DE2524437B2 - Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten tastatur - Google Patents
Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten tastaturInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft die Schalttafelstruktur einer
kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an
ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes Koppelglied
aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Kcppelglieder angeordneten Schahungstafel, die in
einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle dekkungsgleich
zu jedem Koppelglied in einer Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinänderliegende
Flächenelektroden aufweist, von denen die eine als Speiseelektrode an einer Wechselspannung
liegt und die andere als EsripfangseSektrode mit einem
Verstärker verbunden ist, wobei alle Flächenelektroden
der Schaitungstafel und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Matrixsystem von Kopplungsstellen
bilden.
Derartige Schalttafelstrukturen sind zweckinäßigerweise
ein Bestandteil von kapa?itiv §·.'--gelten
Tastaturen, insbesondere für tasterrbsdijnie T^räteder
Daten- und Textverarbeitung, wie Revuen- und Schreibmaschinen, oiler Druck- uml cetimasdiinen zur
Eingabe ven Schriftzeichen, !>
.^n, Informationen und/oder Steuerungsbefehle
Es sind bereits kapazitive gekoppelte Tastaturen
bekannt, bei denen das untere Ende der federnd auslenkbaren Tasten jeweils mit einem elektrisch
leitenden, vorzugsweise scheibenförmigen Kopplungsglied bestückt ist In einem Abstand, der nur geringfügig
größer ist als. die Auslenkhub einer Taste, ist unterhalb zj
der Kopplungsglieder eine Schaltungstafel als Träger
von Flächenelektroden und Verbindungsleitungen angeordnet Unter jedem Tasten-Koppelglied ist die
Oberseite der Schaltungstafel mit einem Paar flächenhaften Elektroden belegt die voneinander isoliert nahe jo
beieinander liegen und zueinander eine gerippe Küppe'kapssts! aufweisen. Von den paarweise angeordneten
Elektroden ist eine, die nachfolgend als Speiseelektrode bezeichnet wird, mit einer Wechsel
Spannungsquelle verbunden, die hochfrequente Signale liefert Die andere, als Empfangselektrode oezeichnete
Flächenelektrode ist über eine Ausgangsleitung mit einem Verstärker, einem Detektor oder mit logischen
Scha'1 kieisen verbundea Das Koppelglied einer Tas»e,
die Speiseelektrode i:nd die Empfangselektrode bilden
eine kapazitive Koppelstelle bzw. einen variablen Blindwiderstand, der elektrisch aus zwei in Reihe
geschalteten verärsd !sehen Kondensatoren gebildet
wird. In der Ruhestellung der Taste is; die Gesamtkapazität
einer koopelsttile klein bzw. c»r Blindwiderstand
hoch, und in der Auslem· stellung der betätigten Taste isi
die Gesamtkapa/11.' relativ groß und der Blindwiderstand
klein. Der kopplungssteile nachgeschaliete logische Schaiiungskfcisv oder Detektoren werden von
den Kapazitätsänderungen bzw den Änderungen des Blmdwiderstandes beeinflußt
Bei den kapazitiv gekoppelten Tastaturen sind die Knnnlungsstellen vorzugsweise in Form einer Matrix
angeordnet die aus M-Zeilen und N Spalten bestem. Su
sind beispielsweise in Af-Zeilcn die Speiseelektroden
und in /V-Spalter die EmpfangseleW ·. roden kreuzweise
m !!einander verbundea
Als Stand der Technik ist bekannt:
Deutsche Offenlegungssdirift 19 40 554. Diese offenbart
ein federnd auslenkbares Tastenelement für Eingabeeinrichtungen als Umwandler einer mechanischen
Bewegung in ein elektrisches Signal. Bei diesem kapazitiven Tiste-ielement ist das auslenkbare Koppelglied
an seiner Urwerseste isoliert und ist über zwei
paraHelen, auf einer jchaltungstafel befestigten, als
Elektroden dienenden Leiterstreifen angeordnet
Deutsche Offentegi<.igsschrift 22 47 972. Diese offenbart
eine Abfühleinrichtung für eine Kapazitätsmatrix,
bei der die kapazitiven Kopplungsstellen zeilen- oder
spaltenweise angesteuer· und entsprechend zeilen- oder spaltenweise auf das Vorhandensein von Ausgangssignalen
abgetastet werden.
Deutsche Offenlegungsschrift 22 54 340. Diese offenbart ein kapazitives Tastenfeld und in einem Matrixsystem
angeordnete kapazitive Speicherstellen.
Deutsche Offenlegungsschrift 23 37 670. Diese betrifft eine tastengesteuerte Dateneingabevorrichtung, deren
nach Art einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnete Tasten ein elektrisches Signal beeinflussen.
US-PS 36 96 908. Diese betrifft eine kapazitiv gekoppelte Tastatur, bei der an einer Kopplungsstelle
auf einer Schaltungstafel sich zwei stationäre Flächenelektroden befinden, von denen jede mit einem in Reihe
geschalteten Schaltkreis verbunden ist
Zum besseren Verständnis der mit kapazitiven Tastaturen zusammenhängenden Technik sei auf die
US-PS 37 86 497 verwiesen, in der Einzeih -iten der
elektronischen Scha'tkreise er'äutert sind, die im
Zusammenhang mit einer kapazM'v gekoppelten elektronischen
Matrix-Tastatur verwenu<?t werden. Auch in der USA-Defensive Publication T 9 04 008 ist eine
Verstärkerschaltung sowie die allgemeine Sc'-altung für
eine kapazitive Matrix für die Benutzung mit einer kapazit^ ren Tastatur beschrieben.
