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WO2010089206A1 - Capacitive touch sensor - Google Patents

Capacitive touch sensor Download PDF

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Publication number
WO2010089206A1
WO2010089206A1 PCT/EP2010/050728 EP2010050728W WO2010089206A1 WO 2010089206 A1 WO2010089206 A1 WO 2010089206A1 EP 2010050728 W EP2010050728 W EP 2010050728W WO 2010089206 A1 WO2010089206 A1 WO 2010089206A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductive
capacitor electrode
control
evaluation
operating element
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050728
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Kramlich
Original Assignee
Preh Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Preh Gmbh filed Critical Preh Gmbh
Priority to CN2010800065294A priority Critical patent/CN102265517A/en
Publication of WO2010089206A1 publication Critical patent/WO2010089206A1/en

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    • H03K2217/96077—Constructional details of capacitive touch and proximity switches comprising an electrode which is floating

Definitions

  • the invention relates to an operating element which has a capacitive proximity sensor.
  • the sensor comprises at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach area facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit which is connected to the capacitor electrode. By means of the evaluation and control circuit, the capacitance defined by the capacitor electrode can be determined.
  • a capacitive proximity sensor or switch is a non-contact sensor - d. H. without direct contact - on approach of a conductive or non-conductive object, but also of liquids, reacted with an electrical switching signal. It uses the thereby changing electrical capacitance of a capacitor electrode to the environment or a reference electrode.
  • Such sensors work with an oscillator whose frequency-determining capacity is partly formed by the medium or environment to be detected.
  • the capacitance change is based on a change in the effective dielectric constant in the area of the measuring field;
  • the achievable switching distance is up to 40 mm, depending on the size of the sensor.
  • the switching distance can increase to approx. 60-80 mm.
  • Capacitive proximity sensors and their control and evaluation unit usually provide a possibility of calibration in order to adapt the sensitivity or the switching thresholds to the conditions of use. With high sensitivity, however, the influence of disturbance variables (eg humidity, dirt) increases.
  • the known proximity sensors have the disadvantage that the switching distance is very much dependent on the environmental properties as well as the nature of the introduced into the measuring field object so the hand of an operator and the approach angle. For example, the switching distance is increased in the case of a moist skin surface.
  • the response capacitive proximity switch by a hysteresis characterized.
  • the electromagnetic field emitted in the direction of the operator can prove to be critical from an EMC point of view and its strength can not be arbitrarily increased.
  • capacitive touch sensors are known.
  • a capacitive touch sensor consists of two adjacent, electrically conductive, plate-shaped electrodes. These form a capacitor whose capacitance is directly proportional to the thickness of the plates and inversely proportional to the distance between them.
  • an additional parallel capacity is added to the self-capacitance of the device. To determine the operation of such a switching element, this capacitance change must be measured.
  • a disadvantage of the contact sensors is that the contacting of the near Bermmobervidnahen electrodes is relatively expensive, and they can be easily disturbed or destroyed by electrostatic discharge.
  • the possibilities regarding the introduction of symbols and their fluoroscopy as well as regarding the surface design are subject to great restrictions due to the mandatory, near-surface arrangement of the electrodes and their contacting.
  • the invention relates to an operating element, which has a capacitive proximity sensor with at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach region facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit.
  • the evaluation and control electrode is connected by means of an electrical conductor to the at least one capacitor electrode.
  • the evaluation and control circuit serves to determine the capacitance defined by the capacitor electrode, for example with respect to the environment or a counterelectrode, and to carry out a switching or regulating operation when the capacitance changes.
  • proximity sensors are known from the prior art and constructed comparatively space-saving.
  • the operating element according to the invention is characterized in that at least one conductive, electrically insulated layer is arranged in the measuring field, which at least partially forms a contact surface as a user interface.
  • the arrangement of the conductive layer in the measuring field has the advantage that the electromagnetic measuring field generated by the proximity sensor is reduced on the side of the layer facing away from the sensor and thus a shielding is achieved. This reduces the electromagnetic interference caused by the proximity sensor in the operating area.
  • it may also be a non-closed area, for example a grid,
  • the layer will have at least one dimension corresponding to the extent of the proximity sensor
  • the layer can easily meet the optical requirements
  • the layer may be adapted to the appearance of the environment of the operating element in order to be visually inconspicuous or not recognizable.
  • the layer can be relatively large and it does not matter where it is touched, operating errors can be avoided.
  • the layer may have any shapes, may be flat or curved.
  • the area defined by the layer is preferably formed parallel to the area defined by the capacitor electrode, so that the sensitivity of the operating element according to the invention is as little as possible dependent on the contact point on the insulated, conductive layer.
  • the arrangement of the conductive layer in the user interface causes the charge carriers induced thereon to flow off when the layer touches, and the resulting sudden capacitance change can be very well detected by the evaluation and control unit.
  • the reliability of the switching operation can be improved.
  • Ambient and Hystereseeinfladore can be reduced, since at the latest when touching the conductive layer by the associated, relatively large jump change in the capacity of the switching is triggered.
  • the at least one insulated, conductive layer and the control and evaluation unit are designed so that the switching operation is performed only by touching the user interface by the control circuit in order to increase the reliability of operation. This can easily be done, for example, by adjusting the sensitivity of the evaluation unit.
  • the control element according to the invention is not limited to one, ie single, conductive layer, but it may be provided a layer structure of a plurality of conductive, insulated layers.
