DE2524437C3 - Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft die Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes KoDDelelied

aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Koppelglieder angeordneten Schaltungstafel, die in einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle dekkungsgleich zu jedem Koppelglied in einer Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinanderliegende Flächenelektroden aufweist, von denen die eine als Speiseelektrode an einer Wechselspannung liegt und die andere als Empfangselektrode mit einem Verstärker verbunden ist, wobei alle Flächenelektroden der Schaltungstafel und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Matrixsystem von Kopplungsstellen bilden.

Derartige Schalttafelstrukturen sind zweckmäßigerweise ein Bestandteil von kapazitiv gekoppelten Tastaturen, insbesondere für tastenbediente Geräte der Daten- und Textverarbeitung, wie Rechen- und Schreibmaschinen, oder Druck- und Setzmaschinen zur Eingabe von Schriftzeichen, Daten, Informationen und/oder Steuerungsbefehlen.

Es sind bereits kapazitive gekoppJte Tastaturen bekannt, bei denen das unlere 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 der Kopplungsglieder eine Schaltungstafel als Träger von Flächenelektroden und Verbindungsleilungen angeordnet. Unter jedem Tasten-Koppelgli .-d ist die Oberseite der Schaltungstafel mit einem Paar flächenhaften Elektroden belegt, die voneinander isoliert nahe beieinander liegen und zueinander eine geringe Koppelkapazität aufweisen. Von den paarweise angeordneten Elektroden ist eine, die nachfolgend als Speiseelektrode bezeichnet wird, mit einer Wechselspannungsquelle verbunden, die hochfrequente Signale liefert. Die andere, als Empfangselektrode bezeichnete Flächenelektrode ist über eine Ausgangsleitung mit einem Verstärker, einem Detektor oder mit logischen Schaltkreisen verbunden. Das Koppelglied einer Taste, die Speiseelektrode und die Empfangselektrode bilden eine kapazitive Koppelstelle bzw. einen variablen Blindwiderstand, der elektrisch aus zwei in Reihe geschalteten veränderlichen Kondensatoren gebildet wird. In der Ruhestellung der Taste ist die Gesamtkapazität einer Koppelstelle klein bzw. der Blindwiderstand hoch, und in der Auslenkstellung der betätigten Taste ist die Gesamtkapazität relativ groß und der Blindwiderstand klein. Der Kopplungsstelle nachgeschaltete logische SchaUungskreise oder Detektoren werden von den Kapazitätsänderungen bzw. den Änderungen des Blindwiderstandes beeinflußt.

Bei den kapazitiv gekoppelten Tastaturen sind die Kopplungsstellen vorzugsweise in Form einer Matrix angeordnet, die aus M-Zeilen und Λ'-Spalten besteht. So sind beispielsweise in M-Zeilen die Speiseelektroden und in /V-Spalten die Empfangselektroden kreuzweise miteinander verbunden.

Als Stand der Technik ist bekannt:

Deutsche Offenlegungsschrift 19 40 554. Diese offenbart ein federnd auslenkbares Tastenelement für 6υ Eingabeeinrichtungen als Umwandler einer mechanischen Bewegung in ein elektrisches Signal. Bei diesem kapazitiven Tastenelement ist das auslenkbare Koppelglied an seiner Unterseite isoliert und ist über zwei parallelen, auf einer Schaltungstafel befestigten, als (>s Elektroden dienenden Leiterstreifen angeordnet.

Deutsche Offenlegungsschrift 22 47 972. Diese offenbart eine Abfühleinrichtung für eine Kapazitätsmatrix, bei der die kapazitiven Kopplungsstellen zeilen- oder spaltenweise angesteuert und entsprechend zeilen- oder spaltenweise auf das Vorhandensein von Ausgangssignalen abgetastet werden.

Deutsche Offenlegungsschnft 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 Einzelheiten der elektronischen Schaltkreise erläutert sind, die irn Zusammenhang mit einer kapazitiv gekoppelten elektronischen Matrix-Tastatur verwendet werden. Auch in der USA-Defensive Publication T 9 04 008 ist eine Verstärkerschaltung sowie die allgemeine Schaltung für eine kapazitive Matrix für die Benutzung mit einer kapazitiven Tastatur beschrieben.

