CN114503062A - 由触摸感应传感器矩阵识别的构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由触摸感应传感器矩阵(40)检测的构造(10、11)，该构造包括：‑导电结构(12)，其中，该导电结构(12)包括环形触摸表面(13)和标记(15、16、17)；和‑电绝缘衬底材料(14)，该导电结构(12)附着在该电绝缘衬底材料(14)上，或者该导电结构(12)嵌入在该电绝缘衬底材料(14)中。本发明还涉及一种用于检测触摸感应传感器矩阵上的构造(10、11)的方法、一种用于制造该构造(10、11)的方法、一组构造以及包括该构造(10、11)的系统。

Description

由触摸感应传感器矩阵识别的构造

本发明涉及一种可由诸如触摸感应屏的触摸感应传感器矩阵检测的构造。该构造包括导电结构和电绝缘衬底材料，该导电结构设置在该电绝缘衬底材料上、或者该导电结构嵌入在该电绝缘衬底材料中。此外，本发明包括一组这样的构造、一种制造构造的方法、一种包括该构造和控制处理单元的系统、以及一种识别触摸感应传感器矩阵或触摸感应屏上的该构造的方法。如今，触摸感应屏(触摸屏)应用于各个领域。触摸感应屏用于例如智能手机、平板电脑和各种类型的机器中。这些触摸感应屏的一个优点是，可以通过屏幕进行输入和输出。触摸感应屏通常能够检测手指触摸屏幕的位置。

在许多触摸感应屏中，使用电容式触摸屏。在这些情况下，通常在玻璃中设置两个透明电线线栅，这两个透明电线线栅彼此正交地排列。这两个电线线栅中的上层线栅向下层线栅连续地发送电信号。当用手指触摸屏幕时，位于这两个透明电线线栅之间的绝缘层的电容发生变化，该点处的信号变弱。然后，处理器计算信号下降所在的位置，并将该位置和触摸的持续时间传递给设备上的软件。然后，该软件响应于该触摸执行相应的操作。

这种电容式触摸屏通常也可以同时检测大量的触摸(多点触摸显示器)，其通常不会设计为检测放置在触摸屏上的物体。而相反地，此类系统通常包括过滤器，以主动过滤掉由这些物体触发的触摸数据。

文献中提出了可由触摸感应屏检测的各种有源和无源输入单元、或通过触摸感应屏检测无源输入单元的方法。例如，US 2010/0149119 A1涉及一种监控电容式触摸屏的电容变化的信息处理设备。该电容变化是由导电材料引起的，该导电材料中可编码有图案信息，例如二维(QR)码。

对于使用输入单元对触摸感应屏进行流畅操作，应满足以下条件中的至少一个、至少两个或至少多个：

1、无论多个输入单元是否被用户触摸，且无论这些输入单元在触摸感应屏上的位置和朝向如何，都应当可以确定这些输入单元当前是否在该触摸感应屏上。

2、每个输入单元都应当是唯一可识别的。

3、该输入单元或多个输入单元在该触摸感应屏上的准确位置和/或朝向应当是可确定的。

4、快速移动的输入单元的位置和朝向的变化应当是可检测到的，且没有明显的延迟。

已经发现的是，现有技术中所示的许多系统不能令人满意地满足这四个条件中的至少一个、多于一个或全部。

在触摸感应屏的某些实施例中，该触摸感应屏设置有呈多行和多列的电极线，每行包括一控制线，每列包括一读出线。利用这种所谓的传感器矩阵，可以通过用电脉冲依次激励每条控制线、并测量每条读出线上的响应来测量电容。这种测量方法通常称为互电容式测量。这些相应的传感器通常称为互投射电容式触摸(mutually projectivecapacitive touch，mPCAP)传感器。对向电容(counter capacitance)测量的目的是测量控制线和读出线之间的电容的变化，该变化可以指示触摸的存在以及触摸的程度。但是，未完全接地的触摸产生的电荷可能会从控制线传递到读出线，而不是完全传递到地，这可能会使测量信号失真。这种影响在文献中称为重传。重传甚至可能在人的两根手指放下时发生。

触摸感应屏中的重传可能会产生多种影响。第一，重传可能会使触摸传感器控制单元将单个大触摸理解为多个触摸。第二，重传可能会降低触摸信号的幅度，从而降低触摸位置估计的准确性。例如，触摸传感器控制单元可能将触摸感应屏的左上部分中的触摸误解为触摸感应屏的上部中心部分中的触摸。第三，重传可能会以产生具有负幅度的所谓“反触摸”的方式，降低触摸幅度的值。

在文献和现有技术中，这些重传影响大多被认为是不利的。例如，公开文本US 9335 873 B2试图对上述重传的影响进行抵消。

托尼·格雷所著的、由施普林格在2019年出版的、ISBN为978-3-319-98391-2的《投射电容式触摸-工程师实用指南》("Projected Capacitive Touch-a practical guidefor engineers"by Tony Gray,Springer 2019,ISBN 978-3-319-98391-2)一书中，第17章和第18章中更详细地描述了重传。

本发明的目的是，提出一种可以由触摸感应传感器矩阵可靠地检测和识别的构造。本发明的另一个目的是，提供一种用于检测触摸感应传感器矩阵上的构造的方法，该方法能够至少部分地克服现有技术的缺点。

通过具有主权利要求的特征的构造、以及具有从属权利要求的特征的一组构造和包括构造和控制处理单元的系统来实现上述目的。此外，提出了一种用于制造构造的方法、以及一种用于识别触摸感应屏上的构造的方法。另外的实施例来自于从属权利要求的特征以及说明书和附图。

根据本发明，提供了一种由触摸感应传感器矩阵检测的构造，该构造包括：

-至少一个导电结构，所述导电结构具有环形触摸表面(环形接触表面)和至少一个标识，以及

-电绝缘衬底材料，该导电结构设置在该电绝缘衬底材料上、或者嵌入在该电绝缘衬底材料中。

特别是，该导电结构被设计为，在该构造被放置在触摸感应传感器矩阵上时，会引起电容变化，该触摸感应传感器矩阵的多个电容式传感器可对该电容变化进行检测，作为传感器数据，特别是在用户未触摸该构造时。在很多情况下，提供了彼此邻近布置的多个触摸感应传感器，其也可以称为传感器布设或传感器矩阵。然后，可以通过例如将该构造放置在传感器矩阵上、或通过该构造接触传感器矩阵，来进行输入。另外，如果还需要向用户输出，则可以提供诸如显示屏的输出单元。该传感器矩阵可以是触摸感应屏的部件，该触摸感应屏通常允许通过显示屏进行输出。然而，通过该显示屏输出不是强制性的。还可以想到的是，向用户进行不同类型的反馈，例如不同的视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。由于实践中，经常使用触摸感应屏，因此在下文中经常使用该术语。如本文所用，术语“触摸感应传感器矩阵”和“触摸感应屏”可以互换使用。在某些实施例中，该传感器矩阵是矩形的。该传感器矩阵可以由M列和N行组成，此时传感器的数量为M*N。

位于传感器矩阵或触摸感应屏上、并延伸跨过该传感器矩阵的多条电极线(或导线)的导电材料(也可称为电导材料)，可能会与接地的其他电极线(特别是水平电极线)产生电容耦合。它们引起与手指类似的信号变化。然而，其具有较低的信噪比，通常为1:3到1:20，这是由于需克服触摸感应屏的传感器玻璃两次。控制线的信号必须在控制线处穿过该传感器玻璃一次、并在读出线处穿过该传感器玻璃一次。传感器矩阵可包括多个触摸感应电容式传感器。此外，传感器矩阵可设计为同时检测多个触摸(“多点触摸”)。

发明人已经意识到，可以利用上述重传效应，来提供该构造的改进的检测或识别。事实上，导电结构中也可发生同样的重传现象，该重传现象可以触发触摸感应传感器矩阵或触摸感应屏中的特征信号。当该导电结构被触摸时，由重传触发的相反信号比电极引线的、被导电结构的导电材料覆盖的交叉点处的正信号弱。如果导电图案不被触摸，则这两个信号的强度大致相等，这是由于这两个信号都必须通过触摸感应屏的传感器玻璃(玻璃板)两次。该导电结构可在其被平行于传感器矩阵放置时，引起矩形形状，且所有信号在没有到地(例如通过人)的其他电容耦合时相互抵消。

因此，该导电结构可以在触摸感应屏中引起特征电容图案。

发明人已经意识到应当满足两个条件：一方面，能够通过传感器矩阵或触摸感应屏可靠地检测到该构造的导电结构，另一方面，能够识别该导电结构。识别导电结构可能在传感器矩阵或触摸感应屏上使用或放置多个导电结构时，尤其重要。

