ПЛЕНОЧНАЯ СЕНСОРНАЯ ЕМКОСТНАЯ КЛАВИАТУРА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области реализации интерфейса управления приборами - лицевых панелей управления и клавиатур - используемых во всех областях деятельности человека (от бытовой техники до промышленной аппаратуры).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сенсорные клавиатуры и сенсорные панели управления используются в качестве устройств ввода для всевозможного оборудования и приборов. В отличие от клавиатур с контактными замыкателями, сенсорная клавиатура не содержит механических замыкающих контактов и им подобных решений, деформируемых при работе клавиш. Сенсорная клавиатура состоит из поверхности касания, к которой приближается или которой касается контактирующий объект, такой как часть человеческого тела, например, палец, или кончик ручки; схемы обнаружения, которая генерирует электрический сигнал, соответствующий позиции прикосновения на поверхности касания, при этом указанная позиция определяется приближением или прикосновением; и подобных элементов.
Термин «клавиатура» в данном случае используется для того, чтобы показать, что поверхность касания является «чувствительной» только в определенных областях, ограниченных некоторым размером и формой, т.е. представляющих своего рода виртуальные клавиши на сплошной поверхности касания. В готовом изделии положение этих клавиши на поверхности касания не может быть изменено, так же как не могут быть изменены их форма, размер или количество. Таким образом, сенсорная клавиатура не может ассоциироваться с подобием сенсорного экрана, вся поверхность которого является чувствительной к касаниям, и на котором положение, размер, количество, функция и другие параметры органов управления (клавиш, пиктограмм, надписей и т.п.) могут быть изменены.
Были разработаны различные сенсорные технологии, применяемые в том числе в клавиатурах. Одной из них является технология, основанная на контроле электрической емкости, изменяющейся при приближении к поверхности касания некоторого объекта, такого как часть человеческого тела, например, пальца. Типовая сенсорная емкостная клавиатура состоит из поверхности касания, изготовленной из непроводящего (диэлектрического) материала; по крайней мере одного электрода обнаружения, представляющего собой плоский элемент (обычной круглой формы) из проводящего материала, нанесенного на подложку из непроводящего (диэлектрического) материала и имеющего электрический контакт со схемой обнаружения; электронной схемы обнаружения, которая контролирует изменение емкости и генерирует электрический выходной сигнал, соответствующий позиции касания, и других сопутствующих элементов. Электроды обнаружения расположены под поверхностью касания. Основной частью схемы обнаружения является контроллер касаний, обычно представляющий собой специализированную микросхему, входы которой электрически соединены с электродами обнаружения, и на выходе (или выходах) которой формируется выходной сигнал.
Распространенная реализация емкостной сенсорной клавиатуры показана на Фиг. 1. Она представляет собой жесткую печатную плату (1) из металлизированного стеклотекстолита, на одной (верхней) стороне которой методом травления меди выполнены электроды обнаружения (2), а на другой (нижней) стороне таким же образом выполнена электрическая схема, а также установлены все электронные компоненты схемы обнаружения (3), включая контроллер касаний. Поверхностью касания (4) обычно служит внешняя поверхность корпуса прибора, обычно представляющая собой отлитую из пластика деталь. Печатная плата располагается под поверхностью касания так, чтобы ее верхняя сторона с электродами обнаружения была обращена к пользователю. На поверхности касания выполняются изображения клавиш. Каждое такое изображение расположено над одним из электродов обнаружения. Касание пальцем поверхности касания (а фактически лишь приближение пальца к электроду обнаружения на расстояние равное толщине поверхности касания) приводит к изменению емкости, регистрации этого события схемой обнаружения и формированию схемой обнаружения выходного сигнала (https://yandex.ru/images/search?text=сенсорная%20клавиатура%20-%20чертежи&noreask=1&img_url=http%3A%2F%2Fgamma.spb.ru%2Fpictures%2Fmanager%2Fmtouch_cap2.jpg&pos=8&rpt=simage&lr=47).
Основным недостатком такой реализации является необходимость располагать печатную плату, которая имеет достаточно большую высоту, вплотную к поверхности касания, что делает конструкцию узла громоздкой и сложной в изготовлении. Кроме этого, печатная плата на основе стеклотекстолита может быть исключительно плоской, что затрудняет реализацию криволинейных поверхностей касания. Также, такая конструкция подразумевает применение литьевых деталей, требующих для их изготовления дорогостоящей литьевой оснастки.
