DE102006043665B4 - Capacitive touch sensor - Google Patents

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Abstract

Ein kapazitiver Sensor umfassend: ein Substrat (4); eine widerstandsbehaftete erste Elektrode (Y1, Y2, Y3, Y4) auf einer Seite des Substrats (4) mit einem ersten und einem zweiten Ende; eine widerstandsbehaftete zweite Elektrode (X1, X2, X3) auf der anderen Seite des Substrats (4); und eine Kurzschlussverbindung (30, 130, 230) dazu ausgelegt, die beiden Enden der ersten Elektrode (Y1, Y2, Y3, Y4) zu verbinden.A capacitive sensor comprising: a substrate (4); a resistive first electrode (Y1, Y2, Y3, Y4) on a side of the substrate (4) having first and second ends; a resistive second electrode (X1, X2, X3) on the other side of the substrate (4); and a shorting connection (30, 130, 230) configured to connect the both ends of the first electrode (Y1, Y2, Y3, Y4).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Berührungssensor zur Detektion der Gegenwart eines Objekts innerhalb eines Abtastbereichs.The invention relates to a capacitive touch sensor for detecting the presence of an object within a scanning range.

Der Gebrauch berührungsempfindlicher Sensoren wird immer alltäglicher. Beispiele beinhalten den Gebrauch von Berührungssensoren in Laptop-Computern anstelle von Mauszeigergeräten und als Steuerkonsolen für die Entgegennahme von Anwendereingaben, um ein Gerät oder eine Anwendung sowohl für den häuslichen als auch tragbaren Gebrauch zu steuern.The use of touch-sensitive sensors is becoming more commonplace. Examples include the use of touch sensors in laptop computers rather than mouse pointing devices and control terminals for receiving user input to control a device or application for both home and portable use.

Berührungsempfindliche Sensoren werden oft mechanischen Geräten vorgezogen, da sie eine widerstandsfähigere Schnittstelle bereitstellen und häufiger als ästhetischer angesehen werden. Da berührungsempfindliche Sensoren darüber hinaus keine für einen Anwender zugängliche beweglichen Teile benötigen, sind sie weniger verschleißanfällig als ihre mechanischen Gegenstücke und können mit einer versiegelten äußeren Oberfläche versehen sein. Dies macht ihren Gebrauch besonders ansprechend, falls die Gefahr von in ein Gerät eindringendem Schmutz oder Flüssigkeiten besteht. Darüber hinaus können berührungsempfindliche Sensoren im Gegensatz zu mechanischen Schnittstellen transparent gestaltet werden. Es besteht ein steigendes Interesse transparente Sensoren bereitzustellen, da diese über einer Anzeige verwendet werden können, um einen berührungsempfindlichen Bildschirm bereitzustellen, der einem Anwender Informationen anzeigen und auf die Berührung bestimmter Bereiche der Anzeige durch den Anwender reagieren kann.Touch-sensitive sensors are often preferred to mechanical devices because they provide a more robust interface and are often considered more aesthetic. Moreover, because touch-sensitive sensors do not require user-accessible moving parts, they are less susceptible to wear than their mechanical counterparts and can be provided with a sealed outer surface. This makes their use particularly appealing if there is a risk of dirt or liquids entering a device. In addition, touch-sensitive sensors, unlike mechanical interfaces, can be made transparent. There is an increasing interest in providing transparent sensors as they can be used over a display to provide a touch-sensitive screen that can display information to a user and respond to the user's touch of certain areas of the display.

Ein bekannter zweidimensionaler Positionssensor wird durch den vorliegenden Erfinder in WO 00/44018 [1] beschrieben. Dieser Positionssensor umfasst ein Feld aus N mal M Sensortasten. Jede Taste entspricht einer Schnittfläche zwischen einer Treiberelektrode und einer Leseelektrode. Ein elektrisches Treibersignal wird auf die Treiberelektrode angewendet. Der Grad der kapazitiven Kopplung dieses Treibersignals an die Leseelektrode wird durch eine Messung der Ladungsmenge, welche als Reaktion auf die Änderungen des Treibersignals an die Leseelektrode übergeht, festgestellt. Der Grad der kapazitiven Kopplung zwischen den Elektroden am Ort einer gegebenen Taste hängt von der Gegenwart von Objekten in der Nähe dieser Taste ab, da diese die elektrische Feldverteilung zwischen den Elektroden verändern wird. Einige Objekte, z. B. leitfähige Wasserfilme, werden die kapazitive Kopplung erhöhen. Andere Objekte, z. B. ein Mensch, der eine beträchtliche kapazitive Kopplung zur Erde besitzt, wird die kapazitive Kopplung vermindern. Dies liegt daran, dass Ladung eher durch das angrenzende Objekt zur Erde abfließen kann, als durch die Leseelektrode.A known two-dimensional position sensor is described by the present inventor WO 00/44018 [1]. This position sensor comprises a field of N times M sensor keys. Each key corresponds to a sectional area between a driving electrode and a reading electrode. An electric drive signal is applied to the drive electrode. The degree of capacitive coupling of this drive signal to the sense electrode is detected by a measurement of the amount of charge passing to the sense electrode in response to the changes in the drive signal. The degree of capacitive coupling between the electrodes at the location of a given key depends on the presence of objects in the vicinity of that key, as this will alter the electric field distribution between the electrodes. Some objects, eg. B. conductive water films, will increase the capacitive coupling. Other objects, eg. For example, a human having significant capacitive coupling to ground will reduce capacitive coupling. This is due to the fact that charge can flow through the adjacent object to earth rather than through the sense electrode.