Bei den kapazitiven Tastaturen besteht die allgemeine Forderung, die Schaltungsanordnung, insbesondere an den Kopplungsstellen, die Oberflächen der Kopplungsgüeder und der Flächenelektroden vor Verschmutzung, Korrosion und Einwirkungen der Luftfeuchte sowie anderen Umwelteinflüssen zu schützen.

Besonders 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 Flächenelektroden. Um die Streukapazitäten und den Grundpegel der Kapazität einer Kopplungsstelle in einer Schaltungstafel möglichst klein zu halten, ist man bestrebt, die Leitungen zu den Speise- und Empfangselektroden so zu führen, daß diese Leitungen einen möglichst großen Abstand zueinander aufweisen. Es ergeben sich jedoch dann Schwierigkeiten, wenn beispielsweise in der Matrix-Schaltungsanordnung eine große Anzahl von Kreuzungspunkten der Leitungen vorkommt. Die Vermeidung von Kreuzungen und die Lösung dieser Schwierigkeiten erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die Leitungen auf den beiden Oberflächen einer Schaltungs·· platte angeordnet werden, wobei allerdings die Verbindungen zwischen Schaltungsteiien, z. B. zu den Flächenelektroden, durch innenplattierte Löcher erfolgen muß, die die Schaltungsplatte durchdringen. Diese· Leitungsführungstechnik ist bei den sogenannten gedruckten Schaltungstafeln allgemein gebräuchlich.

Auf diese Weise ist es zwar möglich, sehr flache Strukturen von Schaltungstafeln herzustellen, was bei Tastaturen immer erstrebenswert ist, doch ergeben sich große Herstellungskosten und häufig Fehler wegen der Schwierigkeiten, die bei der Herstellung guter innenplattierter Löcher und komplizierter Leitungsmuster auf beiden Seiten einer Schaltungstafel auftreten.

Es wäre deshalb 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 Anordnune von Leitungen auf beiden Seiten

einer Schaltungstafel nicht herumkommt, wenn die Mx /V-Matrix größer als 2 χ 2 Kopplungsstellen ist, und außerdem die M- und /V-Leitungen zwecks Verbindung mit der übrigen Schaltungsanordnung an einen Rand der Schaltungstafel geführt werden müssen, da es nicht s möglich ist, ohne Verwendung komplizierter isolierter Leitungskreuzungen auszukommen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Struktur einer Schaltungstafel für eine kapazitiv gekoppelte Tastatur 2:u schaffen, bei der die Schaltungsanordnung der Flächenelektroden und der Verbindungsleitungen gegen Verschmutzung, Luitfeuchtigkeitseinfluß und sonstigen Umwelteinwirkungen geschützt sind. Andere Forderungen bestehen darin, daß die vorstehend erwähnten Nachteile und Mängel von is bekannten Schaltungstafein für 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 Seiten 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 gewährleistet sein muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 Schaltungsanordnung 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 Wechselspannungsquelle 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 Blindelektroden und andererseits die Kopplungselektroden und die Empfangselektroden 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 eine dielektrische Folie in zwei Schichten deckungsgleich übereinander liegen.

Die Reihenkapazität einer Kopplungsstelle setzt sich aus zwei veränderlichen Kapazitäten und einer festen Kapazität zusammen. Eine erste veränderliche Kapazität besteht zwischen der Speiseelektrode und dem Koppelglied, die zweite veränderliche Kapazität besteht zwischen dem Koppelglied und der Kopplungselektrode und die feste Kapazität besteht zwischen der Koppelelektrode und der Empfangselektrode. Die feste Kapazität zwischen der Speiseelektrode und de Blindelektrode hat einen vernachlässigbaren kleinen Einfluß auf die Kopplungsstelle. Die Blindelektrod kann deshalb in der Tafelstruktur auch ein elektrisch nichtleitendes Distanzstück sein, dessen Zweck darin besteht, die Herstellung einer planen Schaltungstafel zu ermöglichen.

