DE102016015835B4

DE102016015835B4 - Eingabeeinrichtung mit in Abhängigkeit einer kapazitiv gemessenen Betätigungskraft erfolgenden Funktionsauslösung oder Steuerung und Anpassung durch kapazitive Berührdetektion

Info

Publication number: DE102016015835B4
Application number: DE102016015835.2A
Authority: DE
Inventors: Norbert Bauer; Thomas Kleffel; Jochen Schlereth; Florian Schmitt
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2036-05-05

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 zweiten Elektrode (2) zu detektieren und sowohl in Abhängigkeit der durch den kapazitiven Berührsensor im Berührdetektionsschritt detektierten Kenngröße und in Abhängigkeit der im Betätigungsdetektionschritt detektierten Messgröße der Betätigung eine Schalt- und/oder Steuerfunktion zuzuordnen.

Description

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.
Aus der US 2010/ 0 230 181 A1 sowie der JP 2014 - 228 335 A ist jeweils eine Eingabeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Gattungsgemäße Eingabeeinrichtungen mit kapazitiver Berührdetektion sind ferner aus US 2016/0 087 629 A1 , US 2013/0 076 375 A1 , DE 11 2008 003 620 B4 sowie DE 10 2015 116 290 B4 bekannt.
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 unmittelbare 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 Betätigungsdetektionschritt durchgeführt wird. Bevorzugt erfolgt der Berührdetektionsschritt zeitlich vor dem Betätigungsdetektionsschritt, um anhand der zuvor ermittelten Kenngröße den nachfolgenden Betätigungsdetektionschritt 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 Betätigungsdetektionschritt 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 zu erden, d.h. beispielsweise bei einer Verwendung im Fahrzeug einen Potenzialausgleich zwischen Masse und der ersten Elektrode zu bewirken.
Um eine bessere Ortsauflösung aufgrund einer räumlich stark variierenden, insbesondere entlang der Eingabefläche variierenden, zweiten Messkapazität zu erreichen, weist erfindungsgemäß 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 wiest bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung die erste Elektrode Durchbrüche auf. Beispielsweise weist die erste Elektrode eine streifenförmige oder gitterförmige Struktur auf.
Gemäß einer bevorzugten Variante wird, während im Berührdetektionsschritt die zweite Elektrode als die zweite Messkapazität erzeugende Elektrode verwendet wird, die erste Elektrode nicht kontaktiert. Beispielsweise wird so die erste Elektrode auf „floating Potenzial“ gehalten, um eine Beeinflussung der zweiten Messkapazität zu verhindern.
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:

1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung;
2 ein schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der zur Ausführungsform der 1 gehörigen Auswerteinheit 4;
3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung;
4 ein schematisches Schaltbild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der zur Ausführungsform der 3 gehörigen Auswerteinheit 4;
5 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinrichtung.

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 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 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 (durchgezogene Linie im Schaltmittel 4b) und des Berührdetektionsschrittes (gestrichelte Line im Schaltmittel 4b) auf.
In einem in 2 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 zweite Elektrode 2 geerdet wird, um eine elektromagnetische Schirmung 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 Schwellwerts der Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit zuzuordnen.
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, eine 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 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 Hohlraum 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 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 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 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, potenzialfrei geschaltet 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 Überschreiten des durch die Kenngröße angepassten Schwellwerts der Betätigung eine Schaltfunktion durch die Auswerteinheit zuzuordnen.
In der 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 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 1 und 2 wiederfindet.

Claims

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 aufweist; wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, in einem Berührdetektionsschritt mittels des kapazitiven Berührsensors eine zugehörige Kenngröße einer Berührung auf der Betätigungsfläche während der Betätigung 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, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine aus erster (1) oder zweiter Elektrode (2) von ihrem geometrischen Zentrum in Richtung des Randes der Messkapazität eine sich ändernde Struktur aufweist.
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.
Eingabeeinrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteinheit (4) ausgelegt ist, im Betätigungsdetektionsschritt die zweite Elektrode (2) zu erden.
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.
Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste (1) und zweite Elektrode (2) in der von ihren Maximalausdehnungen beschriebenen Umfängen unterscheiden.
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 liegen.
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.
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.
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.
Eingabeeinrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Elektrode (1) Durchbrüche aufweist.
Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei im Berührdetektionsschritt die erste Elektrode (1) nicht kontaktiert wird.
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.
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.
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.
Verwendung der Eingabeeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 in einem Kraftfahrzeug.