Das in WO 00/44018 beschriebene Tastenfeld ist ein matrixförmiges Feld. Dies bedeutet, dass eine einzelne Treiberelektrode den Tasten in einer gegebenen Spalte zugeordnet ist und eine einzelne Leseelektrode den Tasten in einer gegebenen Zeile zugeordnet ist. Dies vermindert die Anzahl der benötigten Steuer- und Lesekanäle, da ein einzelner Steuerkanal gleichzeitig alle Tasten einer gegebenen Spalte ansteuert und ein einzelner Lesekanal alle Tasten einer gegebenen Zeile abtastet. Die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden an den Positionen der unterschiedlichen Tasten kann durch die Ansteuerung der geeigneten Spalte und die Abtastung der geeigneten Zeile feststellt werden. Um beispielsweise die kapazitive Kopplung zwischen den zur Taste an der Schnittstelle der Spalte 2 und Zeile 3 gehörenden Elektroden festzustellen, wird das Treibersignal auf die Treiberelektrode der Spalte 2 angewendet, während der zur Leseelektrode der Zeile 3 gehörende Lesekanal aktiviert ist. Die Ausgabe bzw. der Ausgang des aktiven Lesekanals gibt die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden wieder, welche zur untersuchten Taste gehören. Es spielt keine Rolle, dass das Treibersignal auf andere Tasten in Spalte 2 angewendet wird, da die diesen Tasten zugeordneten Zeilen nicht abgetastet werden. Ebenso spielt es keine Rolle, dass die anderen Tasten in Zeile 3 abgetastet werden, da diese Tasten nicht angesteuert werden. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Tasten über einen Durchlauf durch die verschiedenen Kombinationen von Steuer- und Lesekanälen abgefragt oder abgetastet werden.This in WO 00/44018 described keypad is a matrix-shaped field. This means that a single drive electrode is associated with the keys in a given column and a single read electrode is associated with the keys in a given row. This reduces the number of control and read channels needed since a single control channel simultaneously drives all the keys of a given column and a single read channel scans all the keys of a given row. The capacitive coupling between the electrodes at the positions of the different keys can be determined by driving the appropriate column and scanning the appropriate row. For example, to detect the capacitive coupling between the electrodes associated with the key at the interface of column 2 and row 3, the drive signal is applied to the column 2 drive electrode while the read channel associated with row 3 is activated. The output of the active read channel represents the capacitive coupling between the electrodes belonging to the key under test. It does not matter that the driver signal is applied to other keys in column 2 because the rows associated with those keys are not sampled. Likewise, it does not matter that the other keys in line 3 are scanned because these keys are not addressed. In this way, the different keys can be scanned or scanned through a single pass through the various combinations of control and read channels.