  • a second, less conductive, the actual user interface forming layer may be applied to a first, more conductive layer.
  • the second layer is achieved by painting with a conductive paint. It depends on the conductivity that a detectable capacitance jump in contact with the respective outer and thus touchable layer can be determined.
  • the conductive, insulated layer or the layer structure is formed as a coating of a diaphragm or cap body of an operating element in order to be able to produce the layer easily and to give it sufficient stability.
  • the diaphragm or cap body is preferably arranged between the proximity sensor and the insulated, conductive layer or layer structure. As a result, the proximity sensor is protected from environmental influences, such as moisture.
  • the proximity sensor is arranged adjacent to the diaphragm or cap body.
  • the cap body of a button or a knob.
  • the control element according to the invention can act alone as a control element, but it is also possible that the controls according to the invention can be provided by combinations with other types of controls with other functionalities.
  • the insulated conductive layer is applied to a movable cap body to manually perform a switching or regulating operation by moving it.
  • the at least one insulated, conductive layer is formed by a conductive lacquer or a conductive PVD coating.
  • the invention further relates to a motor vehicle, which is advantageously characterized by an operating element in one of the previously described embodiments.
  • the control element according to the invention is integrated in a dashboard or a control panel.
  • the invention further relates to a method for producing a control element.
  • a capacitive proximity sensor with at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach area facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit connected to the capacitor electrode is conductively connected, mounted under a diaphragm or cap body of the control.
  • the evaluation and control circuit By means of the evaluation and control circuit, the capacitance of the capacitor electrode can be determined.
  • the evaluation and control circuit further performs a switching operation upon detection of a change in the capacitance.
  • the method is further characterized by a coating step, for example a PVD coating, a coating or the like, in which the diaphragm or cap body is at least partially provided with at least one insulated, conductive layer which is arranged in the measuring field of the proximity sensor.
  • a coating step for example a PVD coating, a coating or the like, in which the diaphragm or cap body is at least partially provided with at least one insulated, conductive layer which is arranged in the measuring field of the proximity sensor.
  • Figure 2 shows a particularly preferred embodiment of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
  • Fig. 1 is a sectional view of a non-inventive control element
  • FIG. 2 shows a sectional view of an operating element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a control element not according to the invention
  • the proximity sensor 2, 3, 4 has a capacitor electrode 3, which generates a measuring field directed upward in FIG. By means of the line 4, the capacitor electrode 3 is conductively connected to an evaluation and control unit 2.
  • the proximity sensor 2 has a capacitor electrode 3, which generates a measuring field directed upward in FIG. By means of the line 4, the capacitor electrode 3 is conductively connected to an evaluation and control unit 2.
  • the evaluation and control unit 2 serves to detect a change in capacitance of a capacitor formed by the capacitor electrode 3 to ground.
  • the capacitance change is effected, for example, by the movement, for example, approach of a hand in the measuring field.
  • predetermined switching thresholds By in the evaluation and control unit 2 predetermined switching thresholds, a switching operation can be performed.
  • the proximity sensor 2, 3, 4 has the disadvantage that the predetermined by the switching thresholds switching distance depends very much on the environmental properties as well as the nature of the introduced into the measuring field object so the hand of an operator and the approach angle. For example, the switching distance is increased in the case of a moist skin surface.
  • the response of capacitive proximity switches is characterized by a hysteresis.
  • the electromagnetic field emitted in the direction of the operator can prove to be critical from an EMC point of view and its strength can not be arbitrarily increased. If touch detection is to be carried out with a proximity sensor, this is difficult, since the switching thresholds to be defined are subject to strong fluctuations due to environmental conditions, such as temperature, interference fields.
  • FIG. 2 shows a comparison of a preferred embodiment 10 of the operating element according to the invention.
  • This likewise comprises a proximity sensor 12, 13, 14.
  • the proximity sensor 12, 13, 14 has a capacitor electrode 3 which generates a measuring field directed upward in FIG. By means of the line 14, the capacitor electrode 13 is conductively connected to an evaluation and control unit 12.
  • the proximity sensor 12, 13, 14 is arranged on a surface facing away from the operator surface of a diaphragm or key cap 15.
  • the key cap 15 is provided with a conductive layer structure of a first insulated conductive layer 11 and a second insulated less conductive layer 16 applied over it.
  • the isolated, conductive layers 11, 16 located in the measuring field cause the electromagnetic measuring field generated by the proximity sensor 12, 13, 14 to be greatly reduced on the side of the layers 11, 16 remote from the sensor 12, 13, 14, and thus a shading is reached. As shown, the layers 11, 16 have an extension that exceeds the extent of the capacitor electrode 3.
  • the arrangement and design of the conductive layers 11, 16 as a user interface that upon contact of the layers 11, 16, the charge carriers induced thereon can flow off and the resulting sudden capacitance change can be detected very well by the evaluation and control unit 12.
  • the reliability of the switching operation can be improved.
  • Ambient and hysteresis influences can be reduced because at the latest when touching the conductive layers 11, 16 can be triggered by the concomitant, relatively large jump change in the capacity of the switching operation.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

The invention relates to a control element (10), comprising: a capacitive proximity sensor (12, 13, 14) having at least one capacitor electrode (13) for generating a measurement field in an approach region facing the operator on a control surface of the control element (10) and an evaluation and control circuit (12), which is connected to the capacitor electrode (13) in a conductive manner, wherein the capacitance of the capacitor electrode (13) can be determined by means of the evaluationand control circuit (12), and wherein a control process is carried out when the capacitance changes. The control element (10) is characterized in that at least one conductive, electrically insulated layer (11, 16) is arranged in the measurement field and forms a touch surface as the control surface.