首先，导电结构所触发的多个电容图像的变化范围应尽可能独立于导电结构相对于传感器矩阵的朝向，即旋转角。该区域可以用于该构造的粗略检测和/或该构造在触摸感应屏上的定位。

进一步地，导电结构的朝向应当是可分辨的。导电结构的其他区域也应当在导电结构转动时，以不会类似于该导电结构的其他变型的方式改变，从而使得无论触摸感应屏上的导电结构的朝向如何，甚至在转动时，该导电结构仍然是可区分的。

该第一个条件可以通过该构造的上述环形触摸表面来保证。该环形触摸表面使得容易获得该构造在触摸感应屏上的位置(例如，通过阈值、轮廓检测、模板匹配和/或时间变化)，这是由于在传感器矩阵的包围该环形触摸表面的一方形内、且在该环性触摸表面的外侧创建了特征触摸图案；或者，在环形触摸表面内部的一区域中创建了特征触摸图案，而该区域不依赖于或相对较少地依赖于该构造相对于传感器矩阵的朝向或旋转角。可以以以下方式设计该环形触摸表面：例如，在环形触摸表面的、没有导电材料的中心处，在传感器矩阵中触发一个或多个负信号。可以界定出传感器矩阵的、一具有与环形触摸表面的直径相对应的宽度或长度的假想方形区域。当该构造触碰(接触)传感器矩阵时，该假想方形表面可位于环形触摸表面周围，使得该假想方形表面围绕该环形触摸表面。该方形表面的角点则位于该环形触摸表面的外侧。在该方形区域的至少一个角点或所有角点处，可以通过环形触摸表面在传感器矩阵中触发负信号。环形触摸表面的中心和方形区域的角点都不依赖于该构造在传感器矩阵上的朝向。因此，这些与方向无关的特征信号可用于检测该构造在传感器矩阵上的位置。

该第二个条件可以由导电结构的所述标记来满足。因此，该标记可用于确定触摸感应屏上的构造的朝向。此外，该标记可以被配置为将该导电结构与其他导电结构区分开，如此，尤其是将该构造与具有不同标记的构造区分开。

在一个实施例中，该标记包括，或者是，至少一个另外的触摸表面(触摸表面)。因此，除了环形触摸表面之外，还可以提供设计为触摸表面的标记。该另外的触摸表面尤其可以与环形触摸表面导电连接。这可以增加信号强度或提高信噪比。

该另外的触摸表面例如可以设置在环形触摸表面的内部。特别地，当使用多个构造时，对于每个构造，导电结构的轮廓可以是相同的。在该实施例中，触摸感应屏可以根据导电结构的轮廓，相对快速地识别出它是预先已知的构造。然后，可以通过提供的标记，将该构造与其他构造区分开(该构造的识别)，该标记优选地位于环形触摸表面的内部或者是环形触摸表面的一部分。

例如，该标记包括至少两个触摸表面。通过提供至少两个触摸表面，可以增加可彼此区分的构造的数量。所述至少两个触摸表面可以布置成彼此成一角度。一示例性的标记包括第一触摸表面和第二触摸表面。第一假想直线穿过环形触摸表面的中心和第一触摸表面的重心。第二假想直线穿过环形触摸表面的中心和第二触摸表面的重心。特别地，第一直线和第二直线可以形成小于180°和/或大于0°的角度。第一触摸表面和第二触摸表面之间的、在环形触摸表面上的中心角可大于10°和/或小于180°。特别是，考虑大于20°的角度，这是由于较小的角度可能使这些触摸表面难以分辨。第一触摸表面与第二触摸表面之间的、在环状触摸表面上的周向距离优选大于5mm。第一触摸表面和第二触摸表面之间的、在环形触摸表面上的周向距离可以大于传感器矩阵的相邻传感器之间的距离。通常，传感器矩阵的相邻传感器之间的距离大于5mm，例如为7mm。

该标记可至少包括两个不同尺寸的触摸表面和/或两个不同形状的触摸表面。在此情况下，如果触摸表面的宽度和长度的比在触摸面积增加或减小时保持相同，则该形状被视为是不变的。因此，该标记的触摸表面在形状相同时，可以具有不同的尺寸，和/或，在尺寸相同时可以具有不同的形状。

至少一个触摸表面可与环形触摸表面邻接。可规定，该标记的触摸表面的边界以环形触摸表面的弧为界线。

通常，在环形触摸表面的内部，导电面积与非导电面积的比小于0.8，特别地小于0.6，优选小于0.3。这可以简化触摸感应屏对标记的识别。事实上，例如，如果对于两种不同构造而言该比均大于0.8，则这两种构造中的标记可能不能分开，且这些构造可能不能彼此区分开。

环形触摸表面的外径优选地与触摸感应屏中的传感器导线间距(电极引线间距)相匹配。该外径应略大于该传感器导线间距。而对于大多数触摸感应屏而言，传感器导线间距以以下方式设置：可以可靠地检测到宽度约为10mm的指尖。大多数电容式触摸感应屏具有间隔约5mm至8mm(例如为7mm)的多条传感器导线。因此，环形触摸表面的外径例如可以是至少10mm。该外径的最大值原则上没有限制，但应小于触摸感应屏的横向或纵向尺寸。环形触摸表面的宽度可以小于标记的至少一个触摸表面的最大范围。此外，环形触摸表面所包围的区域的直径可以至少为7mm，优选地至少为10mm或至少为20mm。除以触摸表面形式存在的任何标记之外，该环形触摸表面是环形的。

如上所述，该标记可以被配置为破坏环形触摸表面或导电结构的旋转对称性。不管是环形触摸表面，还是在一些实施例中的导电结构，都因该标记而没有旋转对称轴和/或至多具有C_S对称性(镜像对称性)，即导电结构的二维触摸图案不具有旋转对称性。镜像对称结构使得非常容易地检测到镜轴，从而检测到该导电结构在与该镜轴垂直的方向上的位置。当存在镜像对称时，可以因此简化和加速机器学习。

该标记也可以由环形触摸表面的环形宽度(即，外半径和内半径之差)形成。在这种情况下，环形触摸表面可以通过其环形宽度来识别，并与其他环形触摸表面区分开来。环形宽度应当是至少2mm，和/或，环形宽度可以是环形触摸表面的外径的至多50％，优选为环形触摸表面的外径的至多20％。在一些实施例中，环形宽度不超过该外径的一半减去5mm。附加地或替代地，该标记可以由环形触摸表面的直径给出。在这种情况下，环形触摸表面可以通过其直径来识别，并与其他环形触摸表面区分开来。此处的直径应至少为10mm。在实践中，传感器矩阵的尺寸通常为上述直径的上限。

该标记可包括，或者是，环形触摸表面的开口，以作为上述触摸表面的替代或补充。在这种情况下，该环形触摸表面可以是C形或马蹄形。所述开口例如可以具有至少5°的、和/或至少10°的、和/或至少20°的、和/或至少30°的开口角。所述开口可具有至多150°的、和/或至多120°的、和/或至多90°的、和/或至多60°的、和/或至多45°的、和/或至多40°的、和/或至多35°的开口角。开口角的大小可以依据触摸感应屏的灵敏度来选择。开口角的最大值是为了，保证仍然可以照此识别环形触摸表面。开口角的最小值取决于传感器矩阵的灵敏度，例如传感器矩阵的传感器导线间距。

为了增加可识别的构造的数量，可以组合至少两种上述标记。这里，可以将这些标记中的一个设置为，用于确定触摸感应屏上的导电结构的朝向，而将另一个标记设置为，用于将该构造与其他构造区分开来。

此外，可以提供多个导电结构，每个导电结构具有一环形触摸表面和至少一个标记。因此，在这种情况下，该构造包括至少两个环形触摸表面和至少两个标记。标记的数量优选大于或等于导电结构的数量或环形触摸表面的数量。特别地，每个导电结构可以与至少一个标记相关联。此外，每对导电结构可以具有与其相关联的另一标记。

如果该构造具有至少两个导电结构，则可以提供至少一个另一标记，该至少一个另一标记由所述至少两个导电结构相对于彼此的距离和/或方向(旋转角)来表征。在一个实施例中，所述至少两个导电结构在形状和/或尺寸方面是相同的。这可以显著减少为机器学习而获取的数据量，这是由于只需要学习几种形状的导电结构，并且标记的不同组合使得存在大量可区分的对象。例如，可以提供两个完全相同的C形触摸表面，它们在形状和尺寸上没有不同。这两个C形触摸表面相对于彼此的旋转角可以用作区分该构造与其他构造的标记。

