WO2017190900A1 - Eingabeeinrichtung mit in abhängigkeit einer kapazitiv gemessenen betätigungskraft erfolgenden funktionsauslösung oder steuerung und anpassung durch kapazitive berührdetektion - Google Patents

Eingabeeinrichtung mit in abhängigkeit einer kapazitiv gemessenen betätigungskraft erfolgenden funktionsauslösung oder steuerung und anpassung durch kapazitive berührdetektion Download PDF

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WO2017190900A1
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electrode
input device
actuation
detection step
capacitive
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PCT/EP2017/057835
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Norbert Bauer
Thomas KLEFFEL
Jochen SCHLERETH
Florian Schmitt
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Preh Gmbh
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    • H03K2217/9651—Switches controlled by moving an element forming part of the switch the moving element acting on a force, e.g. pressure sensitive element

Definitions

  • Input device with function triggering or control and adaptation by capacitive touch detection as a function of a capacitively measured actuating force
  • the invention relates to an input device with capacitively measured actuation force and triggered by the measured actuation force function triggering or depending on the measured actuation force taking place control.
  • capacitive measurement of the actuating force in general, but in particular in those cases in which the actuating force acts on a larger input surface compared to the acting surface of the input member, such as a fingertip and thus the Einwirkort on the input surface from input to input can vary greatly , there is the problem that the detected measured variable can vary widely. In the case of an input device, this is critical to the extent that thereby the triggering of a switching function to be effected with the actuation or the control function to be effected with the actuation becomes unreliable.
  • the capacitive force sensor has an actuating surface and a first electrode made of conductive material under the action of an actuating force acting on an actuation force and a second electrode of conductive material arranged adjacent to and spaced from the first electrode.
  • the second electrode is, for example, applied to the side of a base layer, for example printed circuit board, facing the actuating surface.
  • the first electrode is applied, for example, on the side facing away from the actuating surface of an actuating layer of elastic material.
  • a cavity filled with a dielectric and deformable, preferably elastically deformable, medium is provided between the first and second electrodes.
  • the actuating surface is formed by the actuating layer.
  • the actuating surface is connected to the actuating layer and is formed by a non-conductive, applied to the actuating layer layer.
  • the first electrode, the second electrode and the actuating surface are arranged concentrically with respect to their geometric centers.
  • the evaluation unit is designed to detect in a touch detection step by means of the capacitive touch sensor an associated parameter of a touch on the actuating surface during actuation.
  • parameter is to be interpreted broadly and the derivation of a parameter from the measured detection result as well as the immediate use of the measured parameter as a parameter are to be included according to the invention.
  • it is a location information, that is to say at which location the actuating surface is touched, this information being dependent on the resolution capability of the touch sensor and, in one embodiment, relating to a comparatively coarse location information of an external or internal contact of the input surface.
  • the characteristic relates to the contact surface of the touch, for example, the extent or the surface measure of the affected by the contact by the input member part surface of the input surface.
  • the evaluation unit is also designed to have a signal in an actuation detection step offset in time from the touch detection step with the actuating force changing, preferably continuously changing, to detect measured variable by generating a first measuring capacitance between the first and second electrode.
  • the temporal offset results, for example, from the fact that the touch detection step is performed before or after the time after the actuation detection step.
  • the touch detection step preferably takes place before the actuation detection step, in order to be able to adapt the subsequent actuation detection step as a function of the parameter determined immediately above on the basis of the previously determined parameter.
  • the actuation is assigned a switching and / or control function by the evaluation unit.
  • the inventively double dependence of the switching or control function assignment not only enables verification of the actuation detection by the touch detection, but a measurement variable variation due to changes in the environmental conditions such as temperature and humidity, but especially due to changes in the contact conditions, such as place of touch and associated Area measure is partially compensated, for example, based on the detected characteristic. As a result, the reliability of the actuating force capacitively detecting the input device is increased.
  • a threshold for triggering the switching and / or control function is adjusted as a function of the measured variable. For example, when the characteristic is reduced, the threshold associated with the measured variable is reduced and vice versa.
  • different thresholds are stored in a look-up table and are assigned to different, non-overlapping areas of characteristic values, so that an associated threshold is defined for a corresponding parameter.
  • the first electrode is used as a second measuring capacitance-generating electrode of the capacitive touch sensor. Due to the spatially high proximity of the first electrode to the actuating surface is so a comparatively Determination of the parameter and thus verification or adaptation of the measured variable determination achieved.
  • the evaluation unit is designed to operate the second electrode in isolation in the touch detection step, i. this is not contacted and is preferably static discharged.
  • the second electrode is thus kept at floating potential in order to prevent influencing of the second measuring capacity.
  • the second electrode is grounded. This means, for example when used in the vehicle, that a potential equalization between ground and the second electrode is effected.
  • At least one of the first and second electrodes has a changing structure from its geometrical center in the direction of the edge of the measuring capacitance.
  • the electrode has a plurality of electrically conductive strips or rings, and the width of the strips or rings varies and / or the distance between adjacent strips or rings varies.
  • the first and second electrodes differ in the circumferences described by their maximum dimensions.
  • the areas which are described by the maximum dimensions of the first and second electrodes in the range of 0.5 to 5.0 cm 2 , more preferably in the range of 1.0 to 4.0 cm 2 , more preferably in Range from 1.5 to 3.5 cm 2 .
  • the area which is described by the maximum dimensions of the first or of the maximum dimensions of the second electrode corresponds to the area dimension of the actuating area.
  • the area described by the maximum extent of the first electrode and the area described by the maximum extent of the second electrode and the actuating surface is arranged concentrically with respect to its geometric center.
  • a cavity which is partially or completely bounded by one or more spacers is provided between the first or second electrode and the spacer or spacers have a lower elasticity than the actuation layer.
  • the spacer is a plastic, such as a thermoplastic, or a cured adhesive layer.
  • the second electrode is used as an electrode of the capacitive touch sensor generating the second measuring capacitance.
  • the first electrode preferably has openings.
  • the first electrode has a strip-shaped or lattice-shaped structure.
  • the first electrode is operated in isolation, ie not contacted.
  • the first electrode is grounded.
  • the force sensor and the touch sensor are integrated in a common foil layer structure.
  • the electrodes are formed as layers or coatings of layers of a multilayer film layer structure.
  • the foil layer structure has an adhesive layer.
  • an array of a plurality of capacitive force sensors and an associated array of capacitive touch sensors are provided, wherein the number of force sensors corresponds to the number of touch sensors.
  • the first electrodes are electrically insulated from one another and the second electrodes are electrically insulated from one another. This allows selective activation of the first and second electrodes.
  • the invention further relates to the use of the input device in one of the previously described embodiments in a motor vehicle.
  • the invention further relates to an input method with the following steps.
  • provision is made of an input device which has a capacitive force sensor, a capacitive touch sensor assigned to the capacitive force sensor, and an evaluation unit.
  • the capacitive force sensor has an actuating surface, a first electrode made of conductive material under the action of an actuating force acting on the actuating surface during actuation, and a second electrode of conductive material arranged adjacent to and spaced from the first electrode.
  • the inventive method has a touch detection step in which by means of the capacitive touch sensor and the evaluation unit, an associated parameter of a touch on the actuating surface during the operation, such as a location and / or extent of contact, is detected.
  • the method has an actuation detection step offset in relation to the touch detection step, in which a measured variable changing with the actuation force is detected by means of the capacitive force sensor and the evaluation unit by generating a first measurement capacitance between the first and second electrodes.
  • the method according to the invention comprises a subsequent evaluation step in which the operation by the evaluation unit is assigned a switching and / or control function both as a function of the parameter detected by the capacitive touch sensor in the touch detection step and as a function of the measured variable detected in the actuation detection step.
  • a threshold for triggering the switching and / or control function is adjusted depending on the measured variable. For example, when the characteristic is reduced, the threshold associated with the measured variable is reduced and vice versa.
  • different thresholds are stored in a look-up table and are assigned to different, non-overlapping areas of characteristic values, so that an associated threshold is defined for a corresponding parameter.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of the input device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram for clarifying the mode of operation of the evaluation unit 4 belonging to the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram for clarifying the mode of operation of the evaluation unit 4 belonging to the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of the input device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram to illustrate the mode of operation of the evaluation unit 4 belonging to the embodiment of FIG. 3;
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a third embodiment of the input device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram for illustrating the mode of operation of a further embodiment of the evaluation unit 4 according to the invention.
  • Fig. 7 is a plan view of a first electrode according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the input device 10 according to the invention.
  • This has a foil layer structure which has a multilayer structure and includes, inter alia, an operating layer 6 facing the operator and defining an actuating surface F.
  • On the side facing away from the operator of the operating layer 6 is a first electrode 1 as a coating made of conductive material.
  • the first electrode 1 is arranged adjacent to the actuation surface F and delimits a cavity 3 which corresponds in terms of its dimensions to the size of the actuation surface F as viewed by the operator.
  • the first electrode 1 and the actuation layer 6 are made of elastic material and deform elastically in the cavity 3 under the action of a force acting on the actuating surface F actuating force.
  • the second electrode 2 is arranged below the first electrode 1 and spaced above the cavity 3.
  • the cavity 3 and the resulting spacing of the first electrode 1 and the second electrode 2 is provided by a spacer 5 having a lower elasticity compared to the actuation layer 6 into which recesses corresponding to the cavity 3 are introduced.
  • the cavity 3 is bounded below by a conductive layer which forms the second electrode 2 and is applied to a printed circuit board 7.
  • the input device 10 has an evaluation unit 4.
  • the first electrode 1 is connected via the conductor 8 to the evaluation unit 4 and the second electrode 2 is electrically contacted by the evaluation unit 4 via the conductor 9.
  • the conductor 8, 9 is only the view.
  • One embodiment provides that the conductors 8, 9 extend through the foil layer structure.
  • the design of the evaluation unit 4 or the mode of operation of the evaluation unit 4 will be explained with reference to FIG.
  • This comprises a computing unit 4a and an electrical switching means 4b.
  • the switching means 4b has switching positions for alternately carrying out the
  • the first electrode 1 is supplied with potential and the second electrode 2 is grounded to generate a first measuring capacitance substantially between the first electrode 1 and the second electrode 2.
  • the earth potential is indicated by 11.
  • the elastic deformation of the first electrode 1 and the associated change in position of the first electrode 1 relative to the second electrode 2 causes a change in the first measuring capacitance. From reaching a predetermined threshold of Measurement capacitance change is the actuation assigned to a switching function by the evaluation unit 4.
  • the extent of this capacitance change strongly depends on the location of the action on the actuating surface F, for example in the center or peripheral position, but also on the extent of the contact surface of the operating element, there is a need to adjust this threshold.
  • this is achieved in the temporally preceding touch detection step (solid line of the switching means 4b), simultaneously by switching the switching means 4b, the second electrode 2 is operated in isolation to cause electromagnetic neutrality of this electrode 2, while the first electrode 1 so connected is that a second measuring capacity is generated.
  • a touch sensor is provided, which detects in the touch detection step, a change in the second measuring capacity, which is due to an influence on the field propagation through the operating surface F touching the operating member.
  • this characteristic quantity detection in the touch detection step is likewise triggered by the threshold value.
  • a parameter is determined which is indicative of the specific touch occurring during actuation and preferably allows conclusions to be drawn about the specific location of the contact during actuation, wherein the information of the location may be limited to the information as to which partial surface of the actuation surface is touch-affected .
  • the threshold value is correspondingly adapted to associate a switching function by the evaluation unit only when the threshold value of the actuation that has been adjusted by the parameter is exceeded during the actuation which has just taken place or before.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the input device 10 according to the invention.
  • This likewise has a foil layer structure which has a multilayer structure and includes, inter alia, an operating layer 6 facing the operator and defining an actuating surface F.
  • a first electrode 1 is applied as a coating of conductive material on the operating layer 6 area-covering.
  • the first electrode 1 is arranged below the actuation surface F and delimits a cavity 3 which corresponds in terms of its dimensions to the size of the actuation surface F as viewed by the operator.
  • the first electrode 1 and the actuation layer 6 are made of elastic material and deform elastically into the cavity 3 under the action of an actuating surface F acting actuation force.
  • the first electrode 1 has openings which are not shown in FIG. From the operator's point of view, the second electrode 2 is arranged below the first electrode 1 and spaced apart from the cavity 3, the extent of which being limited to the dimensions of the cavity 3.
  • the cavity 3 and the resulting spacing of the first electrode 1 and the second electrode 2 is provided by a layer 5 acting as a spacer 5 with less elasticity compared to the actuation layer 6, into which cavities 3 corresponding recesses are introduced.
  • the cavity 3 is delimited at the bottom by a conductive layer which forms the second electrode 2 and is applied in regions to a printed circuit board 7.
  • the input device 10 has an evaluation unit 4.
  • the design of the evaluation unit 4 or the mode of operation of the evaluation unit 4 will be explained with reference to FIG.
  • This comprises a computing unit 4a and an electrical switching means 4b.
  • the switching means 4b has switching positions for alternately carrying out the
  • Operation detection step solid line in the switching means 4b
  • touch detection step dashed line in the switching means 4b
  • actuation detection step shown in FIG. 4 the first electrode 1 and the second electrode 2 are essentially contacted by the evaluation unit 4 to generate a first measurement capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 2.
  • the action of an actuating force on the input surface F is caused by the elastic deformation of the first electrode 1 and the associated change in position of the first electrode 1 relative to the second electrode 2, a change in the first measuring capacity.
  • the actuation that has occurred is to be assigned a switching function by the evaluation unit 4.
  • this threshold adapt is achieved in the temporally preceding touch detection step, wherein at the same time by switching the switching means 4b the first electrode 1 is not contacted, operated in isolation so that it represents a low electromagnetic interference, while the second electrode 2 is connected so that a second Measuring capacity is generated, whose field is able to penetrate the openings of the first electrode 1.
  • a touch sensor which detects in the touch detection step, a change in the second measuring capacity, which is due to an influence on the field propagation through the operating surface F touching the operating member. From this, a parameter is determined which is indicative of the specific contact arising during the actuation and preferably permits conclusions to be drawn about the specific location of the contact during the actuation, wherein the information of the location can be limited to the information which partial surface of the actuation surface is touch-connected ,
  • the threshold value is correspondingly adapted to assign a switching function by the evaluation unit only when the threshold value of the actuation, which is adjusted by the parameter, is exceeded during the actuation which has just taken place.
  • FIG. 5 shows an embodiment comprising an array of force sensors and associated touch sensors, each individual grouping of force sensor and touch sensor corresponding to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4. Accordingly, an embodiment is conceivable, which is formed from a grouping of a force sensor and touch sensor, as found in the embodiment of Figures 1 and 2.
  • FIG. 6 This comprises a computing unit 4a and two associated electrical switching means 4b.
  • the switching means 4b has switch positions for alternately performing the operation detecting step (broken line in the switching means 4b) and the touch detecting step (solid line in the switching means 4b).
  • the first electrode 1 and the second electrode 2 having a first measuring capacity in FIG Essentially applied between the first electrode 1 and the second electrode 2.
  • the extent of this capacitance change strongly depends on the location of the action on the actuating surface F, for example in the center or peripheral position, but also on the extent of the contact surface of the operating element, there is a need to adjust this threshold.
  • this is achieved in the temporally preceding touch detection step, wherein at the same time by switching the respective switching means 4b, the first electrode 1 is operated electrically isolated and static discharge, so that it represents a small electromagnetic interference, while the second electrode 2 is connected in each case, that a second measuring capacity is generated, whose field is able to penetrate the openings of the first electrode 1.
  • FIG. 7 shows an embodiment of an electrode as used in the input device according to the invention.
  • the illustration refers to a first electrode 1
  • the design feature may also apply to the second electrode 2.
  • This shape of the electrode 2 is characterized in that it forms triangular, conductive surfaces which are electrically conductively connected to each other but spaced from each other to form a central cross-shaped opening 12 are arranged. The triangular surfaces are further arranged with one of their tips facing each other.
  • the electrode 1 is an exemplary embodiment of an electrode which has a changing structure from its geometrical center M in the direction of the edge of the measuring capacitance.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung (10) aufweisend einen kapazitiven Kraftsensor (1, 2), einen kapazitiven, dem kapazitiven Kraftsensor zugeordneten Berührsensor (1 oder 2) und eine Auswerteinheit (4), wobei der kapazitive Kraftsensor (3, 4), eine Betätigungsfläche (F) und eine unter Einwirkung einer bei einer Betätigung auf die Betätigungsfläche wirkenden Betätigungskraft elastisch nachgebende, erste Elektrode (1) aus leitfähigem Material und eine benachbart und beabstandet zur ersten Elektrode (1) angeordnete zweite Elektrode (2) aus leitfähigem Material auf; wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in einem Berührdetektionsschritt mittels des kapazitiven Berührsensors eine zugehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche während der Betätigung, wie einen Ort und/oder eine Einwirkfläche der Berührung, zu detektieren, und wobei die Auswerteinheit (4) ferner ausgelegt ist, in einem gegenüber dem Berührdetektionsschritt zeitlich versetzten Betätigungsdetektionsschritt eine sich mit der Betätigungskraft ändernde Messgröße durch Erzeugen einer ersten Messkapazität zwischen der ersten (1) und zweit en Elektrode (2) zu detektieren und sowohl in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor im Berührdetektionsschritt detektierten Kenngröße und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionsschritt detektiert en Messgröße der Betätigung eine Schalt- und/oder Steuerfunktion zuzuordnen.

Description

Eingabeeinrichtung mit in Abhängigkeit einer kapazitiv gemessenen Betätigungskraft erfolgenden Funktionsauslösung oder Steuerung und Anpassung durch kapazitive Berührdetektion
Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung mit kapazitiv gemessener Betätigungskraft und durch die gemessene Betätigungskraft getriggerter Funktionsauslösung oder in Abhängigkeit der gemessenen Betätigungskraft erfolgenden Steuerung. Bei der kapazitiven Messung der Betätigungskraft im Allgemeinen, aber insbesondere in solchen Fällen, bei denen die Betätigungskraft über eine im Vergleich zur wirkenden Fläche des Eingabeorgans, wie einer Fingerspitze, größeren Eingabefläche einwirkt und damit der Einwirkort auf der Eingabefläche von Eingabe zu Eingabe stark variieren kann, besteht das Problem, dass die detektierte Messgröße stark variieren kann. Bei einer Eingabeeinrichtung ist dies insoweit kritisch, als dass dadurch die mit der Betätigung zu bewirkende Triggerung einer Schaltfunktion oder die mit der Betätigung zu bewirkende Steuerfunktion unzuverlässig wird. Dies wird ähnlich einer prellenden Taste vom Bediener als unangenehm empfunden, da er bei einer im Vergleich zur Größe des Eingabeorgans, wie seiner Fingerspitze, ausgedehnten Betätigungsfläche über die gesamte Betätigungsfläche hinweg ein gleichmäßiges Schalt- und Steuerverhalten erwartet. Insbesondere gilt es, Fehlfunktion bei einer Betätigung im Randbereich der Betätigungsfläche zu vermeiden, wobei sich die Fehlfunktion beispielsweise daraus ergeben kann, dass trotz Betätigung keine Funktionsauslösung bewirkt wird .
Es besteht daher Bedarf nach einer die Betätigungskraft kapazitiv messenden Eingabeeinrichtung, bei der die Funktion- oder Schaltfunktion zuverlässiger der Betätigung zugeordnet werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein gleichermaßen vorteilhaftes Eingabeverfahren ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich. Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinrichtung, welche einen kapazitiven Kraftsensor, einen kapazitiven, dem kapazitiven Kraftsensor zugeordneten Berührsensor und eine Auswerteinheit aufweist. Der kapazitive Kraftsensor weist eine Betätigungsfläche und eine unter Einwirkung einer bei einer Betätigung wirkenden Betätigungskraft elastisch nachgebende erste Elektrode aus leitfähigem Material und eine benachbart und beabstandet zur ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode aus leitfähigem Material auf. Die zweite Elektrode ist beispielsweise auf der der Betätigungsfläche zugewandten Seite einer Basisschicht, beispielsweise Leiterplatte, aufgebracht. Die erste Elektrode ist beispielsweise auf der der Betätigungsfläche abgewandten Seite einer Betätigungsschicht aus elastischem Material aufgebracht. Bevorzugt ist zwischen der ersten und zweiten Elektrode ein mit einem dielektrischen und verformbaren, bevorzugt elastisch verformbaren Medium, gefüllter Hohlraum vorgesehen. In einer Ausgestaltung wird die Betätigungsfläche durch die Betätigungsschicht ausgebildet. Bevorzugt ist die Betätigungsfläche mit der Betätigungsschicht verbunden und wird durch eine nicht leitfähige, auf der Betätigungsschicht aufgebrachte Schicht ausgebildet. Bevorzugt sind die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die Betätigungsfläche bezüglich ihrer geometrischen Mittelpunkte konzentrisch angeordnet.
Die Auswerteinheit ist ausgelegt, in einem Berührdetektionsschritt mittels des kapazitiven Berührsensors eine zugehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche während der Betätigung zu detektieren.
Der Begriff Kenngröße ist weit auszulegen und es soll das Ableiten einer Kenngröße aus dem gemessenen Detektionsergebnis sowie das unmittel-bare Verwenden der gemessenen Größe als Kenngröße erfindungsgemäß umfasst sein. Beispielsweise handelt es sich um eine Ortsinformation, d.h. an welchem Ort der Betätigungsfläche die Berührung erfolgt, wobei diese Information von dem Auflösungsvermögen des Berührsensors abhängig ist und sich in einer Ausführungsform auf eine vergleichsweise grobe Ortsinformation einer äußeren oder inneren Berührung der Eingabefläche beziehen kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel bezieht sich die Kenngröße auf die Anlagefläche der Berührung, beispielsweise den Umfang oder das Flächenmaß der von der Berührung durch das Eingabeorgan betroffenen Teilfläche der Eingabefläche. Erfindungsgemäß ist die Auswerteinheit ferner ausgelegt, in einem gegenüber dem Berührdetektionsschritt zeitlich versetzten Betätigungsdetektionsschritt eine sich mit der Betätigungskraft ändernde, bevorzugt sich stetig ändernde, Messgröße durch Erzeugen einer ersten Messkapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrode zu detektieren. Der zeitliche Versatz ergibt sich beispielsweise dadurch, dass der Berührdetektionsschritt zeitlich vor oder zeitlich nach dem Betätigungsdetektionsschritt durchgeführt wird . Bevorzugt erfolgt der Berührdetektionsschritt zeitlich vor dem Betätigungsdetektionsschritt, um anhand der zuvor ermittelten Kenngröße den nachfolgenden Betätigungsdetektionsschritt in Abhängigkeit der unmittelbar zuvor ermittelten Kenngröße anpassen zu können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor im Berührdetektionsschritt detektierten Kenngröße, beispielsweise der durch den Berührsensor gemessenen Kapazität, und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionsschritt detektierten Messgröße der Betätigung eine Schalt- und/oder Steuerfunktion durch die Auswerteinheit zugeordnet wird. Durch die erfindungsgemäß doppelte Abhängigkeit der Schalt- bzw. Steuerfunktionszuordnung wird nicht nur eine Verifizierung der Betätigungsdetektion durch die Berührdetektion ermöglicht, sondern eine Messgrößenvariation aufgrund Veränderung in den Umgebungsbedingungen, wie Temperatur und Luftfeuchte, aber insbesondere aufgrund Veränderungen der Berührbedingungen, wie Ort der Berührung und zugehöriges Flächenmaß, wird beispielsweise anhand der detektierten Kenngröße teilweise kompensiert. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der die Betätigungskraft kapazitiv detektierenden Eingabeeinrichtung gesteigert. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Kenngröße eine Schwelle für eine Auslösung der Schalt- und/oder Steuerfunktion in Abhängigkeit der Messgröße angepasst wird. Beispielsweise wird bei einer Verringerung der Kenngröße die der Messgröße zugeordnete Schwelle verringert und umgekehrt. Beispielsweise sind unterschiedliche Schwellen in einer Lookup-Tabelle hinterlegt und sind unterschiedlichen, sich nicht überschneidenden Bereichen von Kenngrößen zugeordnet, so dass bei entsprechender Kenngröße eine zugeordnete Schwelle festgelegt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird in dem Berührdetektionsschritt ausschließlich die erste Elektrode als eine zweite Messkapazität erzeugende Elektrode des kapazitiven Berührsensors verwendet. Aufgrund der räumlich hohen Nähe der ersten Elektrode zur Betätigungsfläche wird so eine vergleichsweise Bestimmung der Kenngröße und damit Verifizierung oder Anpassung der Messgrößenbestimmung erreicht.
Um eine effektive elektromagnetische Abschirmung der sensierenden ersten Elektrode zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Auswerteinheit ausgelegt, im Berührdetektionsschritt die zweite Elektrode isoliert zu betreiben, d.h. diese nicht kontaktiert ist und bevorzugt statisch entladen ist. Beispielsweise wird so die zweite Elektrode auf floating Potenzial" gehalten, um eine Beeinflussung der zweiten Messkapazität zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Variante wird, während im Betätigungsdetektionsschritt die erste Elektrode als die erste Messkapazität erzeugende Elektrode verwendet wird, die zweite Elektrode geerdet. Das meint, beispielsweise bei einer Verwendung im Fahrzeug, dass ein Potenzialausgleich zwischen Masse und der zweiten Elektrode bewirkt wird .
Um eine bessere Ortsauflösung aufgrund einer räumlich stark variierenden, insbesondere entlang der Eingabefläche variierenden, zweiten Messkapazität zu erreichen, weist wenigstens eine aus erster oder zweiter Elektrode von ihrem geometrischen Zentrum in Richtung des Randes der Messkapazität eine sich ändernde Struktur auf. Beispielsweise weist die Elektrode mehrere elektrisch leitend verbundene Streifen oder Ringe auf, und die Breite der Streifen oder Ringe variiert und/oder der Abstand zwischen benachbarten Streifen oder Ringen variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die erste und zweite Elektrode in den von ihren Maximalausdehnungen beschriebenen Umfängen unterscheiden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Flächen, die von den Maximalausdehnungen der ersten und zweiten Elektrode beschrieben werden, im Bereich von 0,5 bis 5,0 cm2, bevorzugter im Bereich von 1,0 bis 4,0 cm2, noch bevorzugter im Bereich von 1,5 bis 3,5 cm2 liegen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Fläche, die von den Maximalausdehnungen der ersten oder von den Maximalausdehnungen der zweiten Elektrode beschrieben wird, dem Flächenmaß der Betätigungsfläche entspricht. Bevorzugt sind die Fläche, die von der Maximalausdehnung der ersten Elektrode beschrieben wird, und die Fläche, die von der Maximalausdehnung der zweiten Elektrode beschrieben wird und die Betätigungsfläche konzentrisch bezüglich ihres geometrischen Mittelpunktes angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der ersten oder zweiten Elektrode ein durch einen oder mehrere Abstandhalter teilweise oder vollumfänglich begrenzter Hohlraum vorgesehen und der oder die Abstandhalter weisen eine geringere Elastizität als die Betätigungsschicht auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Abstandhalter um einen Kunststoff, wie ein Thermoplast, oder eine gehärtete Klebstoffschicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem Berührdetektionsschritt ausschließlich die zweite Elektrode als eine die zweite Messkapazität erzeugende Elektrode des kapazitiven Berührsensors verwendet wird.
Bevorzugt weist bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung die erste Elektrode Durchbrüche auf. Beispielsweise weist die erste Elektrode eine streifenförmige oder gitterförmige Struktur auf.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Berührdetektionsschritt die erste Elektrode isoliert betrieben, also nicht kontaktiert, wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Betätigungsdetektionsschritt die erste Elektrode geerdet wird.
Bevorzugt sind der Kraftsensor und der Berührsensor in einem gemeinsamen Folienschichtaufbau integriert. Beispielsweise sind die Elektroden als Schichten oder Beschichtungen von Schichten eines mehrlagigen Folienschichtaufbaus ausgebildet. Beispielsweise weist der Folienschichtaufbau eine Klebeschicht auf.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Eingabeeinrichtung sind ein Array aus mehreren kapazitiven Kraftsensoren und ein zugehöriges Array aus kapazitiven Berührsensoren vorgesehen, wobei die Anzahl der Kraftsensoren der Anzahl der Berührsensoren entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Variante der mit einem Array aus Kraftsensoren und einem Array von Berührsensoren in identischer Anzahl bestückten Eingabeeinrichtung sind die ersten Elektroden untereinander elektrisch isoliert ausgebildet sind und die zweiten Elektroden untereinander elektrisch isoliert ausgebildet. Dadurch wird eine selektive Ansteuerung der ersten und zweiten Elektroden ermöglicht. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Eingabeeinrichtung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung betrifft ferner ein Eingabeverfahren mit den folgenden Schritten. In einem Bereitstellungsschritt erfolgt ein Bereitstellen einer Eingabeeinrichtung, welche einen kapazitiven Kraftsensor, einen kapazitiven, dem kapazitiven Kraftsensor zugeordneten Berührsensor und eine Auswerteinheit aufweist. Der kapazitive Kraftsensor weist eine Betätigungsfläche, eine unter Einwirkung einer bei einer Betätigung auf die Betätigungsfläche wirkenden Betätigungskraft elastisch nachgebende erste Elektrode aus leitfähigem Material und eine benachbart und beabstandet zur ersten Elektrode angeordnete, zweite Elektrode aus leitfähigem Material auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist einen Berührdetektionsschritt auf, in dem mittels des kapazitiven Berührsensors und der Auswerteinheit eine zugehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche während der Betätigung, wie einen Ort und/oder einen Umfang der Berührung, detektiert wird . Ferner weist das Verfahren einen gegenüber dem Berührdetektionsschritt zeitlich versetzten Betätigungsdetektionsschritt auf, in dem mittels des kapazitiven Kraftsensors und der Auswerteinheit eine sich mit der Betätigungskraft ändernde Messgröße durch Erzeugen einer ersten Messkapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrode detektiert wird. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen nachfolgenden Auswertschritt, bei dem sowohl in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor im Berührdetektionsschritt detektierten Kenngröße und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionsschritt detektierten Messgröße der Betätigung durch die Auswerteinheit eine Schalt- und/oder Steuerfunktion zugeordnet wird. Durch die erfindungsgemäß Abhängigkeit der Schalt- bzw. Steuerfunktionszuordnung sowohl vom Detektionsergebnis des Kraftsensors als auch vom Detektionsergebnis des Berührsensors wird nicht nur eine Verifizierung der Betätigungsdetektion durch die Berührdetektion ermöglicht sondern eine Messgrößenvariation aufgrund Veränderung in den Umgebungsbedingungen, wie Temperatur und Luftfeuchte, aber insbesondere aufgrund Veränderungen der Berührbedingungen, wie Ort der Berührung und zugehöriges Flächenmaß, wird beispielsweise anhand der detektierten Kenngröße teilweise kompensiert. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des die Betätigungskraft kapazitiv detektierenden Eingabeverfahrens gesteigert. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Kenngröße eine Schwelle für eine Auslösung der Schalt- und/oder Steuerfunktion in Abhängigkeit der Messgröße angepasst wird . Beispielsweise wird bei einer Verringerung der Kenngröße die der Messgröße zugeordnete Schwelle verringert und umgekehrt. Beispielsweise sind unterschiedliche Schwellen in einer Lookup- Tabelle hinterlegt und sind unterschiedlichen, sich nicht überschneidenden Bereichen von Kenngrößen zugeordnet, so dass bei entsprechender Kenngröße eine zugeordnete Schwelle festgelegt ist.
Bezüglich der weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die zuvor genannten Ausführungsformen der Eingabeeinrichtung Bezug genommen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der zur Ausführungsform der Figur 1 gehörigen Auswerteinheit 4;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der zur Ausführungsform der Figur 3 gehörigen Auswerteinheit 4;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung .
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auswerteinheit 4;
Fig. 7 eine Aufsicht auf eine erste Elektrode gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung 10. Diese weist einen Folienschichtaufbau auf, der mehrschichtig aufgebaut ist, und u.a. eine dem Bediener zugewandte, eine Betätigungsfläche F definierende Bedienschicht 6 aufweist. Auf der dem Bediener abgewandten Seite der Bedienschicht 6 ist eine erste Elektrode 1 als Beschichtung aus leitfähigem Material aufgebracht. Die erste Elektrode 1 ist benachbart zur Betätigungsfläche F angeordnet und begrenzt einen aus Sicht des Bedieners unter der Betätigungsfläche F, in seinen Abmessungen der Größe der Betätigungsfläche F entsprechenden Hohlraum 3. Die erste Elektrode 1 und die Betätigungsschicht 6 sind aus elastischem Material und verformen sich elastisch in den Hohlraum 3 unter Einwirkung einer auf die Betätigungsfläche F einwirkenden Betätigungskraft. Aus Sicht des Bedieners ist unter der ersten Elektrode 1 und über den Hohlraum 3 beabstandet die zweite Elektrode 2 angeordnet. Der Hohlraum 3 und die sich dadurch ergebende Beabstandung von erster Elektrode 1 und zweiter Elektrode 2 wird durch eine als Abstandhalter wirkende Schicht 5 mit im Vergleich zur Betätigungsschicht 6 geringerer Elastizität bereitgestellt, in die dem Hohlraum 3 entsprechende Aussparungen eingebracht sind. Der Hohlraum 3 ist nach unten durch eine leitfähige Schicht begrenzt, die die zweite Elektrode 2 ausbildet und auf eine Leiterplatte 7 aufgebracht ist. Die Eingabeeinrichtung 10 weist eine Auswerteinheit 4 auf. Die erste Elektrode 1 ist über den Leiter 8 mit der Auswerteinheit 4 verbunden und die zweite Elektrode 2 wird von der Auswerteinheit 4 über den Leiter 9 elektrisch kontaktiert. Der in der Figur 1 dargestellte Verlauf der Leiter 8, 9 dient nur der Anschauung . Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Leiter 8, 9 sich durch den Folienschichtaufbau erstrecken.
Anhand der Figur 2 soll die Auslegung der Auswerteinheit 4 bzw. die Funktionsweise der Auswerteinheit 4 erläutert werden. Diese umfasst eine Recheneinheit 4a und ein elektrisches Schaltmittel 4b. Das Schaltmittel 4b weist Schaltstellungen zur wechselweisen Durchführung des
Betätigungsdetektionsschrittes (gestrichelte Linie im Schaltmittel 4b) und des Berührdetektionsschrittes (durchgezogene Linie im Schaltmittel 4b) auf.
In einem in Figur 2 gezeigten Betätigungsdetektionsschritt (gestrichelte Linie des Schaltmittels 4b) werden die erste Elektrode 1 mit Potenzial beaufschlagt und die zweite Elektrode 2 geerdet, um eine erste Messkapazität im Wesentlichen zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 zu erzeugen. Hier wird das Erdpotenzial mit 11 angedeutet. Bei einer Betätigung, also dem Einwirken einer Betätigungskraft auf der Eingabefläche F, wird durch die elastische Verformung der ersten Elektrode 1 und die damit verbundene Lageveränderung der ersten Elektrode 1 gegenüber die zweiten Elektrode 2 eine Veränderung der ersten Messkapazität bewirkt. Ab Erreichen einer vorgegebenen Schwelle der Messkapazitätsänderung soll der erfolgten Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit 4 zugeordnet werden. Da bei gleicher Betätigungskraft jedoch das Maß dieser Kapazitätsänderung stark vom Ort der Einwirkung auf der Betätigungsfläche F, beispielsweise im Zentrum oder Randlage, aber auch von dem Maß der Anlagefläche des Bedienorgans abhängt, besteht Bedarf, diese Schwelle anzupassen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies im zeitlich vorgeschalteten Berührdetektionsschritt (durchgezogene Linie des Schaltmittels 4b) erreicht, wobei gleichzeitig durch Umstellen des Schaltmittels 4b die zweite Elektrode 2 isoliert betrieben, um eine elektromagnetische Neutralität dieser Elektrode 2 zu bewirken, während die erste Elektrode 1 so beschaltet wird, dass eine zweite Messkapazität erzeugt wird . Damit wird ein Berührsensor bereitgestellt, der in dem Berührdetektionsschritt eine Veränderung der zweiten Messkapazität detektiert, die auf eine Beeinflussung der Feldausbreitung durch das die Betätigungsfläche F berührende Bedienorgan zurückgeht. Diese Kenngrößendetektion im Berührdetektionsschritt ist beispielsweise ebenfalls Schwellwert getriggert. Daraus wird eine Kenngröße ermittelt, die für die bei der Betätigung anfallende, spezifische Berührung kennzeichnend ist und bevorzugt Rückschlüsse auf den spezifischen Ort der Berührung während der Betätigung gestattet, wobei sich die Information des Ortes auf die Information beschränken kann, welche Teilfläche der Betätigungsfläche berührungsbehaftet ist. Entsprechend der Kenngröße wird der Schwellwert entsprechend angepasst, um bei der gerade erfolgenden oder der zuvor erfolgten Betätigung erst bei Überschreiten des durch die Kenngröße angepassten Sehwellwerts der Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit zuzuordnen.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung 10. Diese weist ebenfalls einen Folienschichtaufbau auf, der mehrschichtig aufgebaut ist, und u.a. eine dem Bediener zugewandte, ei- ne Betätigungsfläche F definierende Bedienschicht 6 aufweist. Auf der dem Bediener abgewandten Seite der Bedienschicht 6 ist flächendeckend eine erste Elektrode 1 als Beschichtung aus leitfähigem Material auf die Bedienschicht 6 aufgebracht. Die erste Elektrode 1 ist unter der Betätigungsfläche F angeordnet und begrenzt einen aus Sicht des Bedieners unter der Betätigungsfläche F, in seinen Abmessungen der Größe der Betätigungsfläche F entsprechenden Hohlraum 3. Die erste Elektrode 1 und die Betätigungsschicht 6 sind aus elastischem Material und verformen sich elastisch in den Hohlraum 3 unter Einwirkung einer auf die Betätigungsfläche F einwirkenden Betätigungskraft. Die erste Elektrode 1 weist Durchbrüche auf, die in der Figur 3 nicht gezeigt sind . Aus Sicht des Bedieners ist unter der ersten Elektrode 1 und über den Hohlraum 3 beabstandet die zweite Elektrode 2 angeordnet, wobei deren Ausdehnung sich auf die Abmessungen des Hohlraums 3 beschränkt. Der Hohlraum 3 und die sich dadurch ergebende Beabstandung von erster Elektrode 1 und zweiter Elektrode 2 wird durch eine als Abstandhalter wirkende Schicht 5 mit im Vergleich zur Betätigungsschicht 6 geringerer Elastizität bereitgestellt, in die dem Hohl- räum 3 entsprechende Aussparungen eingebracht sind. Der Hohlraum 3 ist nach unten durch eine leitfähige Schicht begrenzt, die die zweite Elektrode 2 ausbildet und bereichsweise auf eine Leiterplatte 7 aufgebracht ist. Die Eingabeeinrichtung 10 weist eine Auswerteinheit 4 auf. Die erste Elektrode
1 ist über den Leiter 8 mit der Auswerteinheit 4 verbunden und die zweite Elektrode
2 wird von der Auswerteinheit 4 über den Leiter 9 elektrisch kontaktiert. Der in der Figur 3 dargestellte Verlauf der Leiter 8, 9 dient nur der Anschauung. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Leiter 8, 9 sich durch den Folienschichtaufbau erstrecken.
Anhand der Figur 4 soll die Auslegung der Auswerteinheit 4 bzw. die Funktionsweise der Auswerteinheit 4 erläutert werden. Diese umfasst eine Recheneinheit 4a und ein elektrisches Schaltmittel 4b. Das Schaltmittel 4b weist Schaltstellungen zur wechselweisen Durchführung des
Betätigungsdetektionsschrittes (durchgezogene Linie im Schaltmittel 4b) und des Berührdetektionsschrittes (gestrichelte Line im Schaltmittel 4b) auf. In einem in Figur 4 gezeigten Betätigungsdetektionsschritt werden die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 unter Erzeugung einer ersten Messkapazität im Wesentlichen zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 durch die Auswerteinheit 4 kontaktiert. Bei einer durch die Betätigung, also das Einwirken einer Betätigungskraft auf der Eingabefläche F, wird durch die elastische Verformung der ersten Elektrode 1 und die damit verbundene Lageveränderung der ersten Elektrode 1 gegenüber die zweiten Elektrode 2 eine Veränderung der ersten Messkapazität bewirkt. Ab Erreichen einer vorgegebenen Schwelle der Messkapazitätsänderung soll der erfolgten Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit 4 zugeordnet werden. Da bei gleicher Betätigungskraft jedoch das Maß dieser Kapazitätsänderung stark vom Ort der Einwirkung auf der Betätigungsfläche F, beispielsweise im Zentrum oder Randlage, aber auch von dem Maß der Anlagefläche des Bedienorgans abhängt, besteht Bedarf diese Schwelle anzupassen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies im zeitlich vorgeschalteten Berührdetektionsschritt erreicht, wobei gleichzeitig durch Umstellen des Schaltmittels 4b die erste Elektrode 1 nicht kontaktiert, isoliert betrieben wird, damit sie eine geringe elektromagnetische Beeinflussung darstellt, während die zweite Elektrode 2 so beschaltet wird, dass eine zweite Messkapazität erzeugt wird, deren Feld die Durchbrüche der ersten Elektrode 1 zu durchdringen vermag.
Damit wird ein Berührsensor bereitgestellt, der in dem Berührdetektionsschritt eine Veränderung der zweiten Messkapazität detektiert, die auf eine Beeinflussung der Feldausbreitung durch das die Betätigungsfläche F berührende Bedienorgan zurückgeht. Daraus wird eine Kenngröße ermittelt, die für die bei der Betätigung anfallende, spezifische Berührung kennzeichnend ist und bevorzugt Rückschlüsse auf den spezifischen Ort der Berührung während der Betätigung gestattet, wobei sich die Information des Ortes auf die Information beschränken kann, welche Teilfläche der Betätigungsfläche berührungsbehaftet ist. Entsprechend der Kenngröße wird der Schwellwert entsprechend angepasst, um bei der gerade erfolgenden oder der zuvor erfolgten Betätigung erst bei Über- schreiten des durch die Kenngröße angepassten Sehwellwerts der Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit zuzuordnen.
In der Figur 5 wird eine Ausführungsform dargestellt, die ein Array von Kraftsensoren und zugeordneten Berührsensoren aufweist, wobei jede einzelne Gruppierung aus Kraftsensor und Berührsensor der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform entspricht. Entsprechend ist eine Ausführungsform denkbar, die aus einer Gruppierung eines Kraftsensors und Berührsensors gebildet ist, wie sie sich in der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 wiederfindet.
Anhand der Figur 6 soll die Auslegung der Auswerteinheit 4 bzw. die Funktionsweise einer weiteren erfindungsgemäßen Auswerteinheit 4 erläutert werden . Diese umfasst eine Recheneinheit 4a und zwei zugehörige elektrische Schaltmittel 4b. Das Schaltmittel 4b weist jeweils Schaltstellungen zur wechselweisen Durchführung des Betätigungsdetektionsschrittes (gestrichelte Linie im Schaltmittel 4b) und des Berührdetektionsschrittes (durchgezogene Line im Schaltmittel 4b) auf. Es sind ferner zwei Paare aus jeweils einer ersten 1 und zweiten Elektrode 2 vorgesehen, die mittels der Schaltmittel 4b beschaltet werden können. In einem in Figur 6 gezeigten Betätigungsdetektionsschritt werden die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 mit einer ersten Messkapazität im Wesentlichen zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 beaufschlagt. Dies wird durch Verbinden der ersten Elektrode 1 jeweils mit der Erdung 11 erreicht, währen die zweite Elektrode 2 durch die Recheneinheit 4a mit Potenzial beaufschlagt wird . Bei einer durch die Betätigung, also das Einwirken einer Betätigungskraft auf der Eingabefläche F, wird durch die elastische Verformung der ersten Elektrode 1 und die damit verbundene Lageveränderung der ersten Elektrode 1 gegenüber die zweiten Elektrode 2 eine Veränderung der ersten Messkapazität bewirkt. Ab Erreichen einer vorgegebenen Schwelle der Messkapazitätsänderung soll der erfolgten Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit 4 zugeordnet werden. Da bei gleicher Betätigungskraft jedoch das Maß dieser Kapazitätsänderung stark vom Ort der Einwirkung auf der Betätigungsfläche F, beispielsweise im Zentrum oder Randlage, aber auch von dem Maß der Anlagefläche des Bedienorgans abhängt, besteht Bedarf diese Schwelle anzupassen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies im zeitlich vorgeschalteten Berührdetektionsschritt erreicht, wobei gleichzeitig durch Umstellen des jeweiligen Schaltmittels 4b die erste Elektrode 1 elektrisch isoliert und statisch entladen betrieben wird, damit sie eine geringe elektromagnetische Beeinflussung darstellt, während die zweite Elektrode 2 jeweils so beschaltet wird, dass eine zweite Messkapazität erzeugt wird, deren Feld die Durchbrüche der ersten Elektrode 1 zu durchdringen vermag.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform einer Elektrode, wie sie bei der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung zur Anwendung kommt. Obwohl die Darstellung sich auf eine erste Elektrode 1 bezieht, kann das gestalterische Merkmal ebenso die zweite Elektrode 2 betreffen. Diese Form der Elektrode 2 zeichnet sich dadurch aus, dass sie dreieckförmige, leitfähige Flächen ausbildet, die untereinander elektrisch leitend verbunden sind aber zueinander beabstandet unter Ausbildung eines zentralen kreuzförmigen Durchbruchs 12 angeordnet sind. Die dreieckförmigen Flächen sind ferner mit einer ihrer Spitzen aufeinander gerichtet angeordnet. Dadurch ist die Elektrode 1 ein Ausführungsbeispiel einer Elektrode, die von ihrem geometrischen Zentrum M in Richtung des Randes der Messkapazität eine sich ändernde Struktur aufweist.

Claims

Ansprüche:
1. Eingabeeinrichtung (10) aufweisend einen kapazitiven Kraftsensor (1, 2), einen kapazitiven, dem kapazitiven Kraftsensor zugeordneten Berührsensor (1 oder 2) und eine Auswerteinheit (4), wobei der kapazitive Kraftsensor (3, 4), eine Betätigungsfläche (F) und eine unter Einwirkung einer bei einer Betätigung auf die Betätigungsfläche wirkenden Betätigungskraft elastisch nachgebende, erste Elektrode (1) aus leitfähigem Material und eine benachbart und beabstandet zur ersten Elektrode (1) angeordnete zweite Elektrode (2) aus leitfähigem Material auf; wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in einem Berührdetektionsschritt mittels des kapazitiven Berührsensors eine zu- gehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche während der Betätigung, wie einen Ort und/oder eine Einwirkfläche der Berührung, zu detektieren, und wobei die Auswerteinheit (4) ferner ausgelegt ist, in einem gegenüber dem Berührdetektionsschritt zeitlich versetzten Betätigungsdetektionsschritt eine sich mit der Betätigungskraft ändernde Messgröße durch Erzeugen einer ersten Messkapazität zwischen der ersten (1) und zweiten Elektrode (2) zu detektieren und sowohl in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor im Berührdetektionsschritt detektierten Kenngröße und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionsschritt detektierten Messgröße der Betätigung eine Schalt - und/oder Steuerfunktion zuzuordnen.
2. Eingabeeinrichtung ( 10) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in dem Berührdetektionsschritt ausschließlich die erste Elektrode (1) als eine zweite Messkapazität erzeugende Elektrode des kapazitiven Berührsensors zu verwenden.
3. Eingabeeinrichtung ( 10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, im Berührdetektionsschritt die zweite Elektrode (2) isoliert zu betreiben.
4. Eingabeeinrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, im Betätigungsdetektionsschritt die zweite Elektrode (2) zu erden.
5. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in Abhängigkeit der Kenngröße eine Schwelle für eine Auslösung der Schalt- und/oder Steuerfunktion in Abhängigkeit der Messgröße anzupassen.
6. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine aus erster (1) oder zweiter Elektrode (2) von ihrem geometrischen Zentrum in Richtung des Randes der Messkapazität eine sich ändernde Struktur aufweist.
7. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste (1) und zweite Elektrode (2) in der von ihren Maximalausdehnungen beschriebenen Umfängen unterscheiden.
8. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flächen, die von den Maximalausdehnungen der ersten (1) und zweiten Elektrode (2) beschrieben werden, im Bereich von 0,5 bis 5,0 cm2, bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 4,0 cm2 liegen.
9. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche, die von den Maximalausdehnungen der ersten (1) oder zweiten Elektrode (2) beschrieben wird, dem Flächenmaß der Betätigungsfläche (F) entspricht.
10. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der ersten (1) oder zweiten Elektrode (2) ein durch einen oder mehrere Abstandhalter (5) teilweise oder vollumfänglich begrenzter Hohlraum (3) vorgesehen ist und der oder die Abstandhalter eine geringere Elastizität als die erste Elektrode (1) aufweisen.
11. Eingabeeinrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in dem Berührdetektionsschritt ausschließlich die zweite Elektrode (2) als eine die zweite Messkapazität erzeugende Elektrode des kapazitiven Berührsensors zu verwenden.
12. Eingabeeinrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Elektrode (1) Durchbrüche aufweist.
13. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei im Berührdetektionsschritt die erste Elektrode (1) isoliert betrieben wird und/oder im Betätigungsdetektionsschritt die erste Elektrode (1) geerdet wird .
14. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftsensor (1, 2) und der Berührsensor (1 oder 2) wenigstens teilweise in einem gemeinsamen Folienschichtaufbau integriert sind .
15. Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Array aus mehreren kapazitiven Kraftsensoren (1, 2) und einem zugehörigen Array (1 oder 2) aus kapazitiven Berührsensoren in identischer Anzahl.
16. Eingabeeinrichtung ( 10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Elektroden (1) untereinander elektrisch isoliert ausgebildet sind und die zweiten Elektroden (2) untereinander elektrisch isoliert ausgebildet sind.
17. Verwendung der Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 in einem Kraftfahrzeug.
18. Eingabeverfahren mit den folgenden Schritten : Bereitstellen einer Eingabeeinrichtung (10), aufweisend einen kapazitiven Kraftsensor (1, 2), einen kapazitiven, dem kapazitiven Kraftsensor (1, 2) zugeordneten Berührsensor (1 oder 2) und eine Auswerteinheit (4), wobei der kapazitive Kraftsensor (1, 2) eine Betätigungsfläche (F), eine unter Einwirkung einer bei einer Betätigung auf die Betätigungsfläche (F) wirkenden Betätigungskraft elastisch nachgebende erste Elektrode (1) aus leitfähigem Material und eine benachbart und beabstandet zur ersten Elektrode (1) angeordnete, zweite Elektrode (2) aus leitfähigem Material aufweist; einem Berührdetektionsschritt, in dem mittels des kapazitiven Berührsensors (1, oder 2) und der Auswerteinheit (4) eine zugehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche (F) während der Betätigung, wie einen Ort und/oder eine Einwirkfläche der Berührung als Kenngröße, detektiert wird; und einem gegenüber dem Berührdetektionsschritt zeitlich versetzten Betätigungsdetektionsschritt, in dem mittels des kapazitiven Kraftsensors
(1, 2) und der Auswerteinheit (4) eine sich mit der Betätigungskraft ändernde Messgröße durch Erzeugen einer ersten Messkapazität zwischen der ersten (1) und zweiten Elektrode (2) detektiert wird; und einem nachfolgenden Auswertschritt, bei dem sowohl in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor (1 oder 2) im Berührdetektionsschritt detektiert en Kenngröße und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionsschritt detektierten Messgröße der Betätigung durch die Auswerteinheit eine Schalt- und/oder Steuerfunktion zugeordnet wird.
PCT/EP2017/057835 2016-05-04 2017-04-03 Eingabeeinrichtung mit in abhängigkeit einer kapazitiv gemessenen betätigungskraft erfolgenden funktionsauslösung oder steuerung und anpassung durch kapazitive berührdetektion WO2017190900A1 (de)

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US16/071,333 US10924111B2 (en) 2016-05-04 2017-04-03 Input device with function triggering or control which takes place based on capacitively measured actuation force and adaptation by means of capacitive contact detection
CN201780005606.6A CN108432138B (zh) 2016-05-04 2017-04-03 具有根据电容式测量的操作力进行的功能触发或控制和通过电容式触摸检测进行的适配的输入装置

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