DE2731556C3

DE2731556C3 - Kapazitiver Berührungsschalter

Info

Publication number: DE2731556C3
Application number: DE2731556A
Authority: DE
Inventors: Juan De Jesus Louisville Ky. Serrano
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE2731556B2; GB1573582A; SE423467B; FR2358787B1; CA1098990A; US4090092A; SE7707918L; DE2731556A1; FR2358787A1; JPS5325874A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Berührungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Berührungsschalter besitzen bei der Verwendung als Steuereingänge für die Benutzer in Geräten etc. gewisse Vorteile. Die allgemeinen Vorteile bestehen darin, daß Berührungsschalter eine glatte Oberfläche und damit ein gutes Aussehen haben und ein leichtes Reinigen ermöglichen. Weiterhin werden durch mechanisch bewegte Schalterkontakte hervorgerufene Störanfälligkeiten eliminiert und in sogenannten »elektronischen« Einrichtungen eine bequeme Schnittstelle zu den Schaltungen hergestellt. So werden Berührungsschalter ζ. B. sowohl in konventionellen elektrischen Herden als auch bei Mikrowellenherden verwendet

Es gibt zwei verschiedene Typen von Berührungsschaltern: den WiderstandsüberDrückungstyp und den kapazitiven Typ. Beim Widerstandsüberbrückungstyp enthält ein Berührungselement mindestens zwei Elektroden. Wenn eine Person das Bemhrungselement berührt, wird der Hauptwiderstand zwischen den beiden Elektroden durch zugeordnete Schaltungen abgefühlt,

ίο die ein Steuerausgangssignal erzeugen. Der hier interessierende kapazitive Berührungsschalter hängt dagegen nicht von dem Hauptwiderstand, sondern von kapazitiven Erscheinungen ab, die dem menschlichen Körper zugeordnet sind.

Aus der DE-AS 12 97183 ist ein kapazitiver Berührungsschalter mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Flächenelektroden bekannt, bei dem der als Dielektrikum wirkende Luftraum durch Formgebung der Elektroden derart ausgebildet ist, daß ein hier eingebrachter Finger kapazitätsändernd wirkt Hierbei ist insbesondere nachteilig, daß die beiden von einem Finger zu überbrückenden und zu berührenden Flächene'ektroden zugänglich und im entsprechenden Abstand zueinander angeordnet sein müssen. Es gibt aber auch kapazitive Berührungsschalter in Form eines Schichtelementes mit beispielsweise einer Glasplatte als Dielektrikum. Diese Platte ist auch als »Kristall« bekannt Auf der Vorderseite der Platte ist ein leitendes Berühningsteil angeordnet Auf der Rückseite der Platte befindet sich, dem Berührungsteil gegenüberliegend, mindestens ein leitendes Abfühlteil. Das vordere Berührungsteil und das rückseitige Abfühlteil stellen zwei Platten eines Kondensators dar, wobei die Platte als Dielektrikum zwischen den beiden Kondensatorplatten dient Ein Nachteil bei diesen bekannten kapazitiven Berührungsschaltern besteht im unerwünschten Ansprechen auf Einwirkungen, die nicht von einer wirklichen Berührung durch einen menschlichen Finger herrühren. Ein derartiges unerwünschtes Ansprechen kann z. B. auftreten, wenn das Schaltersystem in .offensichtlich zufälliger Weise auf eine Änderung äußerer elektrischer Felder anspricht. Ein anderes Beispiel eines unerwünschten Ansprechens tritt auf, wenn der Finger eines Menschen oder ein anderes Objekt in die Nähe des Berührungsteils kommt, dieses jedoch tatsächlich nicht berührt. Es ist erwünscht, daß ein Berührungsschalter lediglich als Berührungsschalter und nicht als ein Annäherungsschalter (s. FR-PS 15 76 768) arbeitet. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß der Berührungsschalter eine kapazitive Anordnung darstellt und somit eine wesentliche Ankopplung erfolgen kann, wenn ein Objekt, ζ. B. ein Finger, sich sehr nahe an der Berührungsplatte, z. B. näher als etwa 0,6 cm, befindet. Dieser Effekt kann auf ein Minimum reduziert werden, er läßt sich jedoch nicht vollständig vermeiden.