Bei den kapazitiven Tastaturen besteht die allgeme
ne Forderung, die Schaltungsanordnung, insbesondere an den Kopplungsstellen, die Oberflächen der Kopplungsglieder
und der Flächenelektrode vor Verschmut zung, Korrosion und Einwirkungen der Luftfeuchte
sowie anderen Umwelteinflüssen zu schützen.
Besonder bei den in Matrixform ausgeführten
Schaltungsanordnungen von kapazitiven Tastaturen ergeben sich Schwierigkeiten in der Leitungsführung zu
den in den Kopplungsstellen auf der Oberseite einer Schaltungstafel paarweise angeordneten Fläcr-eneiektroden.
Urn die Streukapazitäten und den Grundpegel der Kapazität einer Kopplungsstelle in eir«.r Schaltungstafel
möglichst klein zu halten, ist man bestrebt, die Leitungen zu den Speise- und Empfangselektroden so
zu führen, Jaß diese Leitungen einen möglichst großen Abstand zueinander aufweisen. Es ergeben sich jedoch
dann Schwierigkeiten wenn bi ispieiswe:se m der
Matrix-Schaltungsanordnung eine große Anzahl von Kr._4?.ungspunkten ^r Leitungen vorkommt. Die
Vermeidung von Kreuzungen und die Lösung dieser Schwierigkeiten erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die
Leitungen auf den beiden Oberflächen einer Schalungsplatte angeordnet werden, wobei allerdings d;e
Verbindungen zwischen Schaltungsteilen. ζ B. zu dun
Flächenelektroden, durch innenplattierte Löcher erfolgen
muß, die die Schaltungsplatte durchdringen. Diese Lciiüfig3führup.gEte'*h"'k ·<« bei den sogenannten
gedruckten Schaltungstafeln allgemein gebräuchlich.
Auf diese Weise ist es zwar möglich, sehr flache Strukturen ι or. Schai'ungsiafeln herzustellen, was bei
Tasta;ureji irr^ er erstrebenswert ist doch ergeben sich
große Herstellungskosten und häufig Fehler wegen der Schwierigkeiten, die bei der Herstellung guter innenplattserter
Löcher und komplizierter Leitungsmuster auf beiden Seiten einer Schaltungstafel auftreten.
Es wäre Jeshalb eine wesentliche Verbesserung, wenn es möglich wäre, einerseits auf die innenplattierten
Löcher und andererseits auf die Photoätz-Prozesse zu verzichten, die bei der Herstellung von gedruckten
Schaltungstafeln eine Rolle spielen. Es ist klar, daß man um die Anordnung von Leitungen auf beiden Seiten
einer Schaltungstafel nicht herumkommt, wenn die Mx N-Matrix größer als 2 χ 2 Kopplungsstellen ir.t, und
außerdem die M- und N-Leitungen zwecks Verbindung
mit der übrigen Schaltungsanordnung an einen Rand der Schal'.ungstafel geführt werden müssen, da es nicht
möglich ist, ohne Verwendung komplizierter-isolierter Leitungskreuzungen auszukommen. - J
Es ist die Aufgabe der'Erfindung,-eine ,verbesserte
Struktur einer Sduuungstafel für <eine kapazitiv
gekoppelte Tastatur zu schaffen, bei der die Schaltungsanordnung
der Flächenelektroden und der Verbin dungsleitungen gegen Verschmutzung. Luftfeuehtig
keitseinfluß und sonstigen Umwelteinwirkungen geschützt
sind. Andere Forderungen bestehen darin, daß die vorstehend erwähnten Nachteile ur,<' !angel von
bekannten Schaltungstafeln iür kapazitive Tastaturen weitestgehend vermieden sind, daß die zu einer
Kopplungsstelle und den Anschlußflächen führenden Leitungen möglichst kreuzungsfrei und voneinander
entfernt sind und sich vorzugsweise auf beiden Seilen
einer dielektrischen Trennschicht erstrecken und daß die fertige Schaltungstafel eine möglichst kompakte
Struktur und eine geringe Dicke aufweist. Eine sehr wesentliche Forderung besteht darin, daß die neue
Schaltungstafel auf einfache Weise herstellbar und für die Massenfertigung geeignet sein muß und billig zu
fertigen ist, wobei eine zuverlässige Leitungsverbindung
gew ahrleistet sein muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost,
daß die Schaltungstafel mehrschichtig ist und übereinanderliegend eine untere, eine mittlere und eine obere
dielektrische Platte enthält, daß in den beiden Ebenen
zwischen den drei Platten elektrisch voneinander isoliert eine erste und eine zweite Schaitungsanordnung
eingebettet sind, die jeweils die Flächenelektroden, die Verbindungsleitungen und die Anschlußflächen enthalten;
daß für jede Kopplungsstelle der Tasten in der
ersten Schaltungsanordnung jeweils ein erstes Paar Flächenelektroden und in der zweiten Schaltungsanordnung
deckungsgleich ein zweites Paar Flächenelektroden vorgesehen sind, daß ein erstes Paar Flächenelektroden
aus einer mit einer Wecl seispannungsquelle verbundenen Speiseelektrode und einer Kopplungselektrode besteht, ein zweites Paar Flächenelektroden
wenigstens aus einer mit einer Ausgangsleitung verbundenen Empfangselektrode und einer Blindelektrode
oder einem Füllstück besteht, und daß die Flächenelektroden so angeordnet sind, daß einerseits
die Speiseelektroden und die Biindelektroden und
andererseits die Kopplungselektroden und die Empfangse'ektroden
übereinander liegen.