Description

Bezeichnung : Kapazitiver Berührungssensor Designation: Capacitive touch sensor
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, das einen kapazitiven Näherungssensor aufweist. Der Sensor umfasst wenigstens eine Kondensatorelektrode zur Erzeugung eines Messfeldes in einem dem Bediener zugewandten Annäherungsbereich an eine Bedienoberfläche des Bedienelements und eine Auswerte- und Steuerschaltung, die mit der Kondensatorelektrode verbunden ist. Mittels der Auswerte- und Steuerschaltung ist die durch die Kondensatorelektrode definierte Kapazität ermittelbar.The invention relates to an operating element which has a capacitive proximity sensor. The sensor comprises at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach area facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit which is connected to the capacitor electrode. By means of the evaluation and control circuit, the capacitance defined by the capacitor electrode can be determined.
Ein kapazitiver Näherungssensor oder -Schalter ist ein Sensor der berührungsfrei - d. h. ohne direkten Kontakt - auf Annäherung eines leitenden oder nicht leitenden Gegenstandes, aber auch von Flüssigkeiten, mit einem elektrischen Schaltsignal reagiert. Er nutzt die sich dabei ändernde elektrische Kapazität einer Kondensatorelektrode zur Umgebung oder einer Referenzelektrode aus. Solche Sensoren arbeiten mit einem Oszillator, dessen frequenzbestimmende Kapazität teilweise vom zu detektierenden Medium bzw. der Umgebung gebildet wird.A capacitive proximity sensor or switch is a non-contact sensor - d. H. without direct contact - on approach of a conductive or non-conductive object, but also of liquids, reacted with an electrical switching signal. It uses the thereby changing electrical capacitance of a capacitor electrode to the environment or a reference electrode. Such sensors work with an oscillator whose frequency-determining capacity is partly formed by the medium or environment to be detected.
Bei Beeinflussung des Messfeldes der Sondenkapazität durch einen Nichtleiter beruht die Kapazitätsänderung auf einer Änderung der wirksamen Dielektrizitätskonstanten im Bereich des Messfeldes; der erreichbare Schaltabstand beträgt je nach Größe des Sensors bis ca. 40 mm. Bei der Beeinflussung des Feldes durch einen leitenden Gegenstand kann sich der Schaltabstand auf bis ca. 60-80 mm erhöhen. Kapazitive Näherungssensoren und deren Steuer- und Auswerteinheit sehen in der Regel eine Kalibriermöglichkeit vor, um die Empfindlichkeit bzw. die Schaltschwellen an die Einsatzbedingungen anzupassen. Bei hoher Empfindlichkeit nimmt jedoch der Einfluss von Störgrößen (z. B. Luftfeuchtigkeit, Schmutz) zu.When the measuring field of the probe capacitance is influenced by a nonconductor, the capacitance change is based on a change in the effective dielectric constant in the area of the measuring field; The achievable switching distance is up to 40 mm, depending on the size of the sensor. When the field is influenced by a conductive object, the switching distance can increase to approx. 60-80 mm. Capacitive proximity sensors and their control and evaluation unit usually provide a possibility of calibration in order to adapt the sensitivity or the switching thresholds to the conditions of use. With high sensitivity, however, the influence of disturbance variables (eg humidity, dirt) increases.
Die bekannten Näherungssensoren weisen den Nachteil auf, dass der Schaltabstand sehr stark von den Umgebungseigenschaften als auch von der Beschaffenheit des in das Messfeld eingebrachten Objekts also der Hand eines Bedieners und dem Annäherungswinkel abhängig ist. Beispielsweise ist bei einer feuchten Hautoberfläche der Schaltabstand vergrößert. Zudem ist das Ansprechverhalten kapazitiver Näherungsschalter durch eine Hysterese gekennzeichnet. Zudem kann das in Richtung des Bedieners abgestrahlte, elektromagnetische Messfeld unter EMV-Gesichtspunkten sich als kritisch erweisen und dessen Stärke nicht beliebig gesteigert werden.The known proximity sensors have the disadvantage that the switching distance is very much dependent on the environmental properties as well as the nature of the introduced into the measuring field object so the hand of an operator and the approach angle. For example, the switching distance is increased in the case of a moist skin surface. In addition, the response capacitive proximity switch by a hysteresis characterized. In addition, the electromagnetic field emitted in the direction of the operator can prove to be critical from an EMC point of view and its strength can not be arbitrarily increased.
Soll mit einem Näherungssensor eine Berührungserfassung erfolgen, ist dies gar nicht reproduzierbar zu erreichen, da die zu definierenden Schaltschwellen aufgrund der Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Störfeldern, starken Schwankungen unterliegen.If touch detection is to be performed with a proximity sensor, this can not be achieved in a reproducible manner, since the switching thresholds to be defined are subject to considerable fluctuations due to environmental conditions, such as temperature, interference fields.