Die erste und die zweite Schaltungsanordnung, die jeweils die Elektrodenpaare, die Verbindungsleitungen und die zungenförmigen 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 zweckmäßigerweise au den zueinander zeigenden Seiten der oberen und unteren Platte als spiegelbildliche Muster der Flächen elektroden. Zur Herstellung einer kompakten Schaltta felstruktur werden die beiden äußeren Platten unter Beifügung der mittleren Trennfolie zusammengefügt. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Schaltungsanord nungen auf beiden Seiten der mittleren Platte anzubringen, so daß die Flächenelektroden deckungs gleich übereinanderliegen.

Die beiden Schaltungsanordnungen in einer Schal tungstafel können mittels eines Druckverfahrens unter Verwendung von leitender Farbe auf die isolierende Platten oder Folien aufgebracht werden, oder auch durch ein lithographisches Verfahren, bei dem die Flächenelektroden, die Leiterbahnen und die zungen förmigen Anschlußflächen aus einer plattierten Kupfer schicht geätzt werden.

Weitere Einzelheiten über die erfindungsgemäße Struktur einer Schaltungstafel für kapazitiv gekoppelte Tastaturen werden nachstehend in einem Ausführungs beispiel anhand von Zeichnungen beschrieben.

Von den Zeichnungen stellen dar

Fig. IA die auf eine Isolierplatte aufgebrachte erste Schaltungsanordnung einer kapazitiven Matrix-Tasta tür,

Fig. IB eine zweite bis auf die Anschlußflächen spiegelbildliche Schaltungsanordnung des ersten Schal tungsmusters gemäß IA,

F i g. 2 in einer vergrößerten und auseinandergezoge nen schematischen Abbildung den Querschnitt durch die »Sandwich«-Struktur der Schaltungstafel, die sich beim Zusammenbau der die Schaltungsanordnungen tragen den Platten gemäß den Fig. IA und IB mit einer Zwischenisolation ergibt.

Die F i g. 1A zeigt eine flexible Schaltungsplatte deren Isolierplatte 1 vorzugsweise aus dünnen dielektri schem 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 erster Flächenelektroden 2 und 3 kopianar angeordnet, wöbe jeweils ein Paar Flächenelektroden der Kopplungsstellc einer Taste zugeordnet sind. Ein derartiges erstes Paa Flächenelektroden 2,3 wird aus einer Speiseelektrode; und einer Kopplungselektrode 3 gebildet, die, wie die F i g. 1A zeigt, die gleiche rechteckige Flächenforn aufweisen und voneinander isoliert sind, jedoch nah« beieinander liegen. Die Speiseelektroden 2 sind durcl Leiterbahnen 4, die sich vorwiegend in Längsrichtun, bzw. vertikaler Richtung der Isolierplatte 1 erstreck« untereinander verbunden und sie bilden im montierte Zustand in einer Schaltungsmatrix Reihen und Spalte (M, N). Die Leiterbahnen 4 sind einzeln mit zungenför migen Anschlußflächen 5 verbunden, die an einem Ran

der Isolierplatte 1 angeordnet angeordnet sind. Wie aus der Fig. IA weiter zu ersehen ist, sind die Kopplungselektroden 3 nicht miteinander verbunden, sondern sie bilden isolierte Inseln in der ersten Schaltungsanordnung.

Dieses Ausführungsbeispiel der Struktur einer mehrschichtigen Schaltungstafel enthält gemäß Fig. 2 eine Matrix von in zwei Ebenen liegenden ersten und zweiten Paaren von Flächenelektroden 2, 3 und 2', 3', die durch die mittlere dielektrische Platte 6 voneinander getrennt, kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Die in der oberen Ebene liegende erste Schaltungsanordnung, welche die ersten Paare von Flächenelektroden 2,3 und die Verbindungsleitungen 4 sowie Anschlußflächen 5 enthält, sind beispielsweise den Af-Zeilen der SchaltUngSiTlatriX ZügCOrunCt. in \jCT ινίαΐΠΧ Smu in Und 11 ganze Zahlen. Die kapazitive Kopplungsstelle jeder Taste in der Tastatur wird aus einem ersten und einem zweiten Paar Flächenelektroden 2, 3 und 2', 3' gebildet, wobei das erste Elektrodenpaar 2, 3 in einer der M-Zeilen der Matrix enthalten ist und das zweite Elektrodenpaar 2', 3' in einer der A/-Spalten.