Bei der erfindungsgemäßen Schalttafelstruktur für eine kapazitiv gekoppelte Tastatur sind die in der
Aufgabenstellung erwähnten Forderungen, insbesondere diejenige, daß die Leitungsverbindung durch
plattierte Löcher in der Schalttafel vermieden werden soll, dadurch erfüllt, daß die einzelnen Kopplungsstellen
aus zwei flächenhaften Elektrodenpaaren gebildet werden, die getrennt durch ein dielektrische Folie in
zwei Schichten deckungsgleich u. _-r inander liegen.
Die Reihenkapazität einer KOp1. jngsstelle setzt sich
aus zwei veränderlichen Kapazitäten und siner festen Kapazität zusammen. Eine erste veränderliche Kapazität
besteht zwischen der Speiseelektrode und dem Koppelglied, die zweite veränderliche Kapazität besieh!
zwischen dem Koppelglied und der Kopplungselektrode
und die feste Kapazität besteht zwischen der koppelelekirode und der Empfangselektrode. Die feste
Kapazität zwischen der Speiseelektrode und der Blifdelektrode hat einen vernachlässigbaren kleinen
Einfluß auf die Kopplungsstelle. Die Blindelektrode kann deshalb'in der Tafelstruktur auch ein elektrisch
nichtleitendes Dist:<nzstück sein, dessen Zweck' darin
besteht, die Herstellung einer planen Schaltungstafel zu 'ermöglichen.
' =s' '■ Die 'erste und die zweite Schaltungsanordnung, die
'jeweils.die" Etek'trodenpaare, die 'Verbindungsleitungen
in und die zung^nformigrn Anschlußflächen enthalten
liegen übereinander in zwei verschiedenen Ebenen und
sie sind durch die mittlere Platte, welche beispielsweise
eine Folie sein kann, voneinander isoliert. Die beiden Schaltungsanordnungen haften zweckmäßiger weise auf
is den zueinander zeigenden Seiten der oberen und
unteren Platte als spiegelbildliche Muster der Flächen
elektroden Zur Herste ing einer kompakten Schaltta
felstruktur wc Jen die Deiden äußeren Platten unter
Beifügung der minieren Trennfolie zusammengefügt. Es
zo ist je ' tuch möglich, die be'den Schahungsanordnungen
<iuf beiden Seiten er mittleren Platte anzubringen, so daß die Flächenetektroden deck ings
gleich übereinanderliegen
Die beiden Schaltungsanordnung en in einer Schaltungstafel
können mittels eines Druckverfahrens unter Verwer> .mg von leitender Farbe auf die isolierende
Platten oder Folien aufgebracht werden, oder auch durch ein lithographisches Verfahrer bei dem die
Flächeneiektroden. die Leiteroahnen urd die zungen-
«> förmigen Anschlußflächen aus e:ner platt erten Kupferschicht
geätzt werden.
Weitere Einzelheiten über die erfinüungsgemäße
Struktur einer Schaltungstafel für kapazitiv gekoppelte Tastaturen werden nachstehend in einem Ausführungs
vs beispiel anhand von Zeichnungen beschriebei
Von den Zeichnungen stellen dar F i g. IA die auf eine Isolierplatte aufgebrachte erste
Schaltungsanordnung einer kapazitiven Matrix -Tastatur.
Fig. IB eine zweite bis auf die Anschlußllächen
spiegelbildliche Schaltungsanordnung des ersten ?chaltungsmusters
gemäß 1A.
F i g. 2 in einer vergrößerten und auseinandergezogenen schernatischen Abbildung den Querschnitt durch d.;e
»Sandwich«-Struktur der Schaltungstafel, die sich beim Zusammenbau der die Schaltungsanordnungen tragenden
Platten gemäß den Fig.IA und IB mit einer
Zwischenisolation ergibt.