Ferner sind kapazitive Berührungssensoren bekannt. In seiner einfachsten Form besteht ein kapazitiver Berührungssensor aus zwei nebeneinander liegenden, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Elektroden. Diese bilden einen Kondensator, dessen Kapazität direkt proportional zur Dicke der Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen ist. Sobald sich ein leitendes Objekt wie beispielsweise ein Finger den beiden Platten nähert, kommt zur Eigenkapazität der Anordnung eine zusätzliche Parallelkapazität hinzu. Um die Betätigung eines solchen Schaltelements festzustellen, muss diese Kapazitätsänderung gemessen werden. Nachteilig bei den Berührungssensoren ist, dass die Kontaktierung der berühroberflächennahen Elektroden vergleichsweise aufwendig ist, und sie leicht durch elektrostatische Entladung gestört oder zerstört werden können. Den Möglichkeiten betreffend die Einbringung von Symbolen und deren Durchleuchtung sowie betreffend die Oberflächengestaltung sind durch die zwingend vorzusehende, bedienoberflächennahe Anordnung der Elektroden und deren Kontaktierung große Beschränkungen auferlegt.Furthermore, capacitive touch sensors are known. In its simplest form, a capacitive touch sensor consists of two adjacent, electrically conductive, plate-shaped electrodes. These form a capacitor whose capacitance is directly proportional to the thickness of the plates and inversely proportional to the distance between them. As soon as a conductive object such as a finger approaches the two plates, an additional parallel capacity is added to the self-capacitance of the device. To determine the operation of such a switching element, this capacitance change must be measured. A disadvantage of the contact sensors is that the contacting of the near Berühroberflächennahen electrodes is relatively expensive, and they can be easily disturbed or destroyed by electrostatic discharge. The possibilities regarding the introduction of symbols and their fluoroscopy as well as regarding the surface design are subject to great restrictions due to the mandatory, near-surface arrangement of the electrodes and their contacting.
Vor dem Hintergrund der obigen Nachteile des Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Bedienelement der zuvor beschriebenen Gattung bereitzustellen, das zuverlässig zu bedienen sowie einfach herzustellen ist. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein gleichermaßen vorteilhaftes Herstellungsverfahren ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhaft Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen 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.Against the background of the above disadvantages of the prior art, the inventors have set themselves the task of providing an operating element of the type described above, which is reliable to use and easy to manufacture. This object is achieved by an operating element according to claim 1. An equally advantageous manufacturing method is the subject of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technologically meaningful way, and show further embodiments of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.
Die Erfindung betrifft ein Bedienelement, welches einen kapazitiven Näherungssensor mit wenigstens einer Kondensatorelektrode zur Erzeugung eines Messfeldes in einem dem Bediener zugewandten Annäherungsbereich an eine Bedienoberfläche des Bedienelements und eine Auswerte- und Steuerschaltung aufweist. Bei dem Näherungssensor ist die Auswerte und Steuerelektrode mittels eines elektrischen Leiters mit der wenigstens einen Kondensatorelektrode verbunden. Die Auswerte- und Steuerschaltung dient der Ermittlung der durch die Kondensatorelektrode, beispielsweise gegenüber der Umgebung oder einer Gegenelektrode, definierten Kapazität und der Durchführung eines Schalt- oder Regelvorgangs bei Veränderung der Kapazität. Derartige Näherungssensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und vergleichsweise platzsparend aufgebaut.The invention relates to an operating element, which has a capacitive proximity sensor with at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach region facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit. In the proximity sensor, the evaluation and control electrode is connected by means of an electrical conductor to the at least one capacitor electrode. The evaluation and control circuit serves to determine the capacitance defined by the capacitor electrode, for example with respect to the environment or a counterelectrode, and to carry out a switching or regulating operation when the capacitance changes. Such proximity sensors are known from the prior art and constructed comparatively space-saving.
Das erfindungsgemäße Bedienelement zeichnet sich dadurch aus, dass im Messfeld wenigstens eine leitfähige, elektrisch isolierte Schicht angeordnet ist, die wenigstens teilweise eine Berührfläche als Bedienoberfläche bildet. Die Anordnung der leitfähigen Schicht im Messfeld weist den Vorteil auf, dass das durch den Näherungssensor erzeugte elektromagnetische Messfeld auf der dem Sensor abgewandten Seite der Schicht verringert wird und somit eine Abschirmung erreicht wird. Dadurch wird die durch den Näherungssensor hervorgerufene elektromagnetische Störung im Bedienbereich verringert. „Schicht" im Sinne der Erfindung ist weit auszulegen. Beispielsweise kann es sich auch um eine nicht geschlossene Fläche, beispielsweise ein Gitter handeln. Im Allgemeinen wird die Schicht wenigstens eine der Ausdehnung des Näherungssensors entsprechende Bemaßung aufweisen. Die Schicht kann leicht den optischen Anforderungen an das Bedienelement entsprechend ausgestaltet werden. Beispielsweise kann die Schicht an das Aussehen der Umgebung des Bedienelements angepasst sein, um optisch unauffällig oder nicht erkennbar zu sein. Da die Schicht vergleichsweise groß auffallen kann und es nicht darauf ankommt, an welcher Stelle diese berührt wird, können Fehlbedienungen vermieden werden. Die Schicht kann beliebige Formen aufweisen, kann flach oder gekrümmt sein. Bevorzugt ist die durch die Schicht definierte Fläche parallel zu der durch die Kondensatorelektrode definierte Fläche ausgebildet, damit die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Bedienelements möglichst wenig vom Berührpunkt auf der isolierten, leitfähigen Schicht abhängig ist.The operating element according to the invention is characterized in that at least one conductive, electrically insulated layer is arranged in the measuring field, which at least partially forms a contact surface as a user interface. The arrangement of the conductive layer in the measuring field has the advantage that the electromagnetic measuring field generated by the proximity sensor is reduced on the side of the layer facing away from the sensor and thus a shielding is achieved. This reduces the electromagnetic interference caused by the proximity sensor in the operating area. For example, it may also be a non-closed area, for example a grid, In general, the layer will have at least one dimension corresponding to the extent of the proximity sensor The layer can easily meet the optical requirements For example, the layer may be adapted to the appearance of the environment of the operating element in order to be visually inconspicuous or not recognizable. Since the layer can be relatively large and it does not matter where it is touched, operating errors can be avoided. The layer may have any shapes, may be flat or curved. The area defined by the layer is preferably formed parallel to the area defined by the capacitor electrode, so that the sensitivity of the operating element according to the invention is as little as possible dependent on the contact point on the insulated, conductive layer.