In Fig. IB ist eine zweite Schaltungsplatte Γ mit einer spiegelbildlichen zweiten Schaltungsanordnung der in Fig. 1A abgebildeten ersten Schaltungsanordnung dargestellt. Diese zweite Schaltungsanordnung nach Fi g. 1 B enthält zweite Paare von Flächenelektroden 2' und 3', die deckungsgleich zu den ersten Paaren von Flächenelektroden 2,3 der ersten Schaltungsanordnung sind. Jedes Paar der zweiten Flächenelektroden 2', 3' besteht aus gleichen Elektrodenflächen, von denen die eine als Blindelektrode 2' und die andere als Empfangselektrode 3' bezeichnet wird. Die Blindelektroden 3' bilden auf der Isolierplatte Γ, bzw. in der zweiten Schaltungsanordnung isolierte Inseln und sie dienen lediglich als Distanzelemente, damit bei der fertigen Schaltungstafel eine plane Oberfläche erreicht wird. Anstelle der Blindelektroden 3' sind auch elektrisch nichtleitende Distanzstücke verwendbar. In der zweiten Schaltungsanordnung nach Fi g. 1B sind die einzelnen Empfangselektroden 3 durch Leiterbahnen 4 untereinander verbunden, welche sich vorzugsweise in horizontaler Richtung auf der Isolierplatte !'erstrecken. Diese Leiterbahnen 4 bilden bei einer fertigen Schaltungstafel in der Schaltungsmatrix Zeilen oder Spalten, die zu zungenförmigen Anschlußflächen 5 am Rand der Schaltplatte geführt sind. Da die Blindelektroden 2' nicht angeschlossen sind, ist die Situation in der zweiten Schaltungsanordnung also genau umgekehrt zu der in F i g. 1A gezeigten ersten Schaltungsanordnung. Die Isolierplatte 1' dieser Schaltungsplatte, welche als untere Hälfte der fertigen Schaltungstafel in diesem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 dient, kann flexibel oder starr sein. Falls diese Isolierplatte Γ starr ist, kann sie als Träger der oberen flexiblen Schaltplatte dienen, wobei dann die Dicke der unteren Isolierplatte Γ belanglos ist

Die beiden Schaltungsplatten sind nach verschiedenen bekannten Verfahren herstellbar, bei denen die beiden Schaltungsmuster dadurch erzeugt werden, daß z. B. die Leiterbahnen 4, die Flächenelektrodenpaare 2, 3 und T, 3' sowie die zungenförmigen Anschlußflächen 5 mittels elektrisch leitender Tinte- oder Leitfarbe jeweils auf eine Oberflächenseite der Isolierplatten 1 und Γ aufgedruckt werden. Die Erzeugung der ersten und zweiten Schaltungsmuster ist auch mittels konventioneller Photosätz-Techniken oder Metall-Plattierungsverfahren möglich. Als bevorzugtes Herstellungsverfahren für die Schaltungsanordnung von bereits als Muster gefertigten Schaltungstafeln wurde eine Drucktechnik angewandt unter Verwendung von Silbertinte als Leitmaterial. Eine derartige Drucktechnik ist einfacher und weniger teuer als die bekannten Photoätz- bzw. Metallplattierungs-Verfahren.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde und wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, enthält die fertige mehrschichte Schaltungstafel in ihrer Struktur eine obere, eine

ίο mittlere und eine untere Isolierplatte 1, 6, Γ. Es ist zweckmäßig, wenn diese drei Isolierplatten, insbesondere die obere und die mittlere, gute dielektrische Eigenschaften aufweisen. Die mittlere Isolierplatte 6 dient als dünne Trennschicht der unmittelbar an beiden Oberflächenseiten aneinanderliegenden ersten und zweiten Schaltungsanordnungen. Diese mittlere Isolierplatte 6 ist zweckmäßigerweise eine Folie, die die beiden Schaltungsanordnungen vollständig überdeckt.