Die Fig.iA zeigt eine flexible Schaltungsplatte,
Die Fig.iA zeigt eine flexible Schaltungsplatte,
deren Isolierplatte 1 vorzugsweise aus dünnen dielektrischem
Kunststoffmaterial« beispielsweise einer Folie von 0.05 mm Dicke besteht Auf einer Oberflächenseite
der dünnen Isolierplatte 1 ist eine Anzahl von gedruckten oder geätzten, elektrisch leitenden ersten
Flächeneiektroden 2 und 3 koplanar angeordnet wobei jeweils ein Paar Flächeneiektroden der Kopplungsstelle
einer Taste zugeordnet sind Ein derartiges erstes Paar Flächeneiektroden 2,3 wird aus einer Speiseelektrode 2
und einer Kopplungselektrode 3 gebildet die, wie die Fig.IA zeigt die gleiche rechteckige Flächenform
aufweisen und voneinander isoliert sind, jedoch nahe beieinander liegen. Di? Speiseelektroden 2 sind durch
Leiterbahnen 4. die sich vorwiegend in Längsrichtung
bzw. vertikaler Richtung der Isolierplatte I erstrecken,
untereinander verbunden und sie bilden im montierten Zustand in einer Schaiüingssnainx Reihen nnd Spalten
(M. /VJL Die Leiterbahnen 4 sind einzeln mit zungenförmigen
Anschlußflächen 5 verbunden, die an einem Rand
7 v 8
der Isolierplatte ! angeordnet angeordnet sind. Wie aus für die Schaltungsanordnung von bereits als Muster
, .der Fi g. 1A weiter zu ersehen ist, sind die Xopplungs- gefertigten Schaltungstafeln wurde eine Drucktechnik
> ,"elektroden 3 nicht initeinander verbunden, sondern sie angewandt unter Verwendung von Silbertinte als
£r bilden isolierte Inseln inrder ersten Sdialtungsanord- Leitmatcrial. Eine derartige Drucktechnik ist einfacher
',\nung. ' ■ Ί . '·Λ ■ 5 und weniger teuer als die bekannten Photoatz- bzw.
* V-Dieses Ausführungsbeispiel der'Struktureiner mehr- Me'tallplattierungs-Verfahren. ■ *
schichttu^n~ Schaltungstafcl "enthält gerriäQ^F ig. 2 eine Wie eingangs bereits erwähnt wurde undVie aus der
\~i- ' ''^t Matrix·-Vcn .in 'zwei ί Ebenen liegenden bersten -und Fig.2.;/.u ersehen ist, enthält die fertige mehrschichtc
f£? '" zweiten Paaren von Flächerielektroden"^ 3 und 2', 3', ' Schallungstafel in ihrer Struktur eine obere; eine
die durch die mutiere dielektrische PIdUt 6 vi nunander io mittlere und eine untere Isolierplatte 1. 6,ίΓ. Es ist
pptrcnni. kapa/ 'iv miteinander ^.koppelt und Oie in zwtikrr.aßig wenn diese drei Isolierplatten. insbesonde
der oberen Lbene hegende erste Schallungsanordnung. re die obere und die miniere, gute dielektrische
welch«· die ersten Paare von Flachene'ek iroden 2. i und Eigenschaften aufweisen. Die mittlere Isolierplatte 6
die Verbindungs.eitungen 4 sowie Anschlußflachen 5 dient dls dünne Trennschicht der unm.iielbar an beiden
enthalt, sind beispielsweise den /Vf-Zeilen der Schal- 15 Oberflächenseiten aneinanderliegenden ersten und
lungsmatrix zugeordnet. In der Matrix sind M und N zweiten Schaltungsanordnungen. Diese mutiere Isolier-
gan/e Zahlen Die kapazitiv·.- Kopp1 ingssiellc jeder platte 6 ist /wcckmäßigerweise eine Folie, die die beiden
zweiten Paar Flächcnclektroden 2 Ϊ und 2\ 3'gebildet In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist. wie die F 1 g. 2
wobei das ersic Llektrodenpaar 2. 3 in einer der 20 zeigt die erste Schaltungsanordnung aul Ii Unterseite
einer spiegelbildlichen /weiten Schaltungsanordnung wenn in dieser Schalltafelstruktur eine der äußeren
der in Fig. IA abgebildeten ersten <haltungsanord- 25 Isolierplatte !oder I starr und die andere flexibel ist
nung dargestellt Diese /weite Schaltungsanordnung so daß sich die flexible Platte an die Unebenheiten der
nach F1 g. 1B enthält /weite Paare von Flächenelektro- Oberflacr-e der starren Isolierplatte anschmiegen kann,
der 2' und 3'. die deckungsgleich zu den ersten Paaren In diesem beschriebenen Ausführungsbeispiei ist die
von Flächenelektroden 2.3 der ersten Schaning>anord untere Isolierplatte Γ ziemlich starr, da sie als
nung sind lcdes Paar der /weiten Flacheneiektroden 2'. 30 Trägerptaue Hient. die mittlere Folie 6 und die obere
3'besteht aus gleichen Elekirodenflächen. von denen die Isolierplatte I sind hingegen flexibel. Im fertigen
eine als Blindelektrode 2' und die andere als Zustand ist die abgebildete mehrschichtige Schaltungs-
troden 3' bilden auf der Isolierplatte Γ. bzw in der Die Isolierplatten 1, Γ und 6 der kapazitiven