Darüber hinaus bewirkt die Anordnung der leitfähigen Schicht in der Bedienoberfläche, dass bei Berührung der Schicht die darauf induzierten Ladungsträger abfließen können und die sich daraus ergebende sprunghafte Kapazitätsänderung durch die Auswert- und Steuereinheit sehr gut detektiert werden kann. Somit kann die Zuverlässigkeit des Schaltvorgangs verbessert werden. Umgebungs- und Hystereseeinflüsse können verringert werden, da spätestens bei Berührung der leitfähigen Schicht durch die damit einhergehende, vergleichsweise starke Sprungänderung der Kapazität der Schaltvorgang ausgelöst wird.In addition, the arrangement of the conductive layer in the user interface causes the charge carriers induced thereon to flow off when the layer touches, and the resulting sudden capacitance change can be very well detected by the evaluation and control unit. Thus, the reliability of the switching operation can be improved. Ambient and Hystereseeinflüsse can be reduced, since at the latest when touching the conductive layer by the associated, relatively large jump change in the capacity of the switching is triggered.
Bevorzugt sind die wenigstens eine isolierte, leitfähige Schicht und die Steuer- und Auswerteinheit so ausgelegt, dass erst unter Berührung der Bedienoberfläche durch die Steuerschaltung der Schaltvorgang durchgeführt wird, um die Bedienzuverlässigkeit zu erhöhen. Dies kann beispielsweise leicht durch Einstellen der Empfindlichkeit der Auswerteinheit erfolgen.Preferably, the at least one insulated, conductive layer and the control and evaluation unit are designed so that the switching operation is performed only by touching the user interface by the control circuit in order to increase the reliability of operation. This can easily be done, for example, by adjusting the sensitivity of the evaluation unit.
Das erfindungsgemäße Bedienelement ist nicht auf eine, d.h. einzige, leitfähige Schicht beschränkt, sondern es kann ein Schichtaufbau aus mehreren leitfähigen, isolierten Schichten vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine zweite, geringer leitfähige, die eigentliche Bedienoberfläche bildende Schicht auf einer ersten, leitfähigeren Schicht aufgebracht sein. Beispielsweise wird die zweite Schicht durch eine Lackierung mit einem leitfähigen Lack erreicht. Es kommt bei der Leitfähigkeit darauf an, dass ein detektierbarer Kapazitätssprung bei Berührung der jeweiligen äußeren und damit berührbaren Schicht feststellbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die leitfähige, isolierte Schicht oder der Schichtaufbau als Beschichtung eines Blenden- oder Kappenkörpers eines Bedienelements ausgebildet, um die Schicht einfach herstellen zu können und ihr ausreichend Stabilität zu verleihen.The control element according to the invention is not limited to one, ie single, conductive layer, but it may be provided a layer structure of a plurality of conductive, insulated layers. For example, a second, less conductive, the actual user interface forming layer may be applied to a first, more conductive layer. For example, the second layer is achieved by painting with a conductive paint. It depends on the conductivity that a detectable capacitance jump in contact with the respective outer and thus touchable layer can be determined. According to a further advantageous embodiment, the conductive, insulated layer or the layer structure is formed as a coating of a diaphragm or cap body of an operating element in order to be able to produce the layer easily and to give it sufficient stability.
Bevorzugt ist der Blenden- oder Kappenkörper zwischen Näherungssensor und isolierter, leitfähiger Schicht oder Schichtaufbau angeordnet. Dadurch wird der Näherungssensor vor Umgebungseinflüssen, wie Feuchtigkeit, geschützt.The diaphragm or cap body is preferably arranged between the proximity sensor and the insulated, conductive layer or layer structure. As a result, the proximity sensor is protected from environmental influences, such as moisture.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Näherungssensor angrenzend an den Blenden- oder Kappenkörper angeordnet. Beispielsweise handelt es sich um den Kappenkörper eines Tasters oder eines Drehknopfs. Damit soll deutlich gemacht werden, dass das erfindungsgemäße Bedienelement in Alleinstellung als Bedienelement fungieren kann, es darüber hinaus aber auch möglich ist, dass das erfindungsgemäße Bedienelemente durch Kombinationen mit andersartigen Bedienelementen mit weiteren Funktionalitäten versehen werden kann. Beispielsweise ist die isolierte, leitfähige Schicht auf einem bewegbaren Kappenkörper aufgebracht, um durch dessen Bewegung einen Schalt- oder Regelvorgang manuell vorzunehmen.According to a further advantageous embodiment, the proximity sensor is arranged adjacent to the diaphragm or cap body. For example, it is the cap body of a button or a knob. This is to make it clear that the control element according to the invention can act alone as a control element, but it is also possible that the controls according to the invention can be provided by combinations with other types of controls with other functionalities. For example, the insulated conductive layer is applied to a movable cap body to manually perform a switching or regulating operation by moving it.