导电结构可以是基本上平坦的二维结构。换言之，导电结构的厚度可以比该导电结构的长度和/或宽度小至少10倍。该厚度尤其取决于所使用的材料。如果使用油漆、油墨或清漆作为导电结构，则该导电结构的典型厚度大约为至少0.01mm和/或至多0.1mm。如果使用ITO材料，则可以认为导电结构的厚度为至少5nm和/或至多500nm。

导电结构可以包括，或者可以是，导电油漆或导电清漆。例如，可以将导电结构丝网印刷到衬底材料上。

在一个实施例中，该构造、和/或导电结构、和/或衬底材料在400nm-700nm的可见波长范围内的透光率为至少75％。通常，该透光率为至少80％，尤其是至少85％。

在另一实施例中，导电结构可尤其包括，或者是，氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)。ITO通常具有80％至大约90％范围内的透光率。ITO可作为一种在一侧导电、在另一侧电绝缘的塑料薄膜。例如，可以使用激光切割机对ITO进行处理。

在其他实施例中，导电结构例如包括，或者是，金属箔或金属板，该金属箔或金属板可以特别薄。合适的导电材料例如是铜、铝或不锈钢。

导电结构可以被印刷、胶合或以其他方式设置到衬底材料上。导电结构例如可以有形地、以及稳固地和/或活动地粘合到衬底材料。

衬底材料可包括塑料、或者是塑料。衬底材料例如包括聚合物材料，该聚合物材料例如为PET、聚丙烯酸酯或聚碳酸酯。衬底材料的选择可以取决于导电结构的材料。例如，如果使用在60℃至100℃下固化的导电涂料，则衬底材料必须能够承受此温度。例如，聚碳酸酯在60℃的温度下仍保持化学稳定性。诸如纺织品、纸或纸板的其他材料也是可能的衬底材料。

该构造可以具有覆盖导电材料和衬底材料的保护层。保护层的厚度应当被选择为使得，仍能通过该保护层检测到导电结构。也可以将衬底材料设计为保护层。

该组件可包括固定件，该固定件被配置为将该构造固定到该构造之外的另一元件上。固定件例如可以设置在该构造的、与导电结构相对的一侧上。该固定件也可以位于导电结构的一侧上，例如，如果衬底材料被设计为保护层，则该固定件位于导电结构的一侧上。因此，衬底材料可以要么设置在构造的底面、要么设置在构造的顶面。该底面通常用于接触传感器矩阵/触摸感应屏。该构造的底面通常基本上是平坦的，即基本上是没有大的隆起或凹陷的二维结构。在一个实施例中，该构造具有粘合层，作为固定件。

以上所述的构造例如可以通过以下方法来生产。

制作该构造的方法包括以下步骤：

-提供电绝缘衬底材料，

-将导电材料施加到该衬底材料上或该衬底材料中，

-形成导电结构，

-形成该构造。

在一个有利的实施例中，导电材料是导电油漆或导电清漆。在这种情况下，例如，可以通过丝网印刷将导电材料施加到该衬底材料上。则考虑将可用于丝网印刷工艺的材料用作该衬底材料。当使用诸如油漆或清漆的导电涂层剂时，可以通过辊涂、刷涂和/或喷涂将该导电涂层剂施加到该衬底材料上。

替代地，导电材料可以作为层或作为预制层施加到衬底材料上，例如部分或完全覆盖该衬底材料。可以通过去除，特别是通过刮削或激光切割去除该导电层的一部分，来形成导电结构。该导电层可由ITO形成(见上文)。

替代地，将导电层、或导电结构或导电材料粘合到该衬底材料。

例如，导电结构可以有形地、稳固地和/或活动地粘合到衬底材料。

此外，本发明提出了一组构造。该组的每个构造具有一不同设计的导电结构。例如，每个导电结构具有一不同配置的标记和一相同的环形触摸表面。在一个实施例中，该组的每个导电结构的轮廓或边界是相同的，并且该轮廓或边界尤其可以由环形触摸表面的轮廓或边界形成。然后，可以在环形触摸表面内设置相应的不同标记。该组的每个构造可以由第一触摸表面和第二触摸表面相对于彼此的一不同周向距离或中心角来表征。该组的每个构造可以通过环形触摸表面内的多个触摸表面的特定尺寸或形状来配置。特别地，该组的每个构造可被配置为，在传感器矩阵或触摸感应屏中生成与该组的其他构造的特征触摸图案不同的特征触摸图案。该特征触摸图案也可以称为电容图案。替代地，该组的每个构造也可以具有至少两个导电结构，所述至少两个导电结构在形状和尺寸方面相同，但是可以通过所述至少两个导电结构相对于彼此的旋转角和/或相对于彼此的距离来区分构造。因此，在这方面，提供了包括旋转角和/或距离的附加标记。

应强调的是，例如，所提及的仅与该构造有关的特征也可以主张用于该组构造，反之亦然。此外，也可以使用上述制造工艺来制造该组构造。

还提出了一种用于触摸感应传感器矩阵和/或触摸感应屏的输入元件。该输入元件具有外壳和以上所述的构造，该构造设置在该外壳的底面上。该构造可以以以下方式附接到外壳：该导电结构在将输入元件放置在该传感器矩阵或触摸感应屏上时，触碰(接触)该传感器矩阵或触摸感应屏，或者该导电结构至少引起该传感器矩阵或触摸感应屏中的电容变化。该输入元件可以设计为是不具有电子元件且不具有电源的无源输入元件。替代地，输入元件可以设计为是具有电子元件和/或电源的有源输入元件。公开文本WO 2018/134418 A1中示出了有源输入元件示例。

还提出了一种包括以上所述的构造的系统。该系统还以用于传感器矩阵或触摸感应屏的控制处理单元为重点。该控制处理单元例如包括通信单元、处理器和/或存储器。

如上所述，该构造的导电结构被配置为，在该构造被放置在触摸感应传感器矩阵或触摸感应屏上时，引起电容变化，这些电容变化可被该传感器矩阵或触摸感应屏的电容式传感器检测到，作为传感器数据。控制处理单元被设计为，接收该传感器数据，并基于该导电结构识别该构造。

控制处理单元可以设置为，接收通过该传感器矩阵或触摸感应屏的电容式传感器检测到的传感器数据。这些电容式传感器可以检测接触该触摸感应屏的器件的导电结构所引起的电容变化、或放置在该触摸感应屏上的构造所引起的电容变化。该检测通常涉及对由此引起的电容变化的幅度的空间分辨确定。

可选地，该控制处理单元接着为该构造的导电结构创建电容图案，该电容图案包括至少两个不同幅度的电容变化的空间分辨表示、或至少三对不同幅度的电容值的空间分辨表示、或从上述电容变化或电容值导出的量的空间分辨表示。然后，可以将所有电容图案存储在存储器中。

电容式传感器能够检测该导电结构在不同位置处触发的不同幅度的电容变化的幅度。因此，不同位置(而不仅仅一个出现电容变化的位置)处的电容变化的幅度可以映射到电容图案(类似于灰度图像)中。因此，如上所述，该电容图案包括至少两个处于不同位置的不同大小的电容变化，并且包括这些电容变化的相对位置，例如这些电容变化的间距。因此，所述至少两个不同的电容变化通常至少包含，来自于具有不同电容变化阈值的两个不同黑白图像的信息。在可能的实施例中，将电容图案存储为具有至少两个灰阶的灰度图像、或存储为至少两个具有不同阈值的黑白图像。

例如，可使用多种自适应阈值方法来设置这些阈值，从而根据来自一像素周围的多个信号，来计算该像素的阈值。特别地，如果多个构造的导电结构由于这些构造的设计、或由于这些构造相对于触摸感应屏的网格的朝向而发射不同强度的信号，则这些方法允许检测这些构造(这种可能性将在下面详细描述)。还可以使用自适应阈值，来检测单个构造的不同区域，其中，该构造的导电结构根据不同阈值，产生不同强度的信号。

触摸感应屏可以设置为检测10pF或更小的电容变化。例如，在可能的实施例中，可检测3pF的、优选1pF的、特别优选0.1pF的电容变化。例如，触摸感应屏的玻璃厚度可以为4mm或更小。

