierungsele- ment (7, 7'), beispielsweise im Wesentlichen aus Silikon, zur elektrischen Kontaktierung der leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht (2a, 2a') ü- ber die Leiterbahn vorgesehen ist.
11. Kapazitiver Annäherungssensor (1 ") gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Folie (2") einen damit einstückig ausgebildeten leitenden Fortsatz (2b") als Kontaktierungselement (7") zur elektrischen Kontaktierung der leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht (2a") über die Leiterbahn umfasst.
12. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , 1', 1 ") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (7, 7', 7") im Bereich wenigstens einer seiner Berührflächen zur Leiterbahn und zur leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschicht (2a, 2a', 2a") konkav ausgestaltet ist.
13. Kapazitiver Annäherungssensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement und das Abschirmelement einstückig ausgebildet sind.
14. Kapazitiver Annäherungssensor (1 , V, 1") gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Steuer- und Auswerteinheit zur Beaufschlagung der Sensorschicht (2a, 2a', 2a") mit einer Messkapazität und zur Detektion der Änderung der Messkapazität bei Annäherung einer Hand einer Person zu Schalt- oder Regelzwecken vorgesehen ist,
15. Anordnung aus mehreren Annäherungssensoren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die mehreren leitenden, kapazitätsbildenden Sensorschichten als mehrere, elektrisch isolierte Beschichtungsbereiche einer Folie als Substrat ausgebildet sind.
16. Anordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörigen mehreren Kontaktierungselemente und/oder Abschirmelemente mattenförmig ausgestaltet sind.
17. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch wenigstens einen kapazitiven Annäherungssensor oder die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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