Es ist schon versucht worden, dieses unerwünschte Ansprechen durch eine geerdete Abschirmung auf ein Minimum zu reduzieren, die auf der Vorderseite der

bo Platte oder des Substrats angeordnet ist, wobei Öffnungen in der Abschirmung vorgesehen sind, die das Berührungsteil freigeben. Eine derartige Abschirmung reduziert zwar das Ansprechen eines Berührungsschaltersystems auf unerwünschte Einwirkungen oder

i>5 Erregungen und verhindert, daß externe Streukapazitäten das System auslösen. Eine derartige Abschirmung verhindert speziell ein unerwünschtes Ansprechen, wenn der Finger einer Person sich nahe, jedoch nicht zu

nahe am Berührungsteil, z. B. zwischen etwa 5 cm und 0,5 cm, befindet In einem derartigen Fall hat die durch den Finger hervorgerufene Kapazität einen relativ kleinen Einfluß auf die Schaltung, da die geerdete Abschirmung relativ nahe am Finger angeoi dnet ist

Eine derartige Anordnung der geerdeten Abschirmung ist auch nicht ohne Nachteile. Nachteilig ist z. B. der störende Aufbau insbesondere bei Zeichen und dekorativen Mustern, die sich auf der Vorderseite der Platte oder des Substrats befinden können. Ferner verringert dit Verwendung einer metallischen Abschirmung über der Vorderseite einer Glasplatte — selbst wenn das Abschirmungsmaterial ziemlich dünn ist — die ästhetischen Eigenschaften, die ansonsten bei derartigen glatten Glasfrontplatten möglich sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen kapazitiven Berührungsschalter so auszugestalten, daß ungewollte Betätigungen durch Streukapazitäten, Annäherungen von Personen etc. vermieden sind und trotzdem die Vorderseite des Schalters und insbesondere des Berührungsteils freiliegt

Diese Aufgabe wird bei einem kapazitiven Berührungsschalter erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die auf der Rückseite des Schichtelementes angeordnete Abschirmungsplatte für eine sehr gute Abschirmung sorgt Zusätzlich zum Abschirmungseffekt verbessert die Abschirmungsplatte die Stabilität des Schichtelementes und bringt ein Masse-Bezugspotential näher an die Berührungs- und Abfühlteile. Ohne die Abschirmungsplatte ist die Berührungsplatte und die Frontplatte mehr oder weniger erdfrei bzw. schwimmend und ohne in der Nähe liegendes stabilisierendes Masse-Bezugspotential.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. ί eine Teiischnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 2 eine Teilansicht der Vorderseite des Beruhrungsschalters nach F i g. 1;

F i g. 3 eine Teilansicht der Rückseite des in F i g. 1 gezeigten Berührungsschalters;

F i g. 4 eine schematische Schaltungsanordnung eines Berührungsschalters gemäß den F i g. 1 bis 3;

F i g. 5 eine F i g. 1 entsprechende Teilschnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 6 eine F i g. 2 entsprechende Teilaniicht der Vorderseite des Berührungsschalters gemäß F i 3.5;

F i g. 7 eine F i g. 3 entsprechende Teilansicht der Rückseite des Berührungsschalters gemäß F i g. 5;

F i g. 8 eine schematische Schaltungsanordnung eines Berührungsschalters gemäß den F i g. 5 bis 7:

F i g. 9 eine schematische Schaltung eines Rechteck-Oszillators, der in der Schaltung gemäß Fig.8 einsetzbar ist;

Fig. 10 eine schematische Schaltung eines Empfängers, der in der Schaltung gemäß F i g. 8 einsetzbar ist;

F i g. 11 eine F i g. 7 entsprechende Ansicht, die eine Abschirmungsplatte auf der Rückseite einer Frontplatte zeigt, die mehrere kapazitive Berührungsschalter aufweist, und

Fig. 12 eine Teiischnittansicht eines kapazitiven Berührungsschalters, bei dem die Abschirrnungsplatte als eine metallisierte Klebeschicht auf die Rückseite der Frontplatte aufgebracht ist

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein kapazitiver Berührungsschalter 18 zur Verwendung in einem »60-Hz-Auffang«-Berührungsschaltersystem dargestellt, das ein dielektrisches Schichtelement 20 mit einer Vorderseite 22 und einer Rückseite 24 aufweist Dieser Berührungsschalter arbeitet bei Netzfrequenz von beispielsweise 50 oder 60 Hz.

Das dielektrische Schichtelement 20 kann aus irgendeinem geeigneten dielektrischen Material bestehen, das sich für eine Frontplatte oder ein Paneel verwenden läßt; es kann z. B. aus Glas, Kunststoff oder Glas-Epoxymaterial bestehen. Die Vorderseite 22 des dielektrischen Schichtelementes 20 ist nach außen dem Benutzer zugewandt Obwohl ein ebenes Schichtelement 20 dargestellt ist, kann es Ansätze oder Aussparungen aufweisen, die erwünscht sein können, um ein spezielles Aussehen selbst in den Bereichen zu erzielen, die berührungsempfindlich sind.