因此，电容图案捕获了导电结构的差异化特征图像，该特征图像一方面是识别特征，类似于指纹，另一方面该特征图像能够跟踪触摸感应屏上的构造、并检测触摸感应屏上的构造的朝向。控制处理单元可以使用图像处理方法对由此存储或跟踪的电容图案进行分析和处理。为了确定所描述的电容图案，至少记录所感应到的电容变化相对于彼此的位置。

例如，可能会发生环形触摸表面触发比标记更强的信号。则控制处理单元可被配置为，在第一步骤中确定环形触摸表面接触(触碰)触摸感应屏。通过与先前已知的多个电容图案比较，环形触摸表面可以通过其环形轮廓和/或其特征电容图案而被识别。这使得可以相对快速地确定，构造正放置在该触摸感应屏上和/或完全接触该触摸感应屏。该环形触摸表面还可以用于确定该构造在该触摸感应屏上的位置，作为第一近似值。可以通过使用一不同阈值的另一个测量，来检测和识别标记。然后，可以通过与先前已知的多个图案进行比较，来确定该构造或该标记的标识。在该标记的帮助下，还可以确定该触摸感应屏上的该构造的朝向(旋转角)。

通常，可以在传感器矩阵的至少五个位置处或至少五个交叉点处检测到单个构造所触发的电容变化。该数量可以是至少10个位置或交叉点、和/或至少20个位置或交叉点。

例如，分辨率为每35平方毫米(mm²)至少1个像素，优选地，分辨率为每15mm²至少1个像素，特别优选地，分辨率为每6.8mm²至少1个像素。例如，触摸感应屏的屏幕对角线可以在10英寸到100英寸之间。在一个实施例中，触摸感应屏的屏幕对角线为55英寸，触摸感应屏的尺寸为1220mm×680mm，且触摸感应屏具有172×105个像素，在这些像素处，可以收集传感器数据并因此可以检测构造的导电结构。传感器面积除以交叉点的数量可以提供灵敏度的测量。

如开头所述，电容式传感器可以检测某些结构或物体，即使它们没有被触摸(是无源的)。已经发现，利用所提出的、用于触摸感应屏的控制处理单元，即使在上述构造没有被触摸的情况下，仍可以检测该构造的导电结构并且可以记录这些导电结构的电容图案。这尤其是通过设计电容图案和使用这里描述的电容式传感器来实现的。

所提出的控制处理单元还可以适用于，在该构造已被放到触摸感应屏上时，确定该构造被放在该触摸感应屏上的位置。所述确定位置除了包括确定该构造所引起的电容变化的相对位置(这是电容图案所必需的)之外，还包括确定输入单元在触摸感应屏上的绝对位置。为此，将该电容图案的至少一个点分配给触摸感应屏上发生相应电容变化的位置。为此，可以相应地捕获一灰度图像或者一个或多个黑白图像，所述图像不仅覆盖引起电容变化的区域，而且涵盖整个触摸感应屏。通常，对环形触摸表面的轮廓或外边缘在触摸感应屏上的位置进行检测，用于确定一位置。例如，该轮廓的位置可以从捕获的几个黑白图像之一中提取。例如，该轮廓的检测可以从具有最低阈值的黑白图像中进行。

在具有一较高阈值的多个黑白图像中，在整个触摸感应屏检测该导电结构，然后可以借助标记，从具有该较高阈值的这些黑白图像检测除了位置之外的该构造的朝向。基于该阈值，实现了一不同的对比度和细节水平，由此可以通过使用其他多个阈值更好地分辨导电结构。

所提出的控制处理单元使得检测不同构造的不同导电结构成为可能。由于不同构造的不同导电结构所触发的电容变化可能彼此不同，因此通常设置为，控制处理单元被配置为，响应不同程度的电容变化。可以设置为，在第一检测步骤中，控制处理单元适于对于多个电容变化，使用多个预定义阈值。

控制处理单元可设置为，将检测到的构造的电容图案与先前已知的多个电容图案进行比较。例如，在第一步骤中，控制处理单元可以利用少量阈值记录一粗略的电容图案。这可以提高速度。可将记录的该电容图案与多个已知的电容图案进行比较，其中，例如，这些已知的电容图案是使用机器学习方法记录的。例如，该比较允许确定环形触摸表面和/或确定构造的类型。这意味着，在该构造被放下时，不必对该构造进行完全测量，而只需达到可以将其分配给先前已知的类型或构造的程度即可。

存储器中可存在的、先前已知构造的数据可包括例如，在放下期间所引起的典型电容变化、以及可有助于使用控制处理单元的其他数据。例如，可以存储，何种类型的电容变化是一特定构造在放下、放开、转动或抬起期间所特有的。例如，控制处理单元具有关于一特定构造在其被放开或移动或转动时触发什么信号的信息、和/或关于一构造所触发的信号如何根据其朝向而变化的信息。

控制处理单元可被设置为，尤其基于导电结构的标记，从电容图案确定构造的朝向。如前所述，通过从传感器数据中提取该构造所引起的电容变化相对于触摸感应屏的整体尺寸的绝对位置，来检测该构造的位置。例如，虽然确定位置需要单个低阈值黑白图像、或需要使用灰度图像的最低阈值，但确定朝向可能需要使用多个图像或多个灰度值、或需要从多个图像中选择一个。

为此，如果一具有破坏的、优选低对称性或低旋转对称性的图案，因电容变化而在用于确定朝向的黑白图像上是可识别的、或在用于确定朝向的灰度内是可识别的，那么将会十分有利。由于上述构造的标记中的一些破坏了环形触摸表面的旋转对称性，因此标记优选用于确定该构造的朝向。标记以以下方式设计：即使当该构造被旋转时，也可以将该构造与其他构造区分开来。换言之，可以通过提供不同的标记来将这些构造彼此区分开。此外，该标记允许尤其区分单个构造的不同旋转位置。因此，可以使用该标记来确定构造相对于传感器矩阵的朝向。

通过使用由机器学习生成的预先已知的数据可以先验地知道，对于一给定构造，哪个阈值适合于获得这些具有最低可能对称性的图案。则对于一再次使用的构造，不需要重新检查对称性，而只需要进行上述识别。通常，该构造至少在放下和移动期间会被触摸，从而至少可以简化对导电结构的检测。这方面也可以在这里加以利用。然而，应强调的是，该构造优选地设计为消除这种对用户触摸该器件的需求。

本文提出的控制处理单元可以被设置成，在构造已经被放置在触摸感应屏上时，跟踪该构造在该触摸感应屏上的转动和/或平移。与上述确定位置类似，这可以通过评估传感器数据来完成。

如上所述，控制处理单元可以同时检测多个构造，例如上述构造的组。则可能的另一些构造通常具有与上述构造(可称为第一构造)设计不同的导电结构，这些构造以与第一构造相同的方式与控制处理单元进行交互。

以这种方式，可判断放置在触摸感应屏上的另一物体是否为至少一个另外的构造，进而可以验证该至少一个另外的构造是否已被放置在该触摸感应屏上。

对于该另一构造的导电结构，电容图案随后也被创建、存储和/或与先前已知的多个电容图案进行比较。

然后，通常通过不同设计的导电结构，特别是通过不同设计的标记来确定这些构造。

控制处理单元可被设置为，基于传感器数据来控制触摸感应屏，或者被配置为接收来自触摸感应屏的输入信号，尤其是在该构造已经被放置在触摸感应屏上时进行上述处理。

本文提出的另一系统包括触摸感应屏(特别是之前描述的触摸感应屏)、控制处理单元(特别是之前描述的控制处理单元)以及构造(特别是之前描述的构造)。

在这样的系统中，触摸感应屏包括用于采集传感器数据的多个电容式传感器。触摸感应屏可以设计为桌子，例如，该触摸感应屏形成桌面。该构造包括导电结构，该导电结构在该器件被放置在触摸感应屏上时，引起局部电容变化，该电容变化可由触摸感应屏的电容式传感器检测到。

控制处理单元被设置为，使用电容变化来检查是否已检测到构造的接触或放置。控制处理单元可以为输入单元的导电结构创建电容图案并存储该电容图案，该电容图案包括以下内容的空间分辨表示：至少两个不同幅度的电容变化、或至少三对不同幅度的电容值、或从其导出的量。