In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie die Fig. 2 zeigt, die erste Schaltungsanordnung auf der Unterseite der oberen Isolierplatte 1 angeordnet und die zweite spiegelbildliche Schaltungsanordnung befindet sich auf der Oberseite der unteren Isolierplatte Γ. Es ist günstig, wenn in dieser Schalttafelstruktur eine der äußeren Isolierplatten 1 oder Γ starr und die andere flexibel ist, so daß sich die flexible Platte an die Unebenheiten der Oberfläche der starren Isolierplatte anschmiegen kann. In diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die untere Isolierplatte Γ ziemlich starr, da sie als Trägerplatte dient; die mittlere Folie 6 und die obere Isolierplatte 1 sind hingegen flexibel. Im fertigen Zustand ist die abgebildete mehrschichtige Schaltungstafel stabil und sie hat nur eine geringe Dicke.

Die Isolierplatten 1, 1' und 6 der kapazitiven Schaltungstafel sind, wie die F i g. 1A und 1B zeigen, mit Passungslöchern versehen, die die genaue Ausrichtung der Isolierplatten und der Schaltungsanordnung erleichtern. Zur Bildung der Schaltungstafel werden die beiden Isolierplatten I₁ 1', welche jeweils Hälften der Schaltungstafel bilden, unter Beifügen der mittleren dielektrischen Folie 6 aneinandergefügt, so daß die beiden Schaltungsanordnungen unmittelbar einander gegenüberliegen und lediglich durch die dielektrische Folie 6 voneinander getrennt sind. Die beiden Schaltungsplatten werden so aufeinandergelegt, daß die mit A bezeichneten Kanten zueinander ausgerichtet sind. Die sich dadurch ergebende Struktur der Schaltungstafel ist schematisch in Fig.2 als eine auseinandergezogene Schnittansicht dargestellt.

Die so gebildete »Sandwicrw-Struktur der Schaltungstafel besteht also aus einer unteren stabilen Isolierplatte Γ als Träger, die auf ihrer Oberseite mit der zweiten Schaltungsanordnung versehen ist, welche die zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2', 3' enthält,

SS sowie die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Anschlußflächen 5. Auf der zweiten Schaltungsanordnung liegt die dünne Isolierschicht 6 und auf dieser die erste Schaltungsanordnung, die auf der oberen Isolierplatte 1 haftet Diese erste oder obere Schal tu ngsanord- nung enthält die ersten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3, die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Anschlußflächen S. Im zusammengebauten Zustand der beiden Schaltplatten ist die folienförmige Isolierplatte 6 in Berührung mit den beiden Schaltplatten, welche nun eine Einheit und eine kompakte Schaltungstafel bilden.

In der F i g. 2 ist ausschnittsweise ein kleiner Teil der Schaltungstafel schematisch stark vergrößert und in auseinandergezogener Darstellung abgebildet, um eine

bessere Übersicht über die Funktion und Struktur der kapazitiven Schaltungstafel zu erhalten. Die Fig.2 zeigt, daß in einem Abstand über der Schaltungstafel ein elektrisch leitendes Koppelglied 7 an der Unterseite einer auslenkbaren Taste angeordnet ist. Durch nicht gezeigte Mittel kann dieses Koppelglied 7 beim Anschlag einer Taste mit der Oberseite der isolierplatte I in Berührung gebracht werden. Diese Annäherung des Koppelgliedes 7 bewirkt eine intensive kapazitive Kopplung zwischen den deckungsgleich darunterliegenden ersten Elektrodenpaar 2, 3, von denen die eine Elektrode als Speiseelektrode 2 und die andere als Kopplungselektrode 3 bezeichnet wird. Die flächenhafte Speiseelektrode 2 ist über die Leiterbahn 4 und die zungenförmige Anschlußfläche 5 mit einer Speisespannungsquelle 8 verbunden, welche Wechselstromsignale liefert. Diese Wechselstromsignale werden kapazitiv bei ausgelenktem Koppelglied 7 zur benachbarten Koppelelektrode 3 übertragen. Bei einer Kopplungsstelle besteht zwischen der Speiseelektrode 2 und dem Kopplungsglied 7 die veränderliche Kapazität Ci und zwischen dem Kopplungsglied 7 und der Kopplungselektrode 3 besteht die variable Kapazität C 2.