zweiten Schaltungsanordnung isolierte Inseln und sie 35 Schaltungstafel sind, wie die F1 g. 1A und 1B zeigen, mit
dienen lediglich als Distanzelemente, damn bei der Passungslöchern versehen, die die genaue Ausrichtung
fertigen Schaltungstafei eine plane Oberfläche erreicht der !sollerplatten und der Schaltungsanordnung erleich-
wird. Ansielle der Blmdelektroden 3' sind auch tern Zur Bildung der Schaltungstafel werden die beiden
elektrisch nichtleitende Distanzstücke verwendbar. In Isolierplatte! 1. 1'. welche jeweils Hälften der
der zweiten Schaltungsanordnung nach Fig. IB sind die 40 Schallungstafel bilden, unter Beifügen der mittleren
einzelnen Empfangselektroden 3 durch Leiterbahnen 4 dielektrischen Folie 6 aneinandergefügt, so daß die
untereinander verbunden, welche sich vorzugsweise in beiden Schaltungsanordnungen unmittelbar einander
horizontaler Richtung auf der Isolierplatte !'erstrecken. gegenüberliegen und lediglich durch die dielektrische
den 2' nicht angeschlossen sind, ist die Situation in der Schaltungstafel ist schematisch in F i g. 2 als eine
zweiten SU uiiungsanordnung also genau umgekehrt zu auseinandergezogene Schnittansicht dargestellt
der in Fig. IA gezeigten ersten Schaltungsanordnung. 50 Die so gebildete »Sandwich«-Struktur de· Schal-
untere Hälfte der fertigen Schaltungstafei in diesem Isolierplatte I- als Träger, die auf ihrer Oberseite m« der
Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 dient kann flexibel zweiten Schaltungsanordnung versehen ist. welche die
\ I oder starr sein. Fails diese Isolierplatte 1' starr ist kann zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2', 3' enthält
ί I sie als Träger der oberen flexiblen Schaltplatte dienen. S5 sowie die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen
: I wobei dann die Dicke der unteren Isolierplatte Γ Anschlußflächen 5. Auf der zweiten Schattungsanord-F belanglos ist nun? ''6S* *e dünne Isolierschicht 6 und auf dieser die
nen bekannten Verfahren herstellbar, bei denen die platte 1 haftet Diese erste oder obere Schaltungsanord-
beiden Scha'tungsmuster dadurch erzeugt werden, daß 60 nung enthält die ersten flächenhaften Elektrodenpaare
z. B. die Leiterbahnen 4. die Flächenelektrodenpaare 2, 2, 3. die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen
h 1 3 und 2\ 3' sowie die zungenförmigen AnschluBflächen 5 Anschlußflächen 5. Im zusammengebauten Zustand der
g I mittels elektrisch leitender Tinte- oder Leitfarbe jeweils beiden Schaltplatten ist die folienförmige Isolierplatte 6
a. § auf eine Oberflächenseite der Isolierplatten I und 1' in Berührung mit den beiden Schaltplatten, welche nun
π 1 aulgedruckt werden. Die Erzeugung der ersten und h>
eine Einheit und eine kompakte Schaltungstafel bilden,
η 1 zweitenSchaliungsrnuster ist auch mittelskonveniionel- in der Fϊg.2 ist abschnittsweise ein kleiner Teil der
r- 1 ler Photosätz-Techniken oder Metall-Plattierungsver- Schaltungstafel schematisch stark vergrößert und in
d I fahren möglich. Als bevorzugtes Herstellungsverfahren auseinandergezogener Darstellung abgebildet um eine
709 530/479
bessere Übersicht über die Funktion und Struktur der
kapazitiven Schaltungstafel zu erhalten. Die Fig.2 zeigt, daß in einem Abstand über der Schalt ngstafel ein
elektrisch leitendes Koppelglied 7 an der Unterseite einer auslenkbaren Taste angeordnet ist. Durch nicht
gezeigte M»'»el kann dieses Koppelglied 7 beim
Anschlag einer Taste mit der Oberseite der (sotierplattc 1 in Berührung gebracht werden. Diese Annäherung des
Koppdgliedes 7 bewirkt eine intensive kapazitive Kopplung zwischen den deckungsgleich darunurin-ger
den ersten F.lektrodenpa ίγ 2, 3. von denen du- cm
Elektrode als Speiseelektrode 2 und die andere als Kopp.ungselekirode J bezeichnet wird. Die flachenhaf
te Speiseelektrode 2 ist über die leiterbahn 4 und die
zungenförmige Anschlußfläche 5 mn einer Speisespannungsquelle
8 verbunden, welche Wcchsclsiromsignale
liefert. Diese Wechielstromsignale werden kapazitiv bei
ausgelenktem Koppelglied 7 zur benachbarten Koppel elektrode 3 überiragen. Bei einer kopplungsstelle
besteht zwischen der Speiseelcki de 2 und dem Kopplungsglied 7 die veränderliche Kapazität Ci und
zwischen dem Kopplungsglied 7 und der Kopplungselektrode 3 besteht die variable Kapazität (2.