需要说明的是，该系统也可以包括多个传感器矩阵或多个触摸感应屏，例如，两个触摸感应屏或十个触摸感应屏。该一个或多个触摸感应屏可以各自通过电缆连接到该控制处理单元，或者，例如，如果该一个或多个触摸感应屏位于与控制处理单元很远的位置或不需要电缆，其也可以通过无线连接连接到该控制处理单元，该无线连接例如为Wifi、蓝牙或蜂窝网络。则控制处理单元通常被设置为，以与第一触摸感应屏相同的方式与附加的触摸感应屏进行交互。在这样的场景中，还可以提供所述多个触摸感应屏之间的交互，即，影响所述多个触摸感应屏中的第一个触摸感应屏的动作，会触发与所述多个触摸应屏幕中的另一触摸感应屏幕有关的另一动作。

一种使用如本申请中限定的触摸感应传感器矩阵或以上所述的系统的方法，该方法至少包括以下步骤：

-通过触摸感应传感器矩阵的电容式传感器检测电容变化，其中，这些电容变化是由构造的导电结构接触该传感器矩阵引起的。

-为该构造的该导电结构创建电容图案。

-将该记录的电容图案与先前已知的多个电容图案进行比较。

-识别触摸感应传感器矩阵上的该构造。

特别地，该传感器矩阵可以是先前描述的触摸感应屏的一部分。

换言之，可以使用该传感器矩阵或触摸感应屏的电容式传感器来生成传感器数据。使用电容式传感器检测到的电容变化可以存储为传感器数据。例如，可以通过将构造放置在传感器矩阵或触摸感应屏上，来实现该构造与传感器矩阵或触摸感应屏的接触(触碰)。

特别地，该电容图案包含以下内容的空间分辨表示：至少两个不同幅度的电容变化、或至少三对不同幅度的电容值、或从其导出的量。还可以存储电容图案。

例如，该方法还包括以下步骤：

-基于构造的环形触摸表面，检测构造在传感器矩阵或触摸感应屏上的位置，和/或

-基于构造的标记，检测构造在传感器矩阵或触摸感应屏上的朝向。

在开始阐述的对象也是通过这样的方法实现的。该方法可以验证位于或放置在触摸感应传感器矩阵或触摸感应屏上的构造的标识，以确定该构造在传感器矩阵或触摸感应屏上的位置和/或朝向，并且特别是由于不同的构造在传感器矩阵或触摸感应屏上的运动均可以实现输入，因此该方法使得对于传感器矩阵或触摸感应屏而言，可以设置不同的构造。

应强调的是，所提及的特征，例如仅与构造、控制处理单元和/或系关的特征也可以主张用于所述方法，反之亦然。

关于传感器矩阵或触摸感应屏对构造和/或输入元件所做的可能检测，还参考欧洲专利申请EP 18 168 536.3和EP 18 701 453.5。

参考附图解释本发明。附图为：

图1是构造的仰视图；

图2是另一种构造的仰视图；

图3是图2的构造的截面图；

图4是具有图2和图3的构造的输入元件的截面图。

图5是包括输入元件、触摸感应屏以及控制处理单元的系统的立体图；

图6是导电结构的各种实施例；

图7是导电结构的另外的实施例；

图8是两种构造的仰视图；

图9是由触摸感应屏捕获的、图8的两种构造的电容图案；以及

图10-图16是由触摸感应屏记录的、该触摸感应屏上的构造在不同朝向时的该构造的电容图案。

在附图中，重复的或类似的特征具有相同的附图标记。

图1示出了构造10的仰视图，该构造被设计为由触摸感应传感器检测。该构造10包括导电结构12和电绝缘衬底材料14，该导电结构12沉积在该电绝缘衬底材料14上或该导电结构12嵌入在该电绝缘衬底材料14中。该电绝缘衬底材料14支撑该导电结构12且用作该导电结构12的机械支撑。此外，电绝缘衬底材料14为导电结构12提供电绝缘。特别地，当构造10接触(触碰)电容式传感器时，该构造10可由这些传感器检测到。这里，电容式传感器优选是触摸感应屏40(见下文)的一部分。

例如，电绝缘衬底材料14可以构造为塑料膜，该塑料膜优选基本上由柔软的弹性材料制成。特别地，该电绝缘衬底材料14可具有、或者是，聚合材料。该聚合材料可包括光学透明材料，例如聚丙烯酸酯、丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚苯醚(PPO)、聚乙烯(PE)、或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，或其组合等。这样，电绝缘衬底材料14在400nm-700nm的可见波长范围内可具有至少75％的透光率。电绝缘衬底材料14也可包括纸、纸板或织物，或由纸、纸板或织物形成。

在所示的实施例中，该构造10形成为一电子输入设备的盖子，该电子输入设备例如是手机，例如智能手机。盖子10可以固定地或可拆卸地附接到该电子输入设备。在组装状态下，盖子10形成该电子输入设备的底面。盖子10包括切口18，以防止智能手机的摄像头被盖子10遮挡。如果该电绝缘衬底材料14和/或该导电结构12包括透明材料，则可以省略该切口18。

导电结构12具有环形触摸表面13(接触表面)和标记15、16、17。这里，标记15、16、17被设计为破坏环形触摸表面13的旋转对称性。

在图1的实施例中，该标记以两个触摸表面15和16的形式提供。这两个触摸表面15和16布置在环形触摸表面13内，并与环形触摸表面13导电连接。因此，导电结构12形成导电部件13、15和16至少部分互连的构造。该导电结构12可由触摸屏40的触摸感应电容式传感器检测到，将结合图5对其进一步论述。

该构造10的触摸表面13、15和16在该构造10的底面形成触摸图案，其中，在输入元件10的实施例中，该触摸图案不具有对称性或者至多具有C_S对称性，即，该二维触摸图案不具有旋转对称性。在环形触摸表面13的内部，导电面积与非导电面积的比小于0.8，特别地小于0.6，优选小于0.3。环形触摸面13的外径优选大于触摸感应屏40中相邻导体路径的间距。环形触摸表面13的外径优选至少为10mm。在所示的实施例中，外径约为42mm。

在图1的实施例示例中，触摸表面15和16具有相同的形状和相同的尺寸。在以下论述的其他实施例中，也可以提供两个不同尺寸和/或两个不同形状的触摸表面。

图2示出了另一构造11的仰视图，该构造11具有与图1的构造10的导电结构相同的导电结构12。与图1不同的是，在这里，电绝缘衬底材料14是圆形的。该构造11可以用作独立的输入元件。替代地，该构造11可以连接到输入元件20。连接到输入元件20的构造11将在图3和图4中示出。

图3和图4分别示出了构造11的截面图和连接到输入元件20的构造11的截面图。为此，构造11具有可选的固定件19，该固定件用于将构造11固定到输入元件20的外壳21。例如，该构造11通过固定件19与输入元件20固定地连接或者可拆卸地连接。根据不同应用，该固定件可以是钩、孔眼、粘合剂、尼龙搭扣、吸盘等。在示出的图3中，固定件19被设计成光学透明的粘合剂层19。该固定件例如设置在构造11的、与导电结构12相对的一侧，但也可以设置在构造11的、与导电结构12相同的一侧。构造11附接到外壳21的底面。输入元件20被配置作为触摸感应屏40的输入元件20。该输入元件20包括基本上由非导电塑料制成的外壳21，该非导电塑料例如为PU或橡胶。合适的材料例如是

图6、图7和图8示出了各种导电结构1A-1J、2A-2J、3A-3J、4A-4C和5A-5C的示例，它们例如可以应用到图1至图4中的构造10和11中。下文中，为了简单起见，我们将其都称为导电结构12。这里显然的是，也可以表述为另外的导电结构1A-1J、2A-2J、3A-3J、4A-4C和5A-5C。此外，为了清楚起见，并没有对图中所示的每个结构都赋予附图标记。

导电结构12被配置为由触摸感应屏40检测。特别地，导电结构12被配置为，在该导电结构12被放置在触摸感应屏40上时，引起电容变化，这些电容变化可由触摸感应屏40的电容式传感器检测到。

图5示出了系统100的两个立体图，该系统包括图4中描述的输入元件20，且还包括触摸感应屏40和控制处理单元30。可以只提供构造10或11，而不提供输入元件20。也可以除了提供输入元件20之外，还提供构造10或11。下面将提及输入元件20。

输入元件20被放置在触摸感应屏40上，或如箭头25所示，被向下放在触摸感应屏40上。

触摸感应屏40通过电缆31与控制处理单元30连接，该电缆优选为USB电缆。替代地，可以在该显示屏40与控制处理单元30之间提供无线连接。触摸感应屏40也可称为触摸屏，该触摸感应屏40在所示的实施例中为电容式触摸感应屏。触摸感应屏40也可以用作桌面，例如在这种情况下，可以将一个或多个桌腿安装到触摸感应屏40。

此外，触摸感应屏40被设计为同时检测多个触摸(多点触摸显示)。这里，可以通过人的手指以及通过上述输入元件20的触摸表面13、15和16来进行触摸。此外，触摸感应屏40可以同时检测多个输入元件20的触摸表面13、15和16。

触摸感应屏40包括具有多行和多列的传感器矩阵。每列包括一条竖直导线(导体路径)，每行包括一条水平导线(导体路径)；并在每条导线的交叉点处放置电容式传感器。

导电结构12的导电材料通常延伸跨过传感器矩阵的多条导线，并且通常与接地的其他导线、特别是水平导线发生电容耦合。该导电结构12可以引起类似于用户手指的信号变化。然而，其信噪比较低，通常为1:3至1:20，这是由于必须克服传感器玻璃两次。

例如，触摸感应屏40的屏幕对角线可以为5英寸到100英寸。在图5的实施例中，触摸感应屏40的屏幕对角线为55英寸，该触摸感应屏40的尺寸为1220mm×680mm，且该触摸感应屏40具有172×105个像素。

控制处理单元30还被配置为，接收和估算由输入元件20的触摸表面13、15和16在触摸感应屏40中触发的信号(触摸信号)。

输入元件20在触摸感应屏40上的放置，因构造10、11的导电结构12，而被触摸感应屏40的电容式传感器检测到。触摸感应屏的电容式传感器所产生的相应传感器数据作为模拟信号传递给触摸控制器，该触摸控制器可以在结构上集成到设计为桌子的触摸感应屏40的面板中，在该触摸控制器处，以0.1ms的时间间隔对这些传感器数据进行数字化和插值，然后将其与时间戳一起经由USB 2.0或USB 3.0传递到控制处理单元30，在该控制处理单元30处，对这些传感器数据进行接收、存储和进一步处理。在这方面，触摸控制器也可以是控制处理单元30的一部分，且控制处理单元30或控制处理单元30的多个部件也可以集成到触摸感应屏40的面板中、或者集成到触摸感应屏40的外壳中。

在输入元件20或构造10或11被放置在触摸感应屏40上之后，控制处理单元30根据传感器数据，为输入元件的导电结构12创建并存储电容图案，该电容图案包括至少两个不同大小的电容变化的空间分辨表示、或至少三对不同大小的电容值的空间分辨表示、或从至少两个不同大小的电容变化导出的值的空间分辨表示、或从至少三对不同大小的电容值导出的值的空间分辨表示。

在此过程中，控制处理单元30根据传感器数据，确定输入元件20在触摸感应屏40上的位置和朝向。

控制处理单元30被配置为基于传感器数据，控制触摸感应屏40。即，例如，当输入元件20沿图中所示的箭头25移动时，该接触由控制处理单元记录，并且作为响应可以执行操作。例如，可以根据该传感器数据，改变触摸感应屏40的显示。例如，控制处理单元30可以对触摸感应屏40的、表示被放置的输入元件20的环境的区域进行颜色编码、或可以在该区域显示笔墨(writing)。

基于传感器数据，还可以启动其他操作。例如，当用户改变输入元件20在触摸感应屏40上的朝向或位置时，这被记录并且随后可以执行操作。

总之，控制处理单元可能的输入包括在触摸感应屏本身上的输入(例如通过手指)，以及通过输入元件20的移动或多个输入元件所实现的其他输入。另一方面，控制处理单元30可以执行多种可能的操作。这些操作包括，例如，修改触摸感应屏40的显示。也可以在使用多个输入元件20时，进行多个操作。

图9示出了两种电容图案，这两种电容图案示出了由构造1A和1J在触摸感应屏40的传感器矩阵中触发的传感器信号，在这两种电容图案中，来自触摸感应屏40的电容式传感器的传感器信号以空间分辨方式显示。触摸感应屏40包括相互正交布置的多个电检测导体路径构成的电容网格。在这种情况下，水平检测导体路径位于第一平面中，竖直检测导体路径线位于与第一平面间隔开的第二平面中，使得可以在水平线和竖直线之间的交点(其表示检测导体路径平面在彼此上的投影)处测量电容。当手指、或放下的构造10或11的导电结构12靠近该网格时，位于接触或接近的区域内的交叉点处会发生电容变化。因此，这些交叉点表示可以检测到空间分辨电容变化的像素。在该构造10或11已经放下的情况下，记录一些交叉点处的电容变化，如果一变化超过某个阈值，则通过在围绕相应交叉点的一方形区域内画影线来在图像中标出。因此，可以检测构造10或11放置在触摸感应屏40上的位置。

图9中，示出了通过触摸感应屏40记录的、图8的构造1A和1J的电容图案。为清楚起见，示出了触摸感应屏40的两个方形部分。这两个方形部分的长度和宽度对应于构造1A和1J的环形触摸表面13的直径加上一行和一列。在这些图像中，环形触摸表面13的结构已清楚可见。在图9中，最外边缘22处的影线对应于在触摸感应屏40上没干扰的情况下，在传感器矩阵的导线之间测量的值。该外边界区域具有一个像素的宽度和长度。导电材料(即导电结构12)在重传低的位置处引起较细的影线。如上所述，由重传触发的信号为负，这些信号在图9中由比边缘22处的影线更粗的影线表示。因此，在没有导电材料但具有重传的位置处，会产生较粗的影线。此外，在图9中，触摸表面15和16的位置由附图标记指示。特别地，可以看出，构造1A或1J的触摸表面15和16在触摸感应屏40的传感器中触发了正信号，即影线的粗度比边缘22处的影线更细。同样显而易见的是，构造1A的触摸表面15和16以彼此大约90°的中心角α设置。其结果是，由重传触发的特征负信号在这些触摸表面15和16之间(右上)、以及环形触摸表面13的中心处最大。构造1J的触摸表面15和16布置成彼此大致相对并且形成大约170°的中心角α。其结果是，由重传触发的负信号在环形触摸表面13的中心周围最大。因此，构造1A和1J利用重传效应来为构造1A和1J赋值。

图10-图16示出了触摸感应屏40所捕获的、该触摸感应屏40上的单个构造23处于不同朝向时的该构造23的电容图案200、215、230、245、260、275和290。这里，构造23距剪出图像的边缘的距离为4个像素。因此，该边缘没有测量到信号，即该边缘为0F的电容变化。该构造23通过该触摸感应屏的大约64个交叉点(长为8个像素和宽为8个像素的方形)来分辨。此处，该构造23(特别是该构造23的导电结构12)的结构和朝向，在右侧以简化的形式显示。与图9类似，对于负信号(对应于重传)，电容图案的影线较粗。对于正信号，电容图案的影线较细。在尤其靠近触摸表面13、15和16处测量到正信号。在尤其环形结构13的中心处和环形结构13外侧的方形的角点处测量到负信号。在图10-图16中，构造23在触摸感应屏40上的相对朝向分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°。可以看出，电容图案200、215、230、245、260、275和290彼此之间有足够的不同，以提供触摸感应屏40上的构造23的朝向的指示。由于构造23的所选择的标记以两个触摸表面15和16的形式存在，因而环形触摸表面13的旋转对称性被破坏，因此可以确定触摸感应屏40上的构造23的朝向。换言之，构造23的每个朝向在触摸感应屏40中引起一特征电容图案200、215、230、245、260、275或290，该特征电容图案具有可与其他电容图案区分的正信号和负信号。

应当注意的是，当用户未触摸输入元件20和/或构造10或11时，也可实现检测。例如，由于除一水平检测导体路径和一竖直检测导体路径之外，所述网格中诸如相邻检测导体路径的其他所有检测导体路径均接地，因此即使导电结构12的区域位于一接地的检测导体路径上，该推论仍可以实现。由于典型的构造10和11中的导电结构12在构造10或11的、包括触摸感应屏40的多个导电引线的区域上延伸，因此触摸感应屏40所做的可靠检测不再需要用户触摸输入元件20或构造10和11。

除了这种电容变化的位置之外，还可检测该电容变化的大小，以能够为构造10或11的导电结构12创建电容图案，该电容图案包括以下内容的空间分辨表示：至少两个不同幅度的电容变化、或至少三对不同幅度的电容值、或从其导出的幅度。图9中显示了构造1A和1J的这种电容图案。

例如，这是通过使用不同的阈值来检测电容变化而实现的，使得在例如最大值的10％、20％、30％、……、100％处触发信号，或者由于重传而触发相应的负信号(图9中的粗影线)。可以使用至少两个这样的阈值。