Der in WO 00/44018 beschriebene zweidimensionale Positionssensor ist ein widerstandsfähiges und effizientes Gerät. Ein wichtiges Merkmal dieses Positionssensortyps, welches zu seiner guten Leistung beiträgt, ist jedoch die Tatsache, dass die Leseelektrode während des Ladungsübergangs von der Signalelektrode zur Leseelektrode als virtuelle Masse wirken sollte. Jeder Lesekanal umfasst einen Ladungsdetektor zur Bestimmung der als Reaktion auf die Änderung des Treibersignals (d. h. der Grad der AC kapazitiven Kopplung) übergegangenen Ladungsmenge. Es ist von Bedeutung, dass diese Elektrode einen Knoten geringer Impedanz darstellt, da dies ein effizientes Abfließen der Ladung zum Ladungsdetektor ermöglicht. Falls die Leseelektrode keine geringe Eingangsimpedanz aufweist, treten Ladungsströme in Form von Spannungsimpulsen an der Leseelektrode auf, welche im Lesekanal durch das sich ändernde Treibersignal induziert werden. Dies macht den Sensor anfällig für „walk-by”-Interferenzen von Objekten nahe der Drahtverbindung zwischen der Leseelektrode und dem Ladungsdetektor. Dies liegt daran, dass ein Objekt nahe der Verdrahtung einen Teil des Signals der Drahtverbindung absorbieren kann und somit das Signal, welches dem Ladungsdetektor zugeführt wird, reduziert. Diese kann der Kontrollschaltung als Verminderung der kapazitiven Kopplung an der Taste (d. h. ein Detektions-Ereignis) erscheinen, obwohl sich das Objekt in der Nähe der Verdrahtung und nicht der Leseelektrode befindet. Somit kann eine Hand, welche sich über die Verdrahtung einer Elektrodenzeile bewegt, um eine Taste in einer anderen Zeile zu aktivieren, zu einer fehlerhaften Ausgabe führen. Falls der Lesekanal darüber hinaus eine beträchtliche Eingangsimpedanz aufweist, wird die Länge der im Sensor verwendeten Verdrahtung eine Einflussgröße für die Ermittlung der Verstärkung der Schaltung. Dies liegt daran, dass die Verdrahtung einen kapazitiven „bleed off” eines Teils des Lesesignals in den freien Raum, angrenzende Drähte und der Masse bewirkt, wodurch ein kapazitiver Teilerschaltkreis mit kapazitiver Kopplung zwischen den Tasten gebildet wird.The in WO 00/44018 described two-dimensional position sensor is a durable and efficient device. However, an important feature of this type of position sensor, which contributes to its good performance, is the fact that the read electrode should act as a virtual ground during the charge transfer from the signal electrode to the sense electrode. Each read channel includes a charge detector for determining the amount of charge transferred in response to the change in the drive signal (ie, the degree of AC capacitive coupling). Importantly, this electrode is a low impedance node, as this allows for efficient charge drainage to the charge detector. If the read electrode does not have a low input impedance, charge currents occur in the form of voltage pulses at the read electrode, which are induced in the read channel by the changing driver signal. This makes the sensor vulnerable to "walk-by" interference of objects near the wire connection between the read electrode and the charge detector. This is because an object near the wiring part of the signal of the Can absorb wire connection and thus reduces the signal which is supplied to the charge detector. This may appear to the control circuitry as a reduction in capacitive coupling to the key (ie, a detection event), even though the object is near the wiring rather than the sense electrode. Thus, a hand moving over the wiring of one electrode row to activate a key in another row may result in erroneous output. In addition, if the read channel has a considerable input impedance, the length of the wiring used in the sensor becomes an influence for determining the gain of the circuit. This is because the wiring causes a capacitive bleed-off of a portion of the read signal into free space, adjacent wires, and ground, thereby forming a capacitive divider circuit with capacitive coupling between the keys.

Die niedrige Impedanzcharakteristik der in WO 00/44018 verwendeten Ladungsdetektionsschaltung bedeutet, dass die oben benannten Problems vermindert werden. Im Zusammenhang mit transparenten Berührungssensoren ergibt sich allerdings ein Problem, da die meisten transparenten elektrischen Leiter, welche dazu verwendet werden können Signal- und Leseelektroden in einem Positionssensor auf die in WO 00/44018 (z. B. Indium-Zinnoxid (ITO)) beschriebene Art herzustellen, im Vergleich zu Kupferverdrahtungen sehr widerstandsbehaftet sind. Beispielsweise sind 300 Ohm pro Quadrat in optimal transparenten ITO-Filmen üblich. Dies bedeutet, dass transparente Leiter im Gegensatz zu Materialien wie Kupfer im Allgemeinen nicht zu Elektroden und zugehörigen Verdrahtungen mit vernachlässigbarem Widerstand verarbeitet werden können (zumindest für Dicken für welche sie im Wesentlichen transparent bleiben). Auch wenn somit die Ladungsdetektionsschaltung selbst eine angemessene geringe Impedanz aufweist, muss dies für das Material der Spalten aus Signalelektroden und Zeilen aus Leseelektroden (und alle zugehörigen Verdrahtungen aus demselben Material) nicht der Fall sein. Somit ist es schwierig, die in WO 00/44018 beschriebenen Gerätetypen, in denen Elektroden durch einen widerstandsbehafteten Leiter hergestellt werden (z. B. transparente Leiter), zuverlässig zu realisieren.The low impedance characteristic of in WO 00/44018 The charge detection circuit used means that the above-mentioned problem is alleviated. However, a problem arises in connection with transparent touch sensors, since most of the transparent electrical conductors that can be used to connect signal and read electrodes in a position sensor to those in FIG WO 00/44018 (For example, indium tin oxide (ITO)) described type, compared to copper wiring are very resistant. For example, 300 ohms per square are common in optimally transparent ITO films. This means that, unlike materials such as copper, transparent conductors generally can not be processed into electrodes and associated wiring with negligible resistance (at least for thicknesses for which they remain substantially transparent). Thus, even if the charge detection circuit itself has an adequately low impedance, this need not be the case for the material of the columns of signal electrodes and rows of read electrodes (and all associated wirings of the same material). Thus, it is difficult to work in WO 00/44018 described device types in which electrodes are produced by a resistive conductor (eg transparent conductor) to realize reliable.