Ein elektrisch leitendes Berührungsteil 26 ist auf der Vorderseite des Schichtelements 20 angeordnet und derart ausgebildet, daß es sich durch einen Finger eines Menschen berühren läßt Zu Darstellungszwecken ist die Dicke des Berührungsteils 26 relativ zur Dicke des dielektrischen Schichtelements 20 übertrieben gezeigt Bekanntlich kann das Berührungsteil 26 z. B. aus einer dünnen Folie bestehen, die klebend mit der Vorderseite 22 des Schichtelementes 20 verbunden ist, oder das Berührungsteil 26 kann durch Abscheidung einer relativ dünnen Schicht eines leitenden Materials, z. B. Zinnoxid, bestehen, die als transparente, dünne Schicht abgeschieden werden kann. In einem derartigen Fall lassen sich, sofern das dielektrische Schichtelement 20 selbst transparent ist, Anzeigelampen (nicht dargestellt) hinter dem Schichtelement 20, auch Platte oder Frontplatte genannt, anbringen. Zusätzlich lassen sich alle beliebigen Verfahren zur Erzeugung leitender Pfade auf gedruckte Schaltkarten zur Ausbildung der Berührungsteile 26 einsetzen.

Auf der Rückseite 24 des dielektrischen Schichtelements 20 ist im allgemeinen ein leitendes Abfühlteil 28 vorgesehen, das sich an externe Schaltungseinrichtungen anschließen läßt. Das Berührungsteil 26 und das Abfühlteil 28 bilden zwei Platten eines Kondensators. In F i g. 1 arbeitet das Abfühlteil 28 mit einem Federkontakt 30 und einem Leiter 32 zusammen, der zur Schaltung 34 (Fig.4) führt. Dieser Aufbau mit Federkontakten zur elektrischen Verbindung besitzt den Vorteil, daß die Anordnung 18, die die Platte und zugehörende Berührungs- und Abfühlteile enthält, als Einheit, getrennt von den Federkontakten i'nd zugeordneten Schaltungen, herstellbar ist. Sofern die verschiedenen Berührungs- und Abfühlteile und Federkontakte richtig ausgerichtet sind, läßt sich die vollständige Frontplatte leicht installieren.

Gemäß der Erfindung ist eine leitende Schirmungsplatte 36 auf der Rückseite 24 des dielektrischen Schichtelements 20 angeordnet und umgibt das Abfühlteil 28, berührt es jedoch nicht. Obwohl die Schirmungsplatte 36 in der gezeigten Darstellung das Abfühlteil 28 vollständig umgibt, kann sie unterbrochen sein. Die Schirmungsplatte 36 ist zum Anschluß an einen gemeinsamen Bezugspunkt der Schaltung geeignet. In F i g. 1 ist ein Federkontakt 38, der dem Federkontakt 30 ähnlich ist, für diesen Zweck eingesetzt Der gemeinsa-

me Bezugspunkt der Schaltung läßt sich allgemein als Masseverbindung 40 bezeichnen, es sei jedoch bemerkt, daß eine Verbindung zur tatsächlichen Erde nicht erforderlich ist Die Verbindung mit jeder beliebigen, relativ großen leitenden Fläche, wie z. B. zum Gehäuse des Geräts, ist ausreichend. Ferner braucht die Verbindung zum Bezugspunkt der Schaltung, wie z. B. zur Masse 40, nicht über einen direkten Leiter erfolgen, sie kann über eine Kapazität vorgenommen sein, die wesentlich größer als die den Berührungsteilen 26 und den Abfühlteilen 28 zugeordnete Kapazität ist.
In der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Schirmungsplatte 36 auf den Vorder- und Rückseiten 22 und 24 des Schichtelements 20 direkt metallisiert Wie noch insbesondere in Verbindung mit der Beschreibung der Ausführungsform gemäß Fig. 12 verdeutlicht wird, lassen sich andere Mittel zur Herstellung der leitenden Schirmungsplatte 36 auf der Rückseite 24 des dielektrischen Schichtelements 20 einsetzen. Ferner lassen sich die in Verbindung mit der Herstellung des Berührungsteils 26 genannten Verfahren zur Herstellung der Schirmungsplatte 36 einsetzen. Es sei daher bemerkt daß die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeinen speziellen Aufbau der Schirmungsplatte beschränkt ist

In Fig.4 ist als schematisches Blockschaltbild die Schaltung 34 eines vollständigen »60 Hz-Auf fang«-Berührungssteuersystems dargestellt das eine schematische Darstellung der kapazitiven Berührungsschalteranordnung 18 nach den F i g. 1 bis 3 enthält Das Berührungsteil 26 und das Abfühlteil 28 sind in äquivalenter Form als zwei Platten eines Kondensators 41 dargestellt Die leitende Schirmungsplatte 36 liegt in der Ebene des Abfühiteils 28.

Die elektrischen Felder mit 60 Hz oder einer anderen Frequenz, die Wechselstrom-Versorgungsleitungen im Raum umgeben, sind schematisch als ein Generator 42 dargestellt der gestrichelt gezeichnet ist Um einen vollständigen Schaltkreis zu bilden, ist ein Anschluß 44 des Generators 42 als mit Masse 46 verbunden dargestellt Der andere Anschluß 48 des Generators ist mit einem Kondensator 50 verbunden, der ebenfalls gestrichelt dargestellt ist und der die Kapazität eines menschlichen Körpers repräsentiert, die an die elektrischen 60 Hz-Felder angekoppelt ist In Fig.4 verläuft die Verbindung zwischen dem gestrichelt gezeichneten Kondensator 50 und dem Berührungsteil 26 durch einen Berührungspunkt 52. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der tatsächlichen räumlichen Anordnung der Platte 18 (F i g. 1 bis 3) der Berührungspunkt 52 tatsächlich mit dem Berührungsteil 26 zusammenfällt wobei das Berührungsteil 26 sowohl als Berührungspunkt als auch als Kondensatorplatte dient

Der Leiter 32 verbindet das Abfühlteil 28 mit dem Eingang eines Verstärkers 54 hoher Eingangsimpedanz. Der Ausgang des Verstärkers 54 ist mit einem Signaischwellwertdetektor 56 verbunden, der ein Signal an seinem Ausgangsanschluß 58 erzeugt wenn ein am Eingang anliegendes Signal einen vorbestimmten Wert erreicht

Die allgemeine Betriebsweise eines kapazitiven »60 Hz-AuffangÄ-Berührungsschaltersystems ist in der Fachwelt bekannt Wenn eine Person das Berührungsteil 26 (oder den äquivalenten Berührungspunkt 52) berührt, wird das vom Generator 42 gelieferte 60 Hz-Signal bzw. ein Signal einer anderen Frequenz durch die Kapazität 50 des menschlichen Körpers und durch den Kondensator aus den Platten 26 und 28 an den Eingang des Verstärkers 54 gekoppelt. Dieses Signal kann als »Brumm« beschrieben werden, das jedermann bekannt ist, der den Eingang eines Tonfrequenzverstärkers hoher Verstärkung berührt hat. Das dem »Brumm« ähnliche Signal wird weiter verstärkt und dem Eingang eines Signalschwellwertdetektors 56 zugeführt, der als Folge ein Signal am Ausgang 58 erzeugt das angibt, daß das Berührungsteil 26 berührt wurde.

ίο Wie schon erläutert wurde,' ist das bekannte Berührungsschaltersystem (das die Schirmungsplatte 36 nicht aufweist) unerwünscht empfindlich bezüglich anderer Erregungen oder Einwirkungen als einer tatsächlichen Berührung. Die Schirmungsplatte 36 bewirkt erfindungsgemäß, daß die Auswirkungen äußerer Erregungen auf den Betrieb der Schaltung auf ein Minimum reduziert werden. Die Schirmungsplatte 36 bewirkt nicht nur einen Abschirmeffekt sondern sie stabilisiert dariiberhinaus das System dadurch, daß sie eine Bezugsebene mit Massepotential in die Nähe des Abfühiteils 28 bringt

In den F i g. 5, 6 und 7 ist eine Berührungsschalteranordnung 60 zur Verwendung in einem System des »kapazitiven Dämpfungstyps« dargestellt. Wie die Anordnung 18 (Fig. 1) enthält die kapazitive Berührungsschalteranordnung 60 eine Frontplatte oder ein Paneel, die aus einem dielektrischen Schichtelement 62 mit einer Vorderseite 64 und einer Rückseite 66 besteht. Auf der Vorderseite 64 befindet sich ein Berührungsteil 68, das von dem Finger eines Menschen berührt werden kann. Wie in der Ausführungsform gemäß F i g. 1 kann das Berühningsteil 68 aus jedem beliebigen geeigneten leitenden Teil bestehen; es kann z. B. aus einer dünnen Schicht Zinnoxid bestehen, das direkt auf das dielektrisehe Schichtelement 62 abgeschieden ist Auf der Rückseite 66 befindet sich anstelle eines einzigen leitenden Abfühiteils 28 (F i g. 1 bis 3) ein Paar leitender Abfühlteile 70 und 72. Ein Bereich jedes der Rückseitenteüe 70 und 72 liegt gegenüber dem Berührungsteil 68 und bildet dabei mit dem Berührungsteil 68 die beiden Platten eines Kondensators. Insbesondere wird durch ein Rückseitenteil 70 und das Berührungsteil 68 ein erster Kondensator gebildet und es wird durch das Berührungsteil 68 und das zweite Rückseitenieil 72 ein zweiter Kondensator gebildet Das Berührungsteil 68 stellt eine Platte dar, die diesen beiden Kondensatoren gemeinsam ist In der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform überlappen die Rückseitenteile 70 und 72 das Berührungsteil 68 vollständig.

Das eine Rückseitenteil 70 ist mit einer geeigneten Wechselstromquelle, z. B. einem Rechteckoszillator 74 (Fig.8 und 9) verbunden. In der Ausführungsform gemäß F i g. 5 wird diese Verbindung über eine Lötstelle 76 durch einen Leiter 78 durchgeführt wobei dies lediglich eine von verschiedenen möglichen Einrichtungen zur Verbindung des einen Rückseitenteils 70 mit dem Schaltkreis darstellt So läßt sich z. B. ebenso eine Anordnung aus Federkontakten verwenden, wie z. B. in F i g. 1 dargestellt

Das andere Rückseitenteil 72 ist mit einem Empfänger 80 verbunden (Fig.8 und 10). Diese Verbindung erfolgt über eine Lötstelle 82 und einen Leiter 84.

Gemäß der Erfindung befindet sich auf der Rückseite 66 des dielektrischen Schichtelements 62 eine leitende Schirmungsplatte 86, die im wesentlichen die Rückseitenteile 70 und 72 umgibt diese jedoch nicht berührt Die Schirmungsplatte 86 enthält Einrichtungen zur Herstellung einer Verbindung mit einem gemeinsamen

Bezugspunkt 87 der Schaltung, und die Schirmungsplatte 86 ist in derselben Art und Weise wie die Schirmungsplatte 26 (F i g. 1 und 3) ausgebildet. Die Verbindung erfolgt ebenfalls über eine Lötstelle 88 und einen Leiter 89.

In Fig.8 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung eines vollständigen »kapazitiven Dämpfungs«-Schaltsystems dargestellt, die eine schematische Darstellung der Berührungsschalteranordnung 60 gemäß den Fig.5, 6 und 7 enthält. Der Oszillator 74 erzeugt ein Wechselstromsignal, ζ. B. ein Signal mit einer Rechteckform und der Frequenz von 33KHz. Dieses Rechtecksignal erscheint zwischen einem Massenschluß 90, der an einer Schaltkreismasse 91 liegt, und einem Ausgangsanschluß 92. Der Ausgangsanschluß 92 ist über den Leiter 78 mit dem einen Rückseitenteil 70 verbunden. Das Berührungsteil 68 (Fig.5) ist in der äquivalenten Schaltung in Fig.8 als die beiden Kondensatorplatten 68' und 68" dargestellt. Das eine Rückseitentei! 70 und die Platte 68' bilden zusammen einen Kondensator 94, und die Platte 68" und das andere Rückseitenteil 72 bilden die beiden Platten eines weiteren Kondensators 96, wobei die beiden Kondensatoren 94 und 96 eine gemeinsame Platte besitzen, die durch das Berührungsteil 68 gebildet ist In der schematischen Darstellung ist ein Berührungspunkt 98 dargestellt, der bei der Berührungsschalteranordnung 60 (Fig.5 bis 7) durch das Berührungsteil 68 selbst gegeben ist. Das Berührungsteil 68 dient sowohl als Berührungspunkt als auch als eine den beiden Kondensatoren gemeinsame Platte.

Das andere Rückseitenteil 72 ist über den Leiter 84 mit dem Eingang 99 eines Empfängers 80 verbunden. Der Empfänger erzeugt ein Ausgangssignal am Eingangsanschluß 100, wenn er eine Signalabschwächung feststellt

Die Kapazität des menschlichen Körpers nach Masse ist durch den Kondensator 102 und eine Masseverbindung 104 repräsentiert, die beide in gestrichelten Linien dargestellt sind. Wenn eine Person den Berührungspunkt 98 berührt, ist die Schaltung nach Fig.8 vollständig, und es läßt sich erkennen, daß diese Schaltung eine herkömmliche kapazitive T-Dämpfungsschaltung aus den Kondensatoren 94,96 und 102 enthält.

Die erfindungsgemäße leitende Schirmungsplatte 86 ist in Fig.8 schematisch derart dargestellt, daß sie allgemein die Leiter 78 und 84 umgibt und sich bis zu den Rückseitenteilen 70 und 72 erstreckt, diese jedoch nicht berührt

Beim allgemeinen Betrieb eines Berührungsschaltersystems des »kapazitiven Dämpfungstyps«, wie z. B. in den F i g. 5 bis 8 dargestellt, wird ein Signal vom Oszillator 74 über die Kondensatoren 94 und 96 an den Eingang 99 des Empfängers 80 geliefert, wenn das Berührungsteil 68 (oder der Berührungspunkt 98 in der schematischen Darstellung) nicht berührt ist Wenn eine Person das Berührungsteil 68 berührt, wird der Kondensator 102 in die Schaltung eingefügt und leitet einen beachtlichen Teil des Signals des Oszillators 74 nach Masse ab. Dadurch erfolgt eine Abschwächung des dem Empfänger 84 zugeführten Signals, der als Folge an seinem Ausgang 100 ein Signal erzeugt, das angibt, daß das Berührungsteil 68 berührt wurde.

Wie in der zuvor geschilderten Ausführungsform bewirkt die erfindungsgemäße Schirmungsplatte 86, daß die Auswirkungen äußerer Erregungen oder Einwirkungen auf ein Minimum reduziert werden.

Die Schirmungsplatte ist wirksam, obwohl sie nur auf der Rückseite 66 der Frontplatte angeordnet ist.

In F i g. 9 ist eine geeignete Schaltung für den Oszillator 74 der F i g. 8 gezeigt. Der Sender 74 ist als frei laufender 33 KHz-Rechteckoszillator ausgebildet und enthält einen Operationsverstärker 106 als aktives Element. Der Anschluß 108 des Operationsverstärkers 106 für die positive Versorgungsspannung ist mit einer Sammelleitung 110 verbunden, die an einer positiven 30 V Gleichspannung angeschlossen ist. Der negative

ίο Versorgungsspannungsanschluß 112 ist mit der Schaltkreismasse 91 verbunden. Der invertierende Eingang 114 des Operationsverstärkers ist an die Verbindungsstelle 116 eines ßC-Zeitsteuernetzwerks angeschlossen, das einen Zeitsteuerwiderstand 118 und einen Zeit-Steuerkondensator 120 enthält. Der andere Anschluß des Zeitsteueranschlusses 118 ist mit dem Ausgang 122 des Operationsverstärkers 106 verbunden, und der andere Anschluß des Zeitsteuerkondensators 120 liegt an der Schaltkreismasse 91. Widerstände 124 und 126 mit gleichen Werten bilden einen Bezugsspannungsteiler mit einem Anzapfungspunkt 128, an dem der nichtinvertierende Eingang 130 des Operationsverstärkers liegt. Der Spannungsteiler aus den Widerständen 124 und 126 liegt zwischen der Gleichspannungssammelleitung 110 und der Schaltkreismasse 91. Ein Widerstand 132, der denselben Widerstandswert wie die Widerstände 124 und 126 besitzt, ist als positive Rückkopplung zwischen den Ausgang 122 des Operationsverstärkers und den nichtinvertierenden Eingang 130 gelegt Der Ausgangsanschluß 122 des Operationsverstärkers ist mit dem oberen Anschluß eines Ausgangsspannungsteilers verbunden, der die Widerstände 134 und 136 umfaßt, und der Anzapfungspunkt 138 ist mit dem Ausgangsanschluß 92 des Transmitters verbunden. Eine Diode 140, deren Kathode am Ausgangsanschluß 122 des Operationsverstärkers liegt, und deren Anode mit dem Ausgangsanschluß 92 verbunden ist dient als Nebenschluß parallel zum Widerstand 134, wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 106 sich in der Nähe des Massepotentials befindet

Bei Betrieb des Senders 74 wird die Ladung auf dem Zeitsteuerkondensator 120, die an der Anschlußstelle 116 erscheint, vom Operationsverstärker 106 mit der Bezugsspannung verglichen, die an dem Anschluß 128 auftritt Die tatsächliche am Anschluß 128 erscheinende Spannung, die dem nichtinvertierenden Eingang 130 zugeführt wird, hängt nicht nur von den Werten der Widerstände 124 und 126 des Spannungsteilers, sondern auch vom Wert des Mitkopplungswiderstand 132 und von der Ausgangsspannung ab, die am Ausgangsanschluß 122 des Operationsverstärkers erscheint.

Unter der Annahme, daß der Zeitsteuerkondensator 120 ursprünglich entladen ist, ist die Spannung am invertierenden Eingang 114 null, und die Spannung am nichtinvertierenden Eingang 130 besitzt einen gewissen positiven Wert Dadurch läuft der Ausgangsanschluß 122 des Operationsverstärkers auf einen positiven Wert bis nahezu auf die Versorgungsgleichspannung von 30 V. Dadurch werden zwei Dinge veranlaßt: Erstens beginnt der Zeitsteuerkondensator 120 sich über den Zeitsteuerwiderstand 118 auf den am Ausgang 122 erscheinenden Spannungswert aufzuladen. Zweitens sind der Mitkopplungswiderstand 132 und der obere Spannungsteilerwiderstand 124 ihrer Wirkung nach parallel geschaltet Unter der Annahme, daß die Widerstände 124, 12S und 132 alle denselben Wert besitzen, ergibt sich, daß die dem nichtinvertierenden

Eingang 130 zugeführte Bezugsspannung ungefähr gleich zwei Drittel des Werts der Versorgungsspannung, d. h. 20 V, ist. Wenn der Zeitsteuerkondensator 120 sich schließlich gerade über 20 V aufgeladen hat, ist die Spannung am invertierenden Eingang 114 positiver als die Spannung am nichtinvertierenden Eingang 130, wodurch der Ausgangsanschluß 122 schnell in die Nähe des Nullwertes geht. Dadurch beginnt sich der Zeitsteuerkondensator 120 unmittelbar über den Zeitsteuerwiderstand 118 zu entladen und verschiebt zusätzlich die dem nichtinvertierenden Eingang 130 zugeführte Bezugsspannung nach unten auf ungefähr 10 V, da nun der Mitkopplungswiderstand 132 seiner Wirkung nach parallel mit dem unteren Spannungsteilerwiderstand 126 liegt. Es ist daher erkennbar, daß sich Rechteckschwingungen ergeben, wenn sich der Betriebszyklus fortsetzt Am Ausgangsanschluß 122 des Operationsverstärkers erscheint ein Rechtecksignal, das über den Ausgangsspannungsteiler dem Ausgangsanschluß 92 zugeführt wird.

In Fig. 10 ist eine schematische Schaltung einer Ausführungsform dargestellt, die der Empfänger 80 der F i g. 8 einnehmen kann. Der Eingangsanschluß 99 des Empfängers ist mit dem Eingang 142 eines Verstärkers 144 verbunden. Der Ausgang 146 des Verstärkers 144 ist mit dem Ausgangsanschluß 100 des Empfängers 80 verbunden. Um den am Eingangsanschluß 99 zugeführten Wechselstrom gleichzurichten, und um den Eingang des Verstärkers 144 vor negativen Spannungsimpulsen zu schützen, ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 148 mit hohem Widerstandswert und einer Gleichrichterdiode 150 zwischen den Eingang 142 und die Schaltkreismasse 91 gelegt

Wenn während des Betriebs ein Wechselstromsignal am Eingang 99 anliegt, bewirkt die Gleichrichterdiode 150, daß ein gepulstes positives Gleichspannungssignal am Verstärkereingang 142 erscheint. Wenn das dem Eingang 99 zugeführte Signal aufgrund einer Berührung des Berührungsteils 68 (vergleiche F i g. 5 und 6) abfällt, fällt auch die Spannung am Verstärkereingang 142 ab und veranlaßt daß ein Signal am Ausgangsanschluß 146 und am Ausgang 100 des Empfängers erzeugt wird. In dieser Schaltung wird das Vorhandensein eines Signals durch eine logische Null, d. h. eine niedere Spannung, dargestellt

Fig. 11, die mit Fig.7 vergleichbar ist zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die erfindungsgemäße leitende Schirmungsplatte bei einem Berührungsschaltersystem eingesetzt ist, das mehrere Berührungsschalteranordnungen aufweist, die zueinander benachbart angeordnet sind. In F i g. 11 ist die Rückseite nur einer Gruppe gezeigt die drei Berührungsschalteranordnungen en'.hält Die Vorderseite enthält drei Berührungsteile, die mil den zuvor geschilderten Berührungsteilen identisch sind. Die drei Berührungsschalteranordnungen enthalten Senderteile 152,154 und 156 und entsprechende Empfängerteile 158, 160 und 162, die alle auf der Rückseite 164 des dielektrischen Schichtelements angeordnet sind. Da alle drei Senderteile 152,154 und 156 mit dem Ausgang eines einzigen Senders verbunden werden sollen, sind sie miteinander über einen leitenden Schaltungspfad 166 verbunden, und es braucht daher lediglich eines der Senderteile direkt mit dem Senderausgang verbunden zu werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner eine leitende Schirmungsplatte 168 auf der Rückseite 164 des dielektrischen Schichtelements angeordnet und umgibt

ίο alle Rückseitenteile.