Während die ersten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3, bestehend aus der Speiseelektrode 2 und der
KopplungselektroHc 1. in diesem Ausführungsbeispiel in
der oberen Zwischenschicht angeordnet sind, befinden sich die zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2', 3'.
die jeweils aus einer Blindelektrode 2 und einer Empfangselektrode 3' gebildet werden, deckungsgleich
zum ersten Elektrodenpaar 2. 3 in der unteren Zwischenschicht der Schaltungstafel. Dabei liegt über
einer Blindelektrode 2' eine Speiseelektrode 2 und über einer Empfangselektrode T liegt eine Kopplungselektrode
3. Ei ,e Kopplungselektrode 3 und eine Empfangselektrode 3' bilden eine feste Kapazität C 3. die die
Signale der Kopplungselektrode 3 auf die Empfangselektrode 3' koppelt. Die Empfangselektroden 3' sind
über die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Ai .gangsanschlüsse 5 mit Verstärkern 9 oder mit
logischen Schaltungskreisen verbunden.
Diese deckungsgleiche Anordnung der ersten und zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3 und 2', 3'
einer Kopplungsstelle in zwei übereinanderliegenden Ebenen in der Schaltungstafel, die durch die dünne
Isolierplatte 6 voneinander getrennt sind, ergibt eine Reihenschaltung von drei Kapazitäten Cl. C2 und C3.
Die von der Wechselspannungsquelle 8 in eine Speiseelektrode 2 des ersten Elektrodenpaares 2, 3
gelieferten Signale werden durch das Koppelglied 7 Ober die veränderbare Kapazität Ci zur Kopplungselektrode
3 des ersten Elektrodenpapres 2, 3 übertragen, die mit dem Koppelglied 7 eine zweite veränderliche
Kapazität C2 bildet Die beiden Kapazitäten C1
und Cl sind praktisch gleich groß und sie haben ihren Maximalwert, wenn das Koppelglied 7 auf der Oberseite
der isolierplatte 1 anliegt Die dritte unveränderliche Kapazität C 3 besteht zwischen der Kopplungselektrode 3 und der Empfangselektrode 3', die lediglich durch
das Dielektrikum der folienförmigen Isolierplatte 6 voneinander getrennt sind. Eine wie C3 gleich groß,
feste Kapazität CA besteht auch zwischen der Speiseelektrode 2 und der BlindelektrocL 21. Diese
Kapzkit CA wird bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht benötigt
* mittlere Isolierplatte 6 wird vorzugsweise eine e!-·---irische Kunststoffolie verwendet, die auf beiden
Seite" ;nit Klebstoff versehen wird. Durch diese
Klebewirkung haften nach dem Zusammenbau die drei Isolierplatten 1, 6, Γ und die beiden spiegelbildlichen
Schaltungsanordnungen mit den einander entsprechenden flächenhaften Elektroden 2 und 2' bzw. 3 und 3' gut
aneinander. Nach der Aushärtung des Klebstoffes; sind
die beiden aufeinanderliegender Schaltungsplatlcn fest
miteinander verbunden und sie bilden eine kapazitive Schaitungstafel mit einer mehrschichtigen Struktur. Die
derart zusammengesetzte Schaltungstafel stellt i eine
to dünne, hc seit g polierte ,juiinetriMhc Schal'mgsanordnunj.
dar. lie in zwei Zwiscb ns' ki, Sien der
Sch.iitungstafci eingebettet ist u J lit A -chselspan
nungssignale von den fcinganisanschli, »·η zu den
Ausgdngsansthlussen leiten ka ι. wenn ein Kopneiglied
7 in gecgnetei We^e in die Nähe eines Paarc^ der
Elektroden 2, ί bzw 2', J' gebracht wird Diese mehrschu htigt Schaltungstafel kann auch flexibel
hergestellt werden, falls es fur den Anwendungsfall zweckmäßig ist. wenn die drei Isoherplaiten t, Γ und 6
aus einem felxi^'en Material bestehen
Nach dem Z isammensetzen de jrei Isoiierplatten 1,
1' und b /u einer »Sandwichw-Strukturder Schaltungstafel
wird zwe< kmäßigerweise im Anschluß an die
Verklebung durch Zusammenpressen der auHnander-
2s liegenden Isolierschichten I, Γ jeder Luft- und
Feuch'igkeitsrest aus der mehrschichtigen Schalttafel
struktur entfernt. Durch die Verwendung von Klebstoff auf beiden Seiten der mittleren isolierplatte 6 ergibt sich
nach der Aushärtung des Klebstoffes eine versiegelte Struktur, bei der alle leitenden SchaUangsteile innerhalb
des versiegelten Bereiches liegen. Ein besonderer Vorteil dieser aus mehreren Isolierschichten gebildeten
Schaltungstafel besteht darin, daß keine galvanischen Verbindungen in den Isolierplat· * i, !',6 durch Löcher
hindurchgeführt werden müssen. Durch die vorstehend beschriebene Schichtstruktur der Schaltungstafel wird
die Notwendigkeit der Vf rwendung von innen plattierten Löchern vermieden und eine ein'ache, kostensparende
Fertigungsweise erreicht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine mehrschichtige kapazitive Schaltungstafel wurden für
die obere und die untere Isolierplatten 1 und 1' der Schichtstruktur eine Kunststoffolie von je 0,05 mm
Dicke verwendet.