Darüber hinaus ist bei vielen Designs für Berührungskonsolen die gleichzeitige Möglichkeit, die kapazitiven Berührungstasten benachbart eines Touch-Screen-Bereichs abzutasten, von beträchtlicher Bedeutung. Diese Art von Konsolentasten sind im Wesentlichen in WO 00/44018 in Verbindung mit Berührungsknöpfen auf einer dielektrischen Oberfläche unter Verwendung von Kupfer oder einer anderen metallischen Niedrigwiderstandsverdrahtung beschrieben. Der Wunsch, Niedrigwiderstandsverdrahtungen mit Hochwiderstandsverdrahtungen aus transparenten Leitern zu vereinen, kann zu Problemen beim Schaltkreisdesign führen, welche üblicherweise die Verwendung zweier unterschiedlicher Typen oder Leistungen kapazitiver Schaltungen erfordern.Moreover, in many designs for touch panels, the simultaneous ability to sample the capacitive touch keys adjacent to a touch screen area is of considerable importance. These types of console keys are essentially in WO 00/44018 in conjunction with touch buttons on a dielectric surface using copper or other metallic low-resistance wiring. The desire to combine low-resistance wirings with high-resistance wirings made of transparent conductors can lead to problems in circuit design, which usually require the use of two different types or powers of capacitive circuits.

Ein transparenter kapazitiver Sensor ist auch aus der US-Patentschrift Nr. 6,137,427 bekannt. In diesem herkömmlichen Sensor wird das Problem mit den widerstandsbehafteten Elektroden dadurch gelöst, dass mehrere dieser Elektroden zu Gruppen zusammengeschaltet werden. Daraus ergeben sich aber Nachteile hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeiten und der Elektrodenanordnung.A transparent capacitive sensor is also from the U.S. Patent No. 6,137,427 known. In this conventional sensor, the problem with the resistive electrodes is solved by connecting a plurality of these electrodes in groups. However, this results in disadvantages in terms of design options and the electrode arrangement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kapazitiven Sensor anzugeben, der die oben genannten Nachteile im Stand der Technik überwindet.Object of the present invention is therefore to provide a capacitive sensor which overcomes the above-mentioned disadvantages in the prior art.

Dies wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This is achieved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist ein kapazitiver Sensor geschaffen, umfassend: ein Substrat, eine widerstandsbehaftete erste Elektrode auf einer Seite des Substrats; eine widerstandbehaftete zweite Elektrode auf der anderen Seite des Substrats; und eine Kurzschlussverbindung derart ausgestaltet, dass sie wenigstens zwei Stellen der ersten Elektrode verbindet.According to a first aspect of the invention there is provided a capacitive sensor comprising: a substrate, a resistive first electrode on one side of the substrate; a resistive second electrode on the other side of the substrate; and a shorting connection configured to connect at least two locations of the first electrode.