例如，可以在1pF和2.5pF的阈值下捕获图像。这相当于手指引起的10pF典型电容变化的10％或25％，该10pF在此处用作最大值。

这意味着对于仅在最大值的10％处就触发的第一信号而言，只需要非常小的电容变化。该电容变化是在构造1A或1J接触(触碰)触摸感应屏40时的多个点处引起的(见图9)。相应地，图9中的图像示出了整个构造1A和1J的轮廓。因此，该轮廓可用来确定构造1A或1J在触摸感应屏40上的位置，但不提供关于导电结构12的内部细节的任何信息。例如，不清楚构造1A或1J的顶部和底部在哪里、以及构造1A或1J在触摸感应屏上的朝向。

另一方面，当存在至少2.5pF的电容变化时，仅触发第二信号。这提供了更细微复杂的画面。导电结构12在该阈值处触发信号，使得标记15和16清晰可见。对称性因标记15和16而被破坏，由此除了位置之外，还可以分析构造1A或1J的朝向。例如，通过与来自控制处理单元30的存储器的数据进行比较可以确定，本构造中顶部和底部是不同的，且在旋转180°后不会产生相同的图像。环形触摸表面13的周向上的信号强度和环形触摸表面13内部的信号强度之间的相对位置，对于对称性破坏至关重要。除了对称性破坏之外，内部结构(即标记15和16)的差异也可以使得不同的构造1A和1J被区分。

如上所述，控制处理单元30可以将电容图案与先前已知的多个电容图案进行比较，以识别例如输入元件20、构造1A或1J、或结构类型。例如，可以使用机器学习方法对识别进行训练。应当注意的是，识别通常不能仅仅基于电容变化的绝对值，这是由于该绝对值取决于该构造1A或1J或该输入元件20是否被触摸、该构造1A或1J或该输入元件20在触摸感应屏上的位置、以及该构造1A或1J或该输入元件20的朝向。

一旦电容图案被检测到，控制处理单元30就可以基于传感器数据跟踪该构造1A或1J或该输入元件20的运动，例如，在触摸感应屏40上的转动和/或平移。

当使用多个输入元件20和/或多个构造10和11时，也可有利于形成构造10和11的组。该组的每个构造10或11具有一不同配置的导电结构12。例如，图6中示出了导电结构1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H和1J，它们在此处被指定为组1。组1的导电结构1A-1J的第一触摸表面15和第二触摸表面16相对于彼此的布置不同。触摸表面15和16具有相同的尺寸和形状，但位于环形触摸表面13内的不同位置处。特别地，构造1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H和1J的导电结构15和16均彼此间隔开，以使得第一触摸表面15和第二触摸表面16之间的、在环形触摸表面13上的周向距离，至少与传感器矩阵中相邻传感器导线之间的距离一样大。

为了比较，图8中再次放大地示出了图6的导电结构1A和1J。这里，在导电结构1A中，第一假想直线6穿过环形触摸表面13的中心M和第一触摸表面15的重心。此外，第二假想直线7穿过环形触摸表面13的中心M和第二触摸表面16的重心。该第一直线6和该第二直线7形成小于180°且大于0°的角度α，其中，导电结构1A中的角度α大约为90°。该角度α可以理解成中心角。对于图6所示的导电结构1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H和1J，角度α分别为90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°和170°。因此，组1总共包括九种不同的导电结构。例如，环形触摸表面的直径为42mm，第一触摸表面15与第二触摸表面16之间的周向距离为7mm，则中心角α约为20°或20°的倍数(例如，40°、60°、80°、100°、120°、140°或160°)。

图6中还示出了导电结构2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H和2J，它们在此处被指定为组2。组2的导电结构2A-2J在触摸表面15和16的尺寸方面有所不同。这里，组2中存在三种不同尺寸的第一触摸表面15和三种不同尺寸的第二触摸表面16。通过将这些不同的尺寸进行组合，共有九种不同的导电结构2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H和2J。另外，这些触摸表面15的重心位于环形触摸表面13内的相同位置，且这些触摸表面16的重心位于环形触摸表面13内的相同位置；换言之，所有导电结构2A-2J的角度α都是相同的。

图6中还示出了形成组3的九种不同结构3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H和3J。组3的导电结构在尺寸和形状方面均不同。组3的导电结构具有位于环形触摸表面13内的单个触摸表面15。

可以形成导电结构对3A-3J、3B-3H、3C-3G、3D-3F，这些导电结构对的触摸表面15在形状上互补，并共同形成一个完全填充环形触摸表面13的圆。导电结构3A、3B、3C、3D、3F、3G、3H和3J的触摸表面15的轮廓均由两个圆弧界定，这两个圆弧中的一个由环形触摸表面13的内圆弧定义。导电结构3E的触摸表面15的外缘由直线和圆弧界定。导电结构3E的触摸表面15形成一个半圆，并且可以与另一个导电结构3E形成一个完全填充环形触摸表面13的圆。

图7中还示出了形成组4的三种不同的导电结构4A、4B和4C。组4的导电结构在尺寸和形状方面不同。组4的导电结构具有位于环形触摸表面13内的单个触摸表面15。以与组3类似的方式，在组4中，导电结构4A和4C在形状上互补，并共同形成一个完全填充环形触摸表面13的圆。导电结构4B的触摸表面15形成一个半圆，并且可以与另一个导电结构4B形成一个完全填充环形触摸表面13的圆。导电结构4A、4B和4C的触摸表面15的轮廓均由直线和弧线界定。

对于所有组1、2、3和4，每组的每个导电结构12具有相同的环形触摸表面13。然而，每组1、2、3或4内的导电结构在其标记15和16方面不同。至多，每个导电结构12具有一镜像对称平面，但不具有旋转对称性。

图7中还示出了具有三种不同导电结构5A、5B和5C的组5。组5的导电结构与组1、2、3和4的导电结构的不同之处在于，导电结构5的标记17是环形触摸表面的开口17。例如，开口17具有至少10°和/或至多45°的开口角β。

在图17中，示出了具有六种不同的导电结构8A-8F的组8，导电结构8A-8F为C形或马蹄形。组8的导电结构8A-8F与组1-5的导电结构的不同之处在于，环形结构13的环形宽度24和环形结构13的直径26用作标记。因此，可以使用不同的直径26和不同的环形宽度24来产生进一步的变型。此外，导电结构8A-8F可以以类似于导电结构5A-5C的方式具有不同开口角度的开口17。因此，导电结构8A和8F的开口还具有不同的开口角度或不同尺寸的开口。环形宽度24和直径26、或环形宽度24和直径26的变化，被选择为由触摸感应屏40可分辨。在所示的实施例中，直径从40mm到45mm不等。环形宽度从2mm到8mm不等。

图18示出了具有六种不同导电结构9A-9F的组9。导电结构9A-9F与导电结构8A-8F的不同之处仅在于：与组1-4类似，附加地提供了凸起作为标记15。可以形成多个对8A、9A；8B、9B；8C、9C；8D、9D；8E、9E；和8F、9F，各个对的结构可以通过标记15的有无来区分。凸起15可具有例如12mm的固定直径。尽管组9中的标记15均设置在开口17的中心对面，但是还可以想到的是，标记15处于C形内的其他位置，并且标记15和C形可以彼此组合。

图19示出了构造50A-50F的组50，这些构造在导电结构的朝向方面不同。每个构造50A-50F具有两个导电结构12，每个导电结构12包括具有开口(参见图7的开口17)的环形触摸表面13，因此每个导电结构12为C形或马蹄形。每个构造50A-50F的两个导电结构12彼此之间具有预定距离27，该预定距离27由两个环形触摸表面13的中心的连接距离的长度来确定。

每个触摸表面13还具有预定直径和预定环形宽度(厚度)。构造50A-50F的区别仅在于：多个导电结构12及开口17相对于彼此的旋转角28不同，因此该旋转角28被配置为标记。C形触摸表面13因此具有彼此不同的朝向。优选地，C形触摸表面13被配置为，使得也可区分22.5°的旋转角28。也可以改变导电结构之间的距离27(未示出)。

使用相同形状的导电结构的好处在于：检测只需要识别一个结构及该结构的旋转角28。例如，为了对机器学习算法进行训练，可以只收集一个C的数据(相对于传感器矩阵的多个不同位置)，然后得出所示的该六种组合。这减少了数据采集、训练和识别的工作量。尤其是当由于旋转角28较小而使用数百种组合时。

在图19所示的示例中，相同的C结构被使用了两次，且通过将这两个C结构相对于彼此旋转90°，创建了可区分的组合。在触摸感应屏上可区分的组合总数如下：

-90°意味着4个角度，即4^2种组合，在这些组合中，每个导电结构及其180°的旋转对应结构出现了两次，这4个导电结构在180°旋转时组合(所有那些组合的第二个C正好被旋转180°)，因此不能使用。这产生(4^2-4)/2＝6个可区分的组合。

-45°意味着8个角度，即(8^2-8)/2＝28。

-22.5°意味着16个角度，即(16^2-16)/2＝120。

-12.5°意味着32个角度，即(32^2-32)/2＝496。

尽管图19的导电结构12是相同的(即，形状和尺寸相同)，但是通过旋转角28的变化仍然可能有大量可区分的图案。

组合的导电结构的位置可以是连接部分的中心。旋转角28可以从连接向量的方向确定。还可以想象的到超过2个的C形触摸表面13的组合。在另外的实施例中，除了旋转角28之外，还可以改变和组合直径26、环形宽度26和/或间距27。

至少对于组1、2、5、8、9和50，由环形触摸表面13围成的区域的直径可以为至少7mm、优选地为至少10mm，该直径基本上由触摸感应屏40的传感器矩阵中的传感器导线间距来限定。在一些实施例中，例如，该直径可以在30mm到50mm的范围内。除了环形触摸表面13内的触摸表面15和16形式的任何标记之外，该环形触摸表面是环形的。

一种使用如本申请中所限定的触摸感应传感器矩阵40或如上所述的系统100的方法，至少包括以下步骤：

-通过触摸感应传感器矩阵40的电容式传感器检测电容变化，其中，所述电容变化是由构造10的导电结构12接触该传感器矩阵引起的；

-为构造10的导电结构12创建电容图案；

-将记录的电容图案与先前已知的多个电容图案进行比较；

-识别该触摸感应传感器矩阵40上的该构造10。

该方法的步骤还包括，例如：

-基于该构造的环形触摸表面13，检测该构造10在传感器矩阵或触摸感应屏40上的位置，和/或

-基于构造10的标记15、16，检测构造10在传感器矩阵或触摸感应屏40上的朝向。

以上描述可产生其他步骤。

以上所述的构造10或11例如可以通过以下方法制造。

制造该构造10或11的方法，包括以下步骤：

-提供电绝缘衬底材料14；

-将导电材料施加到衬底材料14上或衬底材料14中；

-形成导电结构12；

-形成构造10或11。

在一个有利的实施例中，该导电材料是导电油漆或导电清漆。在这种情况下，例如，可以通过丝网印刷将导电材料施加到该衬底材料14上。然后，衬底材料14考虑可在丝网印刷工艺中使用的材料。当使用诸如油漆或清漆的导电涂层剂时，可以通过辊涂、刷涂和/或喷涂将该导电涂层剂施加到该衬底材料14上。

替代地，可以将导电材料施加到衬底材料上而作为层或作为预制层，例如部分或完全覆盖该衬底材料。通过去除该导电层的一部分，特别是通过刮削或激光切割去除该导电层的一部分，可以形成导电结构12。该导电层可由ITO形成(见上文)。

附图标记列表

1 导电结构

1A-1J 导电结构

2 导电结构

2A-2J 导电结构

3 导电结构

3A-3J 导电结构

4 导电结构

4A-4C 导电结构

5 导电结构

5A-5C 导电结构

6 第一直线

7 第二直线

8 导电结构

8A-8F 导电结构

9 导电结构

9A-9F 导电结构

10 构造

11 构造

12 导电结构

13 环形触摸表面

14 衬底材料

15 触摸表面

16 触摸表面

17 开口

18 切口

19 粘合层

20 输入元件

21 外壳

22 最外边缘处的影线

23 构造

24 环形宽度

25 运动方向

26 直径

30 控制处理单元

31 连接

40 触摸感应屏

50 构造

50A-50F 构造

100 系统

200 构造23在0°处的电容图案

215 构造23在15°处的电容图案

230 构造23在30°处的电容图案

245 构造23在45°处的电容图案

260 构造23在60°处的电容图案

275 构造23在75°处的电容图案

290 构造23在90°处的电容图案

α 中心角

Claims (19)

1.一种由触摸感应传感器矩阵(40)检测的构造(10、11)，所述构造包括：

-至少一个导电结构(12)，所述导电结构(12)具有环形触摸表面(13)和至少一个标记(15、16、17)，以及

-电绝缘衬底材料(14)，所述导电结构(12)设置在所述电绝缘衬底材料(14)上，或者所述导电结构(12)嵌入在所述电绝缘衬底材料(14)中。

2.根据权利要求1所述的构造(10、11)，其特征在于，所述标记(15、16、17)包括，或者是，与所述环形触摸表面(13)导电连接的至少一个触摸表面(15、16)。

3.根据权利要求2所述的构造(10、11)，其中，所述至少一个触摸表面(15、16)位于所述环形触摸表面(13)的内部。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的构造(10、11)，其中，所述标记(15、16、17)至少包括两个不同尺寸的触摸表面(15、16)和/或两个不同形状的触摸表面(15、16)。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的构造(10、11)，包括第一触摸表面(15)和第二触摸表面(16)，其中，所述第一触摸表面(15)和所述第二触摸表面(16)之间的、在所述环形触摸表面(13)上的周向距离(16)大于5mm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的构造(10、11)，其中，所述导电结构(12)通过丝网印刷而被施加到所述衬底材料(14)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的构造(10、11)，其中，所述环形触摸表面(13)的外径至少为10mm。

8.根据前述权利要求中任一项所述的构造(10、11)，其中，所述标记(15、16、17)被配置为破坏所述环形触摸表面(13)的旋转对称性。

9.根据前述权利要求中任一项所述的构造(10、11)，其中，所述标记包括，或者是，所述环形触摸表面(13)的开口(17)，其中，所述开口(17)优选地具有至少30°和/或至多150°的开口角(β)，和/或，其中，所述环形触摸表面(13)因所述开口(17)而为C形或马蹄形。

10.根据前述权利要求中任一项所述的构造(50A-50F)，包括至少两个导电结构(12)，每个导电结构具有一环形触摸表面(13)和至少一个标记(15、16、17)；每对导电结构(12)具有与其相关联的另一标记。

11.根据权利要求10所述的构造，其中，所述另一标记包括该对导电结构(12)相对于彼此的旋转角(28)和/或距离(27)。

12.根据权利要求10或11所述的构造(50A-50F)，其中，所述至少两个导电结构(12)在形状和/或尺寸方面是相同的，并且每个导电结构优选地为C形或马蹄形。

13.根据前述权利要求中任一项所述的构造，包括另一标记，所述另一标记包括所述环形触摸表面(13)的环形宽度(24)和/或直径(26)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的构造(10、11)，包括固定件(19)，所述固定件(19)被配置为将所述构造(10、11)固定到与所述构造(10、11)不同的另一元件(20)。

15.一组根据前述权利要求所述的构造(10、11)，其特征在于，每个构造(10、11)具有一不同配置的导电结构(12)，且每个导电结构(12)优选地具有一不同配置的标记(15、16、17)和一相同的环形触摸表面(13)。

16.一种制造根据权利要求1至14中任一项所述的构造(10、11)的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供电绝缘衬底材料(14)；

-将导电材料施加到所述衬底材料(14)上或所述衬底材料(14)中；

-形成所述导电结构(12)；

-形成所述构造(10、11)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述导电材料为导电油漆或导电清漆，且所述导电材料通过丝网印刷而被施加到所述衬底材料上。

18.一种系统，包括如权利要求1-14中任一项所述的构造(10、11)、以及控制处理单元(30)，

-其中，所述构造(10、11)的所述导电结构(12)被设计为：当所述构造(10、11)被放置在所述触摸感应传感器矩阵(40)上时，引起电容变化，所述电容变化由所述触摸感应传感器矩阵(40)的电容式传感器检测，作为传感器数据，

-其中，所述控制处理单元(30)被配置为：接收所述传感器数据，并基于所述导电结构(12)识别所述构造(10、11)。

19.一种检测触摸感应传感器矩阵上的如权利要求1-14所述的构造(10、11)的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过所述触摸感应传感器矩阵(40)的电容式传感器检测电容变化，其中，所述电容变化是由所述构造(10、11)的所述导电结构(12)接触所述触摸感应传感器矩阵(40)引起的；

-为所述构造(10、11)的所述导电结构(12)创建电容图案；

-将所述电容图案与先前已知的多个电容图案进行比较；

-基于所述比较，识别所述触摸感应传感器矩阵(40)上的所述构造(10、11)。

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