Während die ersten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3, bestehend aus der Speiseelektrode 2 und der Kopplungselekirode 3, 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 3' liegt eine Kopplungselektrode 3. Eine Kopplungselektrode 3 und eine Empfangselektrode 3' bilden eine feste Kapazität C3, die die Signale der Kopplungselektrode 3 auf die Empfangselektrode 3' koppelt. Die Empfangselektroden 3' sind über die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Ausgangsanschlüsse 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 Cl₁ C2 u;id C3. Die von der Wechselspannungsquelle 8 in eine Speiseelektrode 2 des ersten Elektrodenpaares 2, 3 gelieferten Signale werden durch das Koppelglied 7 über die veränderbare Kapazität Cl zur Kopplungselektrode 3 des ersten Elektrodenpaares 2, 3 übertragen, die mit dem Koppelglied 7 eine zweite veränderliche Kapazität C2 bildet. Die beiden Kapazitäten Cl und C2 sind praktisch gleich groß und sie haben ihren Maximalwert, wenn das Koppelglied 7 auf der Oberseite der Isolierplatte 1 anliegt Die dritte unveränderliche Kapazität C3 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 große feste Kapazität C4 besteht auch zwischen der Speiseelektrode 2 und der Blindelektrode 2'. Diese Kapzität C4 wird bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht benötigt.

Als mittlere Isolierplatte 6 wird vorzugsweise eine dielektrische Kunststoffolie verwendet, die auf beiden Seiten mit 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 aufeinanderliegenden Schaltungsplatten fest miteinander verbunden und sie bilden eine kapazitive Schaltungstafel mit einer mehrschichtigen Struktur. Die derart zusammengesetzte Schaltungstafel stellt eine dünne, beiseitig isolierte, symmetrische Schaltungsanordnung dar, die in zwei Zwischenschichten der Schaltungstafel eingebettet ist und die Wechselspannungssignale von den Eingangsanschlüssen zu den Ausgangsanschlüssen leiten kann, wenn ein Koppelglied 7 in geeigneter Weise in die Nähe eines Paares der Elektroden 2, 3 bzw. 2', 3' gebracht wird. Diese mehrschichtige Schaltungstafel kann auch flexibel hergestellt werden, falls es für den Anwendungsfall zweckmäßig ist, wenn die drei Isolierplatten I, Γ und 6 aus einem felxiblen Material bestehen.

Nach dem Zusammensetzen der drei Isolierplatten 1, Γ und 6 zu einer »Sandwich«-Struktur der Schaltungstafel wird zweckmäßigerweise im Anschluß an die Verklebung durch Zusammenpressen der aufeinanderliegenden Isolierschichten 1, Γ jeder Luft- und Feuchtigkeitsrest aus der mehrschichtigen Schalttafelstruktur entfernt. Durch die Verwendung vor. Klebstoff auf beiden Seiten der mittleren Isolierplatte 6 ergibt sich nach der Aushärtung des Klebstoffes eine versiegelte Struktur, bei der alle leitenden Schaltungsteile innerhalb des versiegelten Bereiches liegen. Ein besonderer Vorteil dieser aus mehreren Isolierschichten gebildeten Schaltungstafel besteht darin, daß keine galvanischen Verbindungen in den Isolierplatte I₁ Γ, 6 durch Löcher hindurchgeführt werden müssen. Durch die vorstehend beschriebene Schichtstruktur der Schaltungstafel wird die Notwendigkeit der Verwendung von innen plattierten Löchern vermieden und eine einfache, kostensparende Fertigungsweise erreicht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine mehrschichtige kapazitive Schaltungstafel wurden für die obere und die unlere Isolierplatten 1 und Γ der Schichtstruktur eine Kunststoffolie von je 0,05 mm Dicke verwendet.