Der Sensor kann als aktiver oder passiver Sensor betrieben werden. Wird der Sensor als aktiver Sensor betrieben, hilft die Bereitstellung der Kurzschlussverbindung die durch die Elektroden verursachte Impedanz zu vermindern, um Signale, welche auf die eine oder andere der ersten und zweiten Elektrode angewendet werden, zu treiben. Dadurch kann Ladung effizienter durch den Sensor gekoppelt werden und somit Spannungsdifferenzen zwischen den jeweiligen Elektroden und der zugeordneten Schaltung vermindert werden. Dies bedeutet, dass Effekte von „walk-by”-Interferenzen, die normalerweise auftreten können, wenn ein Sensor keinen Knoten niedriger Impedanz darstellt, um ein Signal zu treiben, reduziert werden können. Sind das Substrat und die Elektroden transparent, kann somit ein transparenter Sensor mit reduzierter Empfindlichkeit gegenüber „walk-by”-Interferenzen bereitgestellt werden, obwohl die Elektroden widerstandsbehaftet sind. Wird der Sensor als passiver Sensor betrieben (z. B. mit an die erste und zweite Elektrode gekoppelten Lesekanälen), verringert die Verminderung der Impedanz der Elektroden aufgrund der Bereitstellung der Kurzschlussverbindung auf gleiche Weise die Effekte der „walk-by”-Interferenzen.The sensor can be operated as an active or passive sensor. When the sensor is operated as an active sensor, the provision of the shunt connection helps to reduce the impedance caused by the electrodes in order to drive signals applied to one or the other of the first and second electrodes. As a result, charge can be coupled more efficiently by the sensor and thus voltage differences between the respective electrodes and the associated circuit can be reduced. This means that effects of "walk-by" interference that can normally occur when a sensor is not a low impedance node to drive a signal can be reduced. Thus, when the substrate and the electrodes are transparent, a transparent sensor with reduced sensitivity to walk-by interference can be provided, although the electrodes are resistive. When the sensor is operated as a passive sensor (eg, with read channels coupled to the first and second electrodes), reducing the impedance of the electrodes due to the provision of the short circuit connection similarly reduces the effects of "walk-by" interference.

Im Allgemeinen wird die erste (d. h. die der Kurzschlussverbindung zugeordnete) Elektrode die Elektrode mit dem größten Gesamtwiderstand sein. Dies wird abhängen von der Anordnung des widerstandsbehafteten Materials, aus dem die jeweiligen Elektroden gefertigt sind. Der Sensor kann jedoch eine weitere Kurzschlussverbindung umfassen, welche ausgestaltet ist, zwischen zwei Stellen der anderen Elektrode zu verbinden, falls dies gewünscht ist (d. h. so, dass eine Kurzschlusselektrode sowohl für die erste als auch für die zweite Elektrode bereitgestellt ist) In general, the first electrode (ie, the one associated with the shorting connection) will be the electrode with the greatest total resistance. This will depend on the arrangement of the resistive material from which the respective electrodes are made. However, the sensor may include another shorting connection configured to connect between two locations of the other electrode, if desired (ie, such that a shorting electrode is provided for both the first and second electrodes).

Die Elektroden können so in einem Muster angeordnet sein, dass ein Feld offener Bereiche auf einer Seite des Substrats und ein Feld gefüllter Bereiche auf der anderen Seite bereitgestellt sind, wobei der gefüllte Bereich mit den offenen Bereichen ausgerichtet angeordnet ist. Dies ermöglicht es, dass elektrische Felder aus dem Bereich zwischen den Elektroden herausströmen. Dies ermöglicht es einem Objekt, welches die elektrischen Eigenschaften im Bereich der herausströmenden Felder verändert (z. B. durch die Bereitstellung einer virtuellen Masse), die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden zu verändern und somit detektiert zu werden.The electrodes may be arranged in a pattern such that an array of open areas is provided on one side of the substrate and a pad of filled areas on the other side, the filled area being aligned with the open areas. This allows electric fields to flow out of the area between the electrodes. This allows an object that alters the electrical properties in the region of the outflowing fields (eg, by providing a virtual ground) to change the capacitive coupling between the electrodes and thus to be detected.

Im Falle eines aktiven Sensors kann der Sensor mit einer zugeordneten Schaltung ausgestattet sein, welche einen Treiberkanal umfasst, der elektrische Treibersignale auf eine der ersten oder zweiten Elektroden (welche aus diesem Grund als Treiberelektrode bezeichnet werden kann) anwenden kann, und einem Lesekanal, welcher (Tast-)elektrische Signale die in einer der ersten oder zweiten Elektrode in Antwort auf Treibersignale induziert werden (welche aus diesem Grund als Leseelektrode bezeichnet werden muss), detektieren kann.In the case of an active sensor, the sensor may be provided with an associated circuit comprising a drive channel which can apply electrical drive signals to one of the first or second electrodes (which may be referred to as the drive electrode for this reason) and a read channel which Tactile) electrical signals induced in one of the first or second electrodes in response to drive signals (which for this reason must be referred to as a sense electrode).

Der Treiberkanal kann ein Schalterelement umfassen, welches die Treiberelektrode wahlweise mit einer Spannungsquelle verbindet oder von ihr trennen kann. Der Lesekanal kann eine Ladungstransferschaltung umfassen.The driver channel may include a switch element that selectively connects or disconnects the driver electrode to a voltage source. The read channel may include a charge transfer circuit.

Im Fall eines passiven Sensors kann der Sensor mit einem zugeordneten Schaltkreis ausgestattