DE102008032850A1

DE102008032850A1 - Bedienelement mit kapazitiver Näherungssensorik

Info

Publication number: DE102008032850A1
Application number: DE102008032850A
Authority: DE
Inventors: Stephan Braun; Jürgen NAUTH; Michael Haub; Frank Lochner
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: WO2010006972A1; DE102008032850B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement (1) mit kapazitiver Näherungssensorik, aufweisend eine Masse-Elektrode (2) und eine Sensorelektrode (3), wobei eine zwischen Masse-Elektrode (2) und Sensorelektrode (3) angordnete Richtelektrode (4), wobei die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass das elektrische Feld in eine Richtung fokussiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einer kapazitiven Näherungssensorik, aufweisend eine Sensorelektrode, eine Richtelektrode und eine Masse-Elektrode.
Bedienelemente, insbesondere Taster, mit einer kapazitiven Näherungssensorik sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden beispielsweise eingesetzt, um bei einer Annährung an das Bedienelement die Funktion anzuzeigen, die bei der tatsächlichen Betätigung ausgeführt wird, oder eine zweistufige Betätigung zu ermöglichen. So offenbart das Gebrauchsmuster DE 203 11 127 U1 einen Taster mit einer Metallkathode und einer zweischichtigen Anode aus Indiumzinnoxid.
Bei den bekannten Bedienelementen mit kapazitiver Näherungssensorik ist eine empfindliche Auswertungselektronik notwendig, um eine Änderung des elektrischen Feldes zwischen der Sensorelektrode und dem sich nähernden Objekt zu detektieren. Dies kann fälschlich zu einer Detektion führen, obwohl keine Annäherung stattgefunden hat. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bedienelement mit eine kapazitiven Näherungssensorik bereitzustellen, das eine einfachere und zuverlässigere Detektion ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bedienelement nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Bedienelement mit kapazitiver Näherungssensorik weist eine Masse-Elektrode und eine Sensorelektrode auf sowie eine zwischen Masse-Elektrode und Sensorelektrode angeordnete Richtelektrode, wobei die Sensorelektrode und die Richtelektrode derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass das elektrische Feld in eine Richtung fokussiert wird. Diese Richtung ist diejenige Richtung, aus der das Bedienelement betätigt wird, aus der also eine Annäherung stattfindet. Gleichzeitig erfolgt durch die Masse-Elektrode eine Abschirmung in die Gegenrichtung, also die Rückseite des Bedienelements.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „zwischen” je nach Verwendung in diesem Dokument zwei Bedeutungen hat. Bezogen auf die Elektroden handelt es sich um die geometrische Bedeutung, das heißt, dass die zwischen der Masse-Elektrode und der Sensorelektrode angeordnete Richtelektrode auf der Verbindung zwischen der Masse-Elektrode und der Sensorelektrode liegt. Die Richtelektrode schirmt, von der Sensorelektrode aus betrachtet, die Masse-Elektrode demnach ganz oder teilweise ab. Bezogen auf das elektrische Feld handelt es sich um eine umfassendere Bedeutung, da sich das elektrische Feld nicht nur im geometrischen Bereich zwischen der Masse-Elektrode und der Sensorelektrode ausbreitet, sondern auch als Streufeld außerhalb dieses Bereiches. Dieses Streufeld ist ebenfalls Bestandteil des elektrischen Feldes zwischen der Masse-Elektrode und der Sensorelektrode.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weisen die Sensorelektrode und die Richtelektrode das gleiche Potential auf. Dadurch wird eine optimierte Verteilung des elektrischen Feldes zwischen der Masse-Elektrode und der Sensorelektrode erreicht. Außerdem muss nur ein Potential für die beiden Elektroden bereitgestellt werden.
In vorteilhafter Weise sind die Sensorelektrode und die Richtelektrode voneinander beabstandet angeordnet. Durch den Abstand wird eine optimierte Verteilung des elektrischen Feldes erreicht. Bevorzugt befindet sich ein Luftspalt zumindest teilweise zwischen der Sensorelektrode und der Richtelektrode.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Sensorelektrode und die Richtelektrode zueinander parallel. Das bedeutet, dass die einander zugewandten Seiten der Elektroden zueinander parallel sind. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des elektrischen Feldes. Optional ist auch die Masse-Elektrode parallel zu den beiden anderen Elektroden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform besteht die Sensorelektrode und/oder die Richtelektrode aus einem transparenten, leitfähigen Material. Dadurch kann eine Lichtquelle zur Ausleuchtung des Bedienelements vorgesehen sein, deren Licht durch die Elektrode von Innen auf eine Oberfläche des Bedienelements trifft, beispielsweise als Funktions- oder Suchbeleuchtung.
Bevorzugt ist die Oberfläche der Richtelektrode größer als die Oberfläche der Sensorelektrode. Das bedeutet, dass die der Sensorelektrode zugewandte Fläche der Richtelektrode größer ist als die der Richtelektrode zugewandte Fläche der Sensorelektrode.
Dadurch wird eine besondere Fokussierung des elektrischen Felds auf den Erfassungsbereich der Näherungssensorik erzielt.
Weiterhin bevorzugt ist der Abstand der Richtelektrode von der Sensorelektrode kleiner als der Abstand der Richtelektrode von der Masse-Elektrode. Dadurch wird eine vorteilhafte Verteilung des elektrischen Feldes erreicht.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Bedienelement ein erstes Teil auf, das gegenüber einem zweiten Teil beweglich angeordnet ist, wobei die Sensorelektrode und die Richtelektrode am ersten Teil angeordnet sind und die Masse-Elektrode am zweiten Teil angeordnet ist. Somit ist eine flexible elektrische Kontaktierung nur für die Sensorelektrode und die Richtelektrode notwendig. Wenn die Sensorelektrode und die Richtelektrode das gleiche Potential aufweisen, reduziert sich die Kontaktierung auf eine einzige flexible Zuleitung. Durch die Anordnung der Elektroden auf den beiden Teilen des Bedienelements befinden sich die Sensorelektrode und die Richtelektrode nächstmöglich am Erfassungsbereich der Näherungssensorik, was eine sicherere und fehlerfreiere Detektion ermöglicht.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Elektroden auf einem flexiblen Träger angeordnet. Der flexible Träger ist beispielsweise eine Folie oder eine flexible Leiterplatte. Derartige Elektroden sind einfach herzustellen und flexibel verwendbar. Dabei sind alle drei Elektroden auf dem gleichen Träger angeordnet, jede Elektrode auf einem eigenen Träger oder zwei Elektroden auf einem ersten Träger und die dritte Elektrode auf einem zweiten Träger.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei zeigt
1 eine elektrische Feldverteilung für eine Näherungssensorik ohne Richtelektrode,
2 eine elektrische Feldverteilung für eine Näherungssensorik mit Richtelektrode,
3 zwei flexible Leiterplatten mit Elektrodenstrukturen und
4 einen Schnitt durch ein Bedienelement.
In der 1 ist exemplarisch die Verteilung des elektrischen Feldes in einer Näherungssensorik eines Bedienelementes dargestellt. Zwischen einer Masse-Elektrode 2 und einer Sensorelektrode 3 verlaufen elektrische Feldlinien F. Der Erfassungsbereich der Näherungssensorik befindet sich oberhalb der Sensorelektrode 3, der durch eine in der 1 nicht dargestellte Vorderseite einer Taste von der Sensorelektrode 3 getrennt ist. Es ist ersichtlich, dass ein großer Teil der Feldlinien F zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 verläuft, sich das elektrische Feld aber kaum in den Erfassungsbereich der Näherungssensorik erstreckt.
Die 2 zeigt exemplarisch die Verteilung des elektrischen Feldes in einer Näherungssensorik, die neben der Masse-Elektrode 2 und der Sensorelektrode 3 der Näherungssensorik aus 1 eine zwischen diesen beiden Elektroden 2 und 3 angeordnete Richtelektrode 4 aufweist. Die Richtelektrode 4 ist dabei größer als die Sensorelektrode 3, wobei die Masse-Elektrode 2 und die Richtelektrode 4 die Form einer runden oder rechteckigen Scheibe haben. Die Richtelektrode 4 kann auch gleich groß sein wie die Sensorelektrode 3 oder auch kleiner als die Sensorelektrode 3. Die Richtelektrode 4 ist der Sensorelektrode 3 näher als der Masse-Elektrode 2. Die Sensorelektrode 3 und die Richtelektrode weisen das gleiche Potential auf. Optional ist ein Verstärker vorgesehen, der das Potential für die Richtelektrode 3 bezüglich des Potentials der Sensorelektrode entkoppelt und/oder verstärkt.
Durch die Form, die Größe und die Anordnung der Elektroden 2, 3 und 4 ergibt sich eine optimierte Verteilung des elektrischen Feldes. Das Feld wird so fokussiert, dass sich mehr Feldlinien F in den Erfassungsbereich der Näherungssensorik erstrecken als im Beispiel nach 1. Dadurch hat eine Annäherung, beispielsweise eines Fingers, einen stärkeren Einfluss auf das elektrische Feld als bei dem Beispiel in 1. Dies erzeugt eine größere Signaländerung, die einfacher und fehlerfreier detektierbar ist.
Die 3 zeigt eine erste flexible Leiterplatte 5 mit der Sensorelektrode 3 und eine zweite flexible Leiterplatte 6 mit der Masse-Elektrode 2 und der Richtelektrode 4. Alle drei Elektroden 2, 3 und 4 sind rechteckig ausgebildet und mit elektrischen Kontakten versehen. Die Sensorelektrode 3 besteht aus drei gleich großen, zunächst elektrisch voneinander getrennten Rechtecken, die je nach Anwendung bei der Herstellung der Näherungssensorik fest elektrisch miteinander verbindbar sind oder über ein nicht dargestelltes Schaltelement während der Verwendung der Näherungssensorik miteinander verbindbar sind. Je nach dem, ob die Verbindung zwischen den Teilen der Sensorelektrode 3 besteht, weist die Näherungssensorik eine andere Feldverteilung und damit eine andere Erfassungscharakteristik auf.
Dargestellt in der 4 ist eine Schnittdarstellung durch ein Bedienelement 1 in Form eines Tasters mit einer Näherungssensorik. Die Näherungssensorik ist beispielsweise, aber nicht notwendig aus den beiden flexiblen Leiterplatten 5 und 6 aus 3 aufgebaut. Die Längen der Richtelektrode 4 und der Sensorelektrode 3 sind ungefähr gleich und betragen ungefähr ein Viertel der Länge der Masse-Elektrode 2. Die Masse-Elektrode ist daher dazu geeignet, das elektrische Feld derart abzuschirmen, dass es sich im Wesentlichen auf der der Sensorelektrode 3 zugewandten Seite der Masse-Elektrode 2 ausbildet. Die einander zugewandten Flächen der Sensorelektrode 3 und der Richtelektrode 3 sind zueinander parallel und durch einen Luftspalt konstanter Dicke voneinander getrennt.
Nähert sich beispielsweise ein Finger einer Bedienperson dem Taster 1 und damit der Sensorelektrode 3, wird dadurch das elektrische Feld zwischen der Masse-Elektrode 2 und der Sensorelektrode 3 sowie der Richtelektrode 4 verändert. Diese Änderung wird mittels einer nicht dargestellten Auswerteelektronik detektiert und ein entsprechendes Signal erzeugt. Auf dieses Signal hin wird beispielsweise die Funktion, die eine Betätigung der Taste 1 auslösen würde, angezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20311127 U1 [0002]

Claims

Bedienelement (1) mit kapazitiver Näherungssensorik, aufweisend eine Masse-Elektrode (2) und eine Sensorelektrode (3), gekennzeichnet durch eine zwischen Masse-Elektrode (2) und Sensorelektrode (3) angeordnete Richtelektrode (4), wobei die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass das elektrische Feld in eine Richtung fokussiert wird.
Bedienelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) das gleiche Potential aufweisen.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Luftspalt zumindest teilweise zwischen der Sensorelektrode (3) und der Richtelektrode (4).
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) zueinander parallel sind.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektrode (3) und/oder die Richtelektrode (4) aus transparentem leitfähigem Material besteht.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Richtelektrode (4) größer ist als die Oberfläche der Sensorelektrode (3).
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Richtelektrode (4) von der Sensorelektrode (3) kleiner ist als der Abstand der Richtelektrode (4) von der Masse-Elektrode (2).
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (1) ein erstes Teil aufweist, das gegenüber einem zweiten Teil beweglich angeordnet ist, wobei die Sensorelektrode (3) und die Richtelektrode (4) am ersten Teil angeordnet sind und die Masse-Elektrode (2) am zweiten Teil angeordnet ist.
Bedienelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3, 4) auf einem flexiblen Träger angeordnet sind.