Zur Vereinfachung der Herstellung und zur Steigerung der gestalterischen Freiheit ist die wenigstens eine isolierte, leitfähige Schicht durch einen leitfähigen Lack oder eine leitfähige PVD-Beschichtung ausgebildet.In order to simplify the production and to increase the design freedom, the at least one insulated, conductive layer is formed by a conductive lacquer or a conductive PVD coating.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das sich vorteilhaft durch ein Bedienelement in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auszeichnet. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Bedienelement in ein Armaturenbrett oder eine Bedientafel integriert.The invention further relates to a motor vehicle, which is advantageously characterized by an operating element in one of the previously described embodiments. For example, the control element according to the invention is integrated in a dashboard or a control panel.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Bedienelements. In einem Montageschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein kapazitiver Näherungssensor mit wenigstens einer Kondensatorelektrode zur Erzeugung eines Messfeldes in einem dem Bediener zugewandten Annäherungsbereich an eine Bedienoberfläche des Bedienelements und eine Auswerte- und Steuerschaltung, die mit der Kondensatorelektrode leitend verbunden ist, unter einen Blenden- oder Kappenkörper des Bedienelement montiert. Mittels der Auswerte- und Steuerschaltung ist die Kapazität der Kondensatorelektrode ermittelbar. Durch die Auswert- und Steuerschaltung wird ferner bei Detektion einer Veränderung der Kapazität ein Schaltvorgang durchgeführt. Das Verfahren zeichnet sich ferner durch einen Beschichtungsschritt, beispielsweise eine PVD-Beschichtung, eine Lackierung oder Dergleichen, aus, bei dem der Blenden- oder Kappenkörper wenigstens teilweise mit wenigstens einer isolierten, leitfähigen Schicht versehen wird, die im Messfeld des Näherungssensors angeordnet ist. Durch das Verfahren kann das erfindungsgemäße Bedienelement mit den zuvor beschriebenen Vorzügen vergleichsweise einfach hergestellt werden.The invention further relates to a method for producing a control element. In an assembly step of the method according to the invention, a capacitive proximity sensor with at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an approach area facing the operator to a user interface of the operating element and an evaluation and control circuit connected to the capacitor electrode is conductively connected, mounted under a diaphragm or cap body of the control. By means of the evaluation and control circuit, the capacitance of the capacitor electrode can be determined. The evaluation and control circuit further performs a switching operation upon detection of a change in the capacitance. The method is further characterized by a coating step, for example a PVD coating, a coating or the like, in which the diaphragm or cap body is at least partially provided with at least one insulated, conductive layer which is arranged in the measuring field of the proximity sensor. By virtue of the method, the operating element according to the invention with the advantages described above can be produced comparatively easily.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur 2 eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch :The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that Figure 2 shows a particularly preferred embodiment of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines nicht erfindungsgemäßen Bedienelements;Fig. 1 is a sectional view of a non-inventive control element;
Fig.2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bedienelements.2 shows a sectional view of an operating element according to the invention.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines nicht erfindungsgemäßen BedienelementsFIG. 1 shows a sectional view of a control element not according to the invention
1, das einen Näherungssensor 2, 3, 4 umfasst. Der Näherungssensor 2, 3, 4 weist eine Kondensatorelektrode 3 auf, die ein in der Figur 1 nach oben gerichtetes Messfeld erzeugt. Mittels der Leitung 4 ist die Kondensatorelektrode 3 leitend mit einer Auswert- und Steuereinheit 2 verbunden. Der Näherungssensor1, which comprises a proximity sensor 2, 3, 4. The proximity sensor 2, 3, 4 has a capacitor electrode 3, which generates a measuring field directed upward in FIG. By means of the line 4, the capacitor electrode 3 is conductively connected to an evaluation and control unit 2. The proximity sensor
2, 3, 4 ist auf einer von dem Bediener abgewandten Oberfläche einer Blende oder Tastenkappe 5 angeordnet. Die Tastenkappe 5 ist zur Dekoration mit einer Lackierung 6 versehen. Die Auswert- und Steuereinheit 2 dient der Detektion einer Kapazitätsänderung eines durch die Kondensatorelektrode 3 gegenüber Masse gebildeten Kondensators. Die Kapazitätsänderung wird beispielsweise durch die Bewegung beispielsweise Annäherung einer Hand in dem Messfeld bewirkt. Durch in der Auswert- und Steuereinheit 2 vorgegebene Schaltschwellen kann ein Schaltvorgang durchgeführt werden. Der Näherungssensor 2, 3, 4 weist den Nachteil auf, dass der durch die Schaltschwellen vorgegebene Schaltabstand sehr stark von den Umgebungseigenschaften als auch von der Beschaffenheit des in das Messfeld eingebrachten Objekts also der Hand eines Bedieners und dem Annäherungswinkel abhängig ist. Beispielsweise ist bei einer feuchten Hautoberfläche der Schaltabstand vergrößert. Zudem ist das Ansprechverhalten kapazitiver Näherungsschalter durch eine Hysterese gekennzeichnet. Zudem kann das in Richtung des Bedieners abgestrahlte, elektromagnetische Messfeld unter EMV-Gesichtspunkten sich als kritisch erweisen und dessen Stärke nicht beliebig gesteigert werden. Soll mit einem Näherungssensor eine Berührungserfassung erfolgen, ist dies schwierig, da die zu definierenden Schaltschwellen starken Schwankungen aufgrund der Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Störfeldern, unterliegen.2, 3, 4 is arranged on a surface facing away from the operator of a diaphragm or key cap 5. The key cap 5 is provided with a paint 6 for decoration. The evaluation and control unit 2 serves to detect a change in capacitance of a capacitor formed by the capacitor electrode 3 to ground. The capacitance change is effected, for example, by the movement, for example, approach of a hand in the measuring field. By in the evaluation and control unit 2 predetermined switching thresholds, a switching operation can be performed. The proximity sensor 2, 3, 4 has the disadvantage that the predetermined by the switching thresholds switching distance depends very much on the environmental properties as well as the nature of the introduced into the measuring field object so the hand of an operator and the approach angle. For example, the switching distance is increased in the case of a moist skin surface. In addition, the response of capacitive proximity switches is characterized by a hysteresis. In addition, the electromagnetic field emitted in the direction of the operator can prove to be critical from an EMC point of view and its strength can not be arbitrarily increased. If touch detection is to be carried out with a proximity sensor, this is difficult, since the switching thresholds to be defined are subject to strong fluctuations due to environmental conditions, such as temperature, interference fields.