Die die Kapazitäten Cl ... C4 bildenden flächenhaften 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 Größe 12, 5 χ 5 mm gewählt, wobei jeweils ein Paar Elektroden 2,3 und 2', 3' nebeneinander auf einer Fläche von 12,5 auf 12,5 mm angeordnet waren bei einem Mittenabstand der Flächenelektroden von etwa 18,5 mm.

Die in der Fi.g. 2 angedeuteten Kapazitäten Cl und C2 sind von der Elektrodenfläche, der Dicke und die Dielektrizitätskonstanten der oberen Isolierplatte 1 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 Restkapazität von weniger als 1 pF für die Reihenanordnung von Cl, C2. Die feste Kapazität C 3, die die Signale von der oberen

Koppelelektrode 3 durch die mittlere Isolierplatte 6 auf die Empfangselektrode 3' überträgt, hat eine Kapazität von etwa 4 bis 5 pF. Da die feste Kapazität C3 in Reihe mit der Gesamtkapazität von Cl, CI liegt, welche bei betätigter Taste etwa 11 pF beträgt, ergibt sich bei 5 einem Tastenanschlag eine Kapazitätsänderung von angenähert 9 pF. Diese Kapazitätsänderung ist mehr als genug für eine zuverlässige Aussteuerung von Abtast- und Treiberschaltungen, die auf Kapazitätsänderungen von weniger als einem pF ansprechen. ,₀

Die silberhaltige Leitfarbe, die zum Drucken der flächenhaften Elektroden 2, 2' und 3, 3' auf den beiden Isolierplatten 1 und Γ benutzt wurde, hatte einen Widerstand von etwa 2 Ohm, gemessen an einer quadratischen Fläche. Die gedruckte Fläche einer Elektrode hat somit einen relativ hohen ohmschen Widerstandswert im Vergleich zur üblichen Leitungsverdrahtung durch Kupferleiter, die praktisch einen vernachlässigbaren kleinen Widerstandswert aufweist. Diese relativ hohen ohmschen Widerstandswerte dieser gedruckten Schaltungsanordnungen stellen im Vergleich zu den kapazitiven Blindwiderständen dieser Schaltungsanordnung kein Problem dar, weil in der Schaltungstafel keine Gleichströme fließen. Weil im Zusammenhang mit der beschriebenen kapazitiven 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 fließen, hat dieser reelle Widerstand keinen großenEinfluß auf den Scheinwiderstand der Schaltungsanordnung und ist praktisch vernachlässigbar.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles 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 entsprechen — in den Isolierplatten der Schaltungstafel innenplattierte Löchern zur Zwischenverbindung bzw. zum Anschluß der Flächenelektroden vermieden werden und daß eine zuverlässige kapazitive Schaltungstafel herstellbar ist, die außerordentlich einfach zu fertigen und kostengünstig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes Koppelglied aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Koppelglieder angeordneten Schaltungstafel, die in einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle deckungsgleich zu jedem Koppelglied in einer ι ο Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinanderliegende Flächenelektroden aufweist, von denen die eine ah Speiseelektrode an einer Wechselspannung liegt, und die andere als Empfangselektrode mit einem Verstärker verbunden ist, wobei alle Flächenelektroden der Schaltungstafel und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Matrixsystem von Koppelsteilen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungstafel mehrschichtig ist und übereinanderliegend eine untere, eine midiere und eine obere dielektrische Platte (1, 6, V) 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 Flächenelektroden (2,3 und 2', 3'), die Verbindungsleitungen (4) und die zungenförmigen Anschlußflächen (5) enthalten, daß für jede Kopplungsstelle der Tasten in der ersten Schaltungsanordnung jeweils ein erstes Paar Flächenelektroden (2, 3) und in der zweiten Schaltungsanordnung deckungsgleich dazu ein zweites Paar Flächenelektroden (2', 3') vorgesehen sind, daß ein erstes Paar Flächenelektroden (2, 3) aus einer mit einer Wechselspannungsquelle (8) verbundene 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 (2') oder einem Füllstück besteht und daß die Flächenelektroden (2, 2' und 3, 3') so angeordnet sind, daß einerseits eine Speiseelektrode (2) und eine Blindelektrode (2') und andererseits eine Kopplungselektrode (3) und die Empfangselektrode (3') einander gegenüberliegen.

2. Schalttafelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere als Trägerplatte vorgesehene Isolierplatte (I') stabil ist und daß auf deren Oberseite ein die zweiten Paare der Flächenelektroden (2', 3'), die Verbindungsleitungen (4) und zungenförmigen Anschlußflächen (5) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist, daß die obere Isolierplatte (I) flexibel ist und daß auf deren Unterseite ein die ersten Paare der Flächenelektroden (2, 3) die Verbindungsleitungen (4) und Anschlußflächen (5) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist und daß die mittlere Isolierplatte (6) eine die beiden Schaltungsmuster überdeckende Folie ist.

3. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindungsleitungen (4) zwischen den Flächenelektroden (2, 3 und 2', 3') und den Anschlußflächen (5) der einen Schaltungsanordnung vorwiegend in horizontaler Richtung und in der anderen Schal- ⁶S tungsanordnung vorwiegend in vertikaler Richtung sich erstrecken.

4. Schalttafelstruktur nach einem der AnsDrüche 2

oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Isolierplatte (V, 1) deckungsgleich sind, daß die Schaltungsmuster der Flächenelektrodeiipaare (2, 3 und 2', 3') auf den Plattenoberflächen zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, und daß :n 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, V) jeweils an der gleichen Randseite in breitere zungenförmige Anschlußflächen (5) übergehen, daß diese Anschlußflächen (5) der beiden Schaltungsanordnungen an den Plattenrändern gegeneinander versetzt sind und daß in den Plattenbereichen die Anschlußflächen (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 reit Leitfähigkeitsfarbe gedruckten oder nach photolithographischen Ätzverfahren hergestellten leitenden Mustern bestehen.

7. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Isolierplatten (1, 1', 6) der Schaltungstafel luft- und feuchtigkeitsdicht miteinander verbunden sind.

8. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (7) der auslenkbaren Tasten gegenüber den Kopplungsstellen in eine Ruhe- und eine Auslenkstellung bringbar sind, derart, daß bei einer Kopplungsstelle deren Reihenkapazität (C 1 ... C3) zwischen der Speiseelektrode (2) und der Empfangselektrode (3') in der Auslenkstellung der Taste wesentlich größer ist als in der Ruhestellung der Taste.

9. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Isolif.rplatten (1, Γ, 6) der Schaltungstafel angeordneten Flächenelektroden (2, 3 und 3, 3') und die Verbindungsleitungen (4) im zusammengebauten Zustand eine M χ /v'-Matrix mit M-Reihen und ΛΖ-Spalten bilden, die in zwei Ebenen übereinanderliegen, wobei M und N ganze Zahlen sind, und daß die M-Reihen der Matrix mit der Wechselspannungsquelle (8) und die /V-Spalten mit je einer Ausgangsfläche (5) verbunden sind.

10. Schalttafelstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an der oberen flexiblen Isolierplatte (1) haftenden Speiseelektroden (2) der ersten Flächenelektrodenpaare (2, 3) die M-Reihen der Matrix bilden, daß die an der unteren Isolierplatte (V) haftenden Empfangselektroden (3') der zweiten Elektrodenpaare (2', 3') die M-Reihen der Matrix bilden, und daß die Kopplungselektroden (3) und die Blindelektroden (2') keine Anschlußleitungen aufweisen.