Es ist daher erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Vorteile sich auch mit Mehrfach-Berührungsschalteranordnungen verwirklichen lassen, selbst wenn die einzelnen Paare der Rückseitenteile im wesentlichen nicht individuell durch die Schirmungsplatte 168 umgeben werden.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schirmungsplatte. Die kapazitive Berührungsschalteranordnung 170 enthält, wie alle zuvor geschilderten Ausführungsformen, ein dielektrisches Schichtelement 172, das als eine Platte bzw. Frontplatte dient Das Schichtelement 172 besitzt eine Vorderseite 174 und eine Rückseite 176, es enthält zusätzlich ein leitendes Berührungsteil 178, das auf der Vorderseite 174 angeordnet ist Zwei Rückseitenteile 180 und 182 sind auf der Rückseite 176 angeordnet Die Rückseitenteile 180 und 182 werden durch Federkontakte 184 und 186 kontaktiert um eine Verbindung zu einem Sender bzw. einem Empfänger zu verwirklichen.

Eine erfindungsgemäße Schirmungsplatte enthält eine metallisierte Klebeschicht, die mit 188 bezeichnet ist und auf die Rückseite 176 des dielektrischen Schichtelements 172 aufgebracht ist. Die metallisierte Klebeschicht 188 besitzt einen Sandwich-Aufbau mit einer Metallfolie 190 auf der einen Seite, und einer Klebeschicht 192 auf der anderen Seite eines flexiblen Bahnenmaterials 194. Das flexible Bahnenmaterial 194 kann aus irgendeinem beliebigen geeigneten Material, z. B. aus Papier oder einer Kunststoffschicht bestehen.

In dieser Ausführungsform stellt die Metallfolie 190 die tatsächliche Schirmungsplatte dar, die den zuvor geschilderten Schirmungsplatten 36 (F i g. 1 und 3), 86 (F i g. 5 und 7) und 168 (F i g. 11) vollständig äquivalent ist Es sei darauf hingewiesen, daß die Dicken der verschiedenen Schichten des Schichtmaterials 188. insbesondere die Dicke der Klebeschicht 192 aus Übersichtlichkeitsgründen stark übertrieben dargestellt sind. In der Ausführungsform gemäß Fig. 12 ist die Metallfolie 190, wie schon in der Ausführungsform nach Fig. 1, durch einen Federkontakt 196 kontaktiert, um eine Verbindung mit einem Bezugspunkt des Schaltkreises, z. B. der Masse 198 herzustellen.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Abschirmstruktur für eine kapazitive Berührungsschalteranordnung, die wirksam das Ansprechen oder die Ansprechsignale des Systems auf fremdartige Einwirkungen oder Erregungen reduziert und dabei die Vorderseite der Frontplatte oder des Paneels nicht stört

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Berührungsschalter mit einem dielektrischen Schichtelement mit Vorder- und Rückseiten, mit einem Berührungsteil, das auf der Vorderseite des dielektrischen Schichtelementes angeordnet ist, und mit mindestens einem leitenden Abfühlteil, das auf der Rückseite des dielektrischen Schichtelementes angeordnet ist, das ferner mit zumindest einem Teilbereich das Berührungsteil überlappt und das mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer Berührung des Berührungsteils verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Berührungsteil (26; 68; 178), das in Verbindung mit dem Abfühlteil (28; 70, 72; 158, 160, 162; 108, 182) die beiden Platten eines Kondensators (41; 94, 9C) bildet, durch eine leitende Abschirmungsplatte (36; 8S; 168; 190), die auf der Rückseite des dielektrischen Schichtelementes (20; 62; 164; 172) angeordnet ist und das Abfühlteil (28; 70, 72; 158, 160, 162; 180, 182) im wesentlichen umgibt, ohne dieses jedoch zu berühren, und durch eine Einrichtung (38; 89; 1%) zum Verbinden der Abschirmplatte (36; 86; 168; 190) mit einem gemeinsamen Schaltungsbezugspunkt (40; 87; 198).

2. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungsplatte (36; 86; 168; 190) im wesentlichen koplanar mit dem Abfühlteil (28; 70, 72; 158, 160, 162; 180, 182) angeordnet ist

3. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material der Abschirmungsplatte (36; 86; 168) direkt auf die Rückseite des dielektrischen Schichtelementes (20; 62; 164) aufgebracht ist.

4. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungsplatte (188) einen Sandwich-Aufbau mit einer Metallfolie (190) und eine Klebeschicht (192) auf je einer Seite eines flexiblen Schichtmaterials (194) besitzt und mit ihrer Klebeschicht auf die Rückseite (176) des Schichtelementes (172) aufgebracht ist

5. Berührungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfühlteil (72, 70; 182, 180) in zwei Abschnitte unterteilt ist, von denen wenigstens ein Teilbereich das Berührungsteil (68; 178) überlappt, wobei der eine Abschnitt (70) mit einer Wechselstromsignalquelle (74) und der andere Abschnitt (72) mit einem Empfänger (80) verbunden ist.