Die die Kapazitäten Ci. ..CA bildenden flächenhalten
Elektroden 2, 2\ 3 und 3' sowie die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Anschlußflächen 5 wurden, wie
bereits erwähnt wurde, durch ein Druckverfahren mit einer silberhaltigen Leitfarbe hergestellt Für die
Elektroden 2,2', 3 und 3' wurde jeweils eine Fläche in
der GröSe 12, 5 χ 5 mm gewählt wobei jeweils ein
Paar Elektroden 2,3 und 2', 3' nebeneinander auf einer
Fläche on 123 auf 125 mm angeordnet waren bei
einem Mittenabstand der Flächenelektroden von etwa
SS 183 mm.
Die in der F i g. 2 angedeuteten Kapazitäten CI und
C2 sind von der Elektrodenfläche, der Dicke und die
Dielektrizitätskonstanten der oberen Isolierplatte I und der Größe des Luftspaltes zwischen dem Koppelglied 7
und der Flächenelektrode 2, bzw. 3 abhängig. Wenn das
Koppelglied 7 auf der Oberseite der Isolierplatte 1 aufliegt, dann beträgt die Gesamtkapazität der in einer
Reihenschaltung angeordneten Kapazitäten Cl und C2 angenähert 11 pF. Wenn das Koppelglied 7 von der
Isolierplatte 1 abgehoben ist und sich die Taste in der Ruhestellung befindet, verbleibt eine Restkapazitäi von
weniger als 1 pF für die Reihena Ordnung von Cl, C2.
Die feste Kapazität C3. die die Signale von der oberen
Koppelelektrode 3 durch die mittlere Isolierplatte 6 auf
die Empfcngseleklrode 3' übertrügt, hat eine Kapazität
von etwa 4 bis 5 pF. Da die feste Kapazität C 3 in Reihe
mit der Gesamtkapazität von Ct, C2 liegt, welche bei
rbetätigtef Taste etwa 11 pF beträgt, ergibt sich bei
einem Tastcnanschlag eine Kapazitätsänderung von /angenähert 9 pF. Diese Kapazitätsänderung ist mehr als
• genug für eine zuverlässige Aussteuerung von Abtast- Iy und Treiberschaltungen, die auf Kapazitätsänderungen
von weniger als einem pF ans; rechen.
Dse silberhaltige Leilfarbe. die zum Drucken der flächenhaften Elektroden 2, Ί und 3, 3' auf den beiden
Isolierplatren 1 und 1' benutzt wurde, hatte einen Widerstand von etwa 2 Ohm. gemessen an einer
quadratischen Fläche. Die gedruckte Fläche einer *5
Elektrode nal somit einen relativ r -hen ohmschen
Widerstandswert im Vergleich zur üblichen Leitungsverdrahtung durch Kupferlciter. die praktisch einen
vernachlässigbaren kleinen Widerstandswert aufweist. Diese rela ν hohen ohmschen Widerstandswerte dieser
gedruckten Schaltungsanordnungen stellen im Vergleich zu den kapazitiven Blindwiderständen dieser
Schaltungsanordnung kein Problem dar. weil in der Schahungstafel keine Gleichströme fließen. Weil im
Zusammenhang mit der beschriebenen kapnz'uivcn
Kopplung Gleichströme keine Rolle spielen, ist der Einfluß dieses relativ hohen Reihenwiderstandes praktisch
vernachlässigbar. Die ohmschen Widerstandswerte dieser gedruckten Schaltungsanordnungen können
nur bei einer Übertragung von größeren Strömen an Bedeutung gewinnen. Bei der kapazitiven Schaltungstafel
hingegen in der vorstehend beschriebenen Struktur, wo verhältnismäßig kleine Wechselströme flieHcn, hat
fdieser reelle Widerstand keinen großenEinfluß auf den
Scheinwiderstand der Schaltungsanordnung und ist praktisch vernachlässigbar.
Aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispicles
der Struktur einer mehrschichtigen kapazitiven Schaltungstafel ergibt sich, daß durch die
Verwendung von nur drei Einzelteilen — von denen zwei mit Ausnahme ihrer Anschlüsse sich spiegelbildlich
erisprechen — in den Isolierplatten der Schaltungstafcl innenplattierte Löchern zur Zwischenverbindung bzw
zum Anschluß der Flächenelektroden vermieden wer den und daß eine zuverlässige kapazitive Schaltungstafel
herstellbar ist, die außerordentlich einfach zu fertigen und kostengünstig ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
- 25 24Patentansprüche:v I. Schaktafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes Koppelglied aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Koppeigiieder angeordneten Schaitungstaie!, die in einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle deckungsgleich zu jed^m Koppelglied in einer ι ο Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinanderliegende Flächenelektroden aufweist, yon denen die etne äs Speseeicktrcde an eine! Wechselspannung liegt und die andere als Empfangselektrode mit einem Verstärker verbunden ist, wobei alle Fiächenelektroden der Schaltungstafe! und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Mamxsysteni von KoppeisteHcTi bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die SchaltungstaH mehrschichtig \\ und übereinanderliegend eine untere, eine mittlere und eine obere dielektrische Platte (1, 6, 1) enthält, daß in den beiden Ebenen zwischen den drei Platten (1, Γ, 6) elektrisch voneinander isoliert eine erste und eine zweite Schaltungsanordnung (2, 5) eingebettet ist, die jeweils paarweise angeordnete Fiächenelektroden (2,3 und 2\ 3% die Verbindungsleitungen (4) und die zungenfönriigen Anschlußfläcnen (5) enthalten, daß für jede Kopplungsstelle der Tasten in der ersten Schaltungsano JnungjewetlseinerstesPaarFIächenelektroden (2, 3) und in der zweiten Schaltungsanordnung deckungsgleich iszü π zweites Paar Flächenelektroden (2*, 3') verger ;hen sind, daß ein erstes Paar Flächenelektroden (2, i) aus einer mit einer Wechselspannungsquelle (8) \ jrbjndene Speiseelektrode (2) und einer Kopplungselektrode (3) besteht, daß ein zweites Paar Flächenelektroden (2*. 3') aus einer mit einer Ausgangsleitung (4) verbundenen Empfangselektrode (3') und einer Blindelektrode 'Tf) oder einem Füllstück besteht und daß die Flächenelektroden (2, 2* und 3, 3') so angeordnet sind, daß einernte eine Speiseelektrode (2) und eine Biindclekircxk v., and andererseits eine Kopplungselektrode (3) und die F.mpfangselektrode (3') einander geger, jberliegen.