Из существующего уровня техники также известен емкостный сенсорный элемент, содержащий основание (1) в виде пленки или пластины, которое сформировано из изолирующего материала и имеет гибкую или пространственную форму, (2) электрод обнаружения, расположенный по меньшей мере на части одной поверхности основания (1) и сформированный из светопропускающего проводящего слоя, содержащего углеродную линейную наноструктуру, такую как углеродная нанотрубка, и выводной провод (3), являющийся выводом от электрода (2) обнаружения. (Описание изобретения к патенту РФ №2498390, МПК G06F 3/044, Опубликовано: 10.112013).
Основным недостатком является невозможность создания законченного компактного устройства, совмещающего в единой конструкции все основные части - поверхность касания, электроды обнаружения и схему обнаружения. Это приводит к необходимости выполнять схему обнаружения на основе отдельной жесткой печатной платы и использовать достаточно длинные проводники, чтобы соединить схему обнаружения с электродами обнаружения. Это приводит к росту числа ложных срабатываний из-за электромагнитных наводок на проводниках, соединяющих входы контроллера касаний и электроды обнаружения.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В основу полезной модели поставлена техническая задача - совмещение в едином конструктиве (на основе единой пленочной печатной платы) всех основных частей сенсорной клавиатуры - поверхности касания, электродов обнаружения и схемы обнаружения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, состоит в повышении стабильности работы клавиатуры за счет минимизации расстояния от электродов обнаружения до входных портов контроллера касаний.
Решение поставленной задачи достигается путем сочетания использования известных признаков, включающих основание в виде пленки, которое сформировано из изолирующего материала, электрод обнаружения, электронные компоненты схемы обнаружения и поверхность касания,
И новых признаков введенных в конструкцию, а именно: основание выполнено в виде гибкой двухсторонней пленочной печатной платы, на верхней стороне которой выполнены электроды обнаружения; на нижней стороне двухсторонней пленочной печатной платы выполнены проводники электрической схемы, установлены электронные компоненты схемы обнаружения, включая контроллер касаний; поверхность касания выполнена в виде пленки; для соединения слоев сенсорной емкостной клавиатуры между собой используются клеевые слои.
При этом:
На пленку, из которой выполнена поверхность касания, может быть нанесено графическое печатное изображение;
Клеевой слой может быть нанесен на верхнюю сторону поверхности касания, чтобы обеспечить возможность монтажа сенсорной емкостной клавиатуры с обратной стороны какой-либо поверхности;
Клеевой слой может быть нанесен на нижнюю сторону пленочной печатной платы, скрывающий в своей толщине электронные компоненты схемы обнаружения, а также для крепления всего изделия к какой-либо поверхности (например, передней стенке прибора).
Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предполагаемой полезной модели в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено, что позволяет отнести данное техническое решение к решениям, обладающим новизной.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Такое решение обеспечивает минимальную толщину изделия с интегрированным контроллером, что позволяет встраивать технологию сенсорного емкостного управления в компактные приборы.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показана типовая (распространенная) конструкция сенсорной емкостной клавиатуры на основе жесткой печатной платы.
На фиг. 2 представлена схема конструкции пленочной сенсорной емкостной клавиатуры.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Пленочная сенсорная емкостная клавиатура включает поверхность касания (1), выполненную в виде пленки из прозрачного диэлектрического материала, выполняющую защитную функцию и несущую графическое изображение; клеевого слоя (2), необходимого для соединения поверхности касания с лежащей ниже гибкой двухсторонней пленочной печатной платой (3). На верхней стороне гибкой пленочной печатной платы выполнены электроды обнаружения (4). На нижней стороне пленочной печатной платы установлены электронные компоненты схемы обнаружения, включая контроллер касаний (6). Клеевой слой (5) нанесен на нижнюю сторону пленочной печатной платы, скрывающий в своей толщине электронные компоненты схемы обнаружения, а также необходимый для крепления всего изделия к целевой поверхности (например, передней стенке прибора).
Предложенное техническое решение позволяет создать единую высокоинтегрированную конструкцию со следующими ключевыми преимуществами:
1. Пленочная сенсорная емкостная клавиатура является законченной конструкцией, что облегчает его интеграцию в конечное изделие (прибор или оборудование) и повышает надежность работы.
2. Пленочная сенсорная емкостная клавиатура обладает малой толщиной, что позволяет применить ее в составе компактных приборов.
3. Гибкость пленочной печатной платы позволяет установить пленочную сенсорную клавиатуру на приборы с изогнутой лицевой поверхностью (с кривизной 1-го порядка);
4. Нет необходимости использовать жесткую печатную плату, что снижает габариты, сложность конструкции и стоимость;
5. Пленочная сенсорная емкостная клавиатура является герметичным изделием, что позволяет использовать его в условиях повышенной влажности и запыленности.