In Figur 2 ist im Vergleich dazu eine bevorzugte Ausführungsform 10 des erfindungsgemäßen Bedienelements gezeigt. Dieses umfasst ebenfalls einen Näherungssensor 12, 13, 14. Der Näherungssensor 12, 13, 14 weist eine Kondensatorelektrode 3 auf, die ein in der Figur 2 nach oben gerichtetes Messfeld erzeugt. Mittels der Leitung 14 ist die Kondensatorelektrode 13 leitend mit einer Auswert- und Steuereinheit 12 verbunden. Der Näherungssensor 12, 13, 14 ist auf einer von dem Bediener abgewandten Oberfläche einer Blende oder Tastenkappe 15 angeordnet. Die Tastenkappe 15 ist mit einem leitfähigen Schichtaufbau aus einer ersten isolierten, leitfähigen Schicht 11 und einer darüber aufgebrachten, zweiten isolierten weniger leitfähigen Schicht 16 versehen. Die im Messfeld befindlichen, isolierten, leitfähigen Schichten 11, 16 bewirken, dass das durch den Näherungssensor 12, 13, 14 erzeugte elektromagnetische Messfeld auf der dem Sensor 12, 13, 14 abgelegenen Seite der Schichten 11, 16 stark verringert wird und somit eine Abschattung erreicht wird. Wie gezeigt, weisen die Schichten 11, 16 eine die Ausdehnung der Kondensatorelektrode 3 übersteigende Ausdehnung auf.FIG. 2 shows a comparison of a preferred embodiment 10 of the operating element according to the invention. This likewise comprises a proximity sensor 12, 13, 14. The proximity sensor 12, 13, 14 has a capacitor electrode 3 which generates a measuring field directed upward in FIG. By means of the line 14, the capacitor electrode 13 is conductively connected to an evaluation and control unit 12. The proximity sensor 12, 13, 14 is arranged on a surface facing away from the operator surface of a diaphragm or key cap 15. The key cap 15 is provided with a conductive layer structure of a first insulated conductive layer 11 and a second insulated less conductive layer 16 applied over it. The isolated, conductive layers 11, 16 located in the measuring field cause the electromagnetic measuring field generated by the proximity sensor 12, 13, 14 to be greatly reduced on the side of the layers 11, 16 remote from the sensor 12, 13, 14, and thus a shading is reached. As shown, the layers 11, 16 have an extension that exceeds the extent of the capacitor electrode 3.
Darüber hinaus bewirkt die Anordnung und Ausgestaltung der leitfähigen Schichten 11, 16 als Bedienoberfläche, dass bei Berührung der Schichten 11, 16 die darauf induzierten Ladungsträger abfließen können und die sich daraus ergebende sprunghafte Kapazitätsänderung durch die Auswert- und Steuereinheit 12 sehr gut detektiert werden kann. Somit kann die Zuverlässigkeit des Schaltvorgangs verbessert werden. Umgebungs- und Hystereseeinflüsse können verringert werden, da spätestens bei Berührung der leitfähigen Schichten 11, 16 durch die damit einhergehende, vergleichsweise starke Sprungänderung der Kapazität der Schaltvorgang ausgelöst werden kann. Somit wird durch die erfindungsgemäße Auslegung der kapazitive Annäherungssensor 12, 13, 14 zum berührungssensitiven Bedienelement 10. In addition, the arrangement and design of the conductive layers 11, 16 as a user interface, that upon contact of the layers 11, 16, the charge carriers induced thereon can flow off and the resulting sudden capacitance change can be detected very well by the evaluation and control unit 12. Thus, the reliability of the switching operation can be improved. Ambient and hysteresis influences can be reduced because at the latest when touching the conductive layers 11, 16 can be triggered by the concomitant, relatively large jump change in the capacity of the switching operation. Thus, the inventive design of the capacitive proximity sensor 12, 13, 14 to the touch-sensitive control element 10th

Claims

Patentansprüche claims
1. Bedienelement (10), aufweisend : einen kapazitiven Näherungssensor (12, 13, 14) mit wenigstens einer Kondensatorelektrode (13) zur Erzeugung eines Messfeldes in einem dem Bediener zugewandten Annäherungsbereich an eine Bedienoberfläche des Bedienelements (10) und einer Auswerte- und Steuerschaltung (12), die mit der Kondensatorelektrode (13) leitend verbunden ist, wobei mittels der Auswerte- und Steuerschaltung (12) die durch die Kondensatorelektrode (13) definierte Kapazität ermittelbar ist und bei Veränderung der Kapazität ein Schaltvorgang durchgeführt wird, wobei das Bedienelement (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass im Messfeld wenigstens eine leitfähige, elektrisch isolierte Schicht (11, 16) angeordnet ist, die eine Berührfläche als Bedienoberfläche bildet.A control element (10), comprising: a capacitive proximity sensor (12, 13, 14) having at least one capacitor electrode (13) for generating a measuring field in an approach region facing the operator to a user interface of the control element (10) and an evaluation and control circuit (12), which is conductively connected to the capacitor electrode (13), wherein by means of the evaluation and control circuit (12) the capacitance defined by the capacitor electrode (13) can be determined and when changing the capacitance, a switching operation is performed, wherein the operating element ( 10) is characterized in that in the measuring field at least one conductive, electrically insulated layer (11, 16) is arranged, which forms a contact surface as a user interface.
2. Bedienelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine isolierte, leitfähige Schicht (11, 16) und die Steuer- und Auswerteinheit (12) so ausgelegt sind, dass erst unter Berührung der Berührfläche durch die Auswert- und Steuerschaltung (12) der Schaltvorgang durchgeführt wird.2. Control element (10) according to claim 1, characterized in that the at least one insulated, conductive layer (11, 16) and the control and evaluation unit (12) are designed so that only by touching the contact surface by the evaluation and Control circuit (12) of the switching operation is performed.
3. Bedienelement (10) nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement (10) einen Schichtaufbau aus mehreren leitfähigen, isolierten Schichten (11, 16) umfasst.3. Operating element (10) according to any one of claims, characterized in that the operating element (10) comprises a layer structure of a plurality of conductive, insulated layers (11, 16).
4. Bedienelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige, isolierte Schicht (11) oder der Schichtaufbau (11, 16) als Beschichtung eines Blenden- oder Kappenkörpers (15) des Bedienelements (10) ausgebildet ist.4. Control element (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive, insulated layer (11) or the layer structure (11, 16) as a coating of a diaphragm or cap body (15) of the operating element (10) is formed.
5. Bedienelement (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Blenden- oder Kappenkörper (15) zwischen Näherungssensor (12, 13, 14) und isolierter, leitfähiger Schicht (11) oder Schichtaufbau (11, 16) angeordnet ist. 5. Operating element (10) according to the preceding claim, characterized in that the diaphragm or cap body (15) between the proximity sensor (12, 13, 14) and insulated, conductive layer (11) or layer structure (11, 16) is arranged.
6. Bedienelement (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Näherungssensor (12, 13, 14) angrenzend an den Blenden- oder Kappenkörper (15) angeordnet ist.6. operating element (10) according to the preceding claim, characterized in that the proximity sensor (12, 13, 14) adjacent to the diaphragm or cap body (15) is arranged.
7. Bedienelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine isolierte, leitfähige Schicht (11, 16) durch einen leitfähigen Lack oder eine leitfähige PVD-Beschichtung ausgebildet ist.7. Operating element (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one insulated, conductive layer (11, 16) is formed by a conductive paint or a conductive PVD coating.
8. Kraftfahrzeug gekennzeichnet durch ein Bedienelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.8. Motor vehicle characterized by an operating element (10) according to one of the preceding claims.
9. Verfahren zur Herstellung eines Bedienelements, aufweisend einen Montageschritt, bei dem ein kapazitive Näherungssensor mit wenigstens einer Kondensatorelektrode zur Erzeugung eines Messfeldes in einem dem Bediener zugewandten Annäherungsbereich an eine Bedienoberfläche des Bedienelements und einer Auswerte- und Steuerschaltung, die mit der Kondensatorelektrode verbunden ist, unter einen die Bedienoberfläche bildenden Blenden- oder Kappenkörper des Bedienelement montiert werden, wobei mittels der Auswerte- und Steuerschaltung die Kapazität der Kondensatorelektrode ermittelbar ist und bei Veränderung der Kapazität ein Schaltvorgang durchgeführt wird; gekennzeichnet durch einen Beschichtungsschritt, bei dem der Blendenoder Kappenkörper wenigstens teilweise mit wenigstens einer isolierten, leitfähigen Schicht beschichtet wird, die im Messfeld des Näherungssensors zur Bildung einer Berührfläche als Bedienoberfläche angeordnet ist. 9. A method for producing a control element, comprising an assembly step, in which a capacitive proximity sensor with at least one capacitor electrode for generating a measuring field in an operator facing the proximity area to a user interface of the control element and an evaluation and control circuit which is connected to the capacitor electrode, be mounted under a user interface forming Aperture or cap body of the control, wherein by means of the evaluation and control circuit, the capacitance of the capacitor electrode can be determined and when changing the capacitance, a switching operation is performed; characterized by a coating step in which the diaphragm or cap body is at least partially coated with at least one insulated, conductive layer which is arranged in the measuring field of the proximity sensor to form a contact surface as a user interface.
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