- 2. Schalttafelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere als Trägerplatte vorgeM hrie Isolierplatte (Γ) stabil ist und daß auf diren >bersciie ein die zweiten Paare der Flächenelektroden (2', 3'), die Verbindungsleitungen (4) und Äungenförmigen Anschlußflächen (5) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist, daß die obere Isolierplatte (1) flexibel ist und daß auf derer Unterseil·· ein die ersten Paare der Flächenelektroden (2, 3) die Verbindungsle-.tungen (4) und Anschlub lachen (S) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist und daß die mittlere Isolierplatte (6) eine die beiden Schaitungsmuster überdeckende Folie ist.
- 3. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS sich die Verbindungsleitungen (4) zwischen den Flächenelektroden (2,1 und T, 3') und den Anschlußflächen (S) der einen Schaltungsanordnung vorwregend in horizontaler Richtung und in der anderen Schal- ** tungsanordnung vorwiegend in vertikaler Richtung sich erstrecken.
- 4. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 2oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Isolierplatte (I', I) deckungsgleich sind, daß die Schattungsmuster der Flächenelektrodenpaare (2, 3 und 2', 3') auf den Plaitenoberflächen zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, und daß in den drei Isolierplatten (1, V, 6) Bohrungen zur gegenseitigen Ausrichtung der Isolierplatten vorgesehen sind
- 5. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungen gedruckte Leiterbahnen (4) vorgesehen sind, die bei beiden Isolierplatten (1, 1') jeweils an der gleichen Randseite in breitere zungenförmige Anschlußflächen (5) übergehen, daß diese Anschlußflächen (5) der beiden Schaltungsanordnungen an den Plattenrändern gegeneinander versetzt sind ind daß in den Piattenbereichen die AnschkiBfläehen (5) enthalten die benachbarte Isolierplatte entsprechend große Ausschnitte aufweist.
- 6. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltungsmuster bildenden Flächenelektroden (2,3 und 3,3'). Leiterbahnen (4) und Anschlußflächen (5) aus mit Leitfähigkeitsfarbe gedruckten oder nach photolithographischen Ätzverfahren hergestellten leitenden Mustern bestehen.
- 7. Sch.ilitafelstru'.tur nach einem dtr Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Isolierptatten (1. *'.6) der Schaltungstafel luft- und feuchtigkeitsdicht miteinander verbunden sind.
- 8. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis " dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (7) der auiienkbaren lasten gegenüber den Kopplungsstellen in eine Ruhe- und eine Auslenkstellung bringbar sind, derart, daß bei einer Koppiungsstelle deren Reihenkapazität (C 1... C 3) zwischen der Speiseelektrode (2) und der Empfangselektrode (3') in der Auslenk«tellung der Taste wesentlich größer ist als η des Ruhestellung der Taste.
- 9. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Isnlierptatten (1, t\ 6) der Schaltungstafel angeordneter. Flächenelektroden (2, 3 ι nd 3, V) und die Verbindungsleitungen (4) im zusammengebauten Zustand eine M χ /V-Matrix mit M- Reihen und A/-Spalten bilden, die in zwei Ebenen übereinanderliegen. wobei Mund Nganze Zahlen sind, und daß die M-Reihen der Matrix mit der Wechselspannungsqueiie (S) und die N-Spalten mit je einer Aiisgangsfläch<* (5) verbunden sind
- 10. Schaluaielstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die an der oberen tlexiblen isoiierpiane (i) naucmk-n 3f>t.icc!cl;".roder. {2} der ersten Flächentkktrodeipaare (2, 3) die *f Reihen der Matrix bilden, daß die an der unteren Isolierplatte (I) haftenden Empfangselektroden (J) der zweiten Elektrodenpaare [1, 3') die M-Reihen der Matrix bilden, und daß die Kopplungselektroden (3) und die Bltndelekiroden (2*) keine Anschlußleitungen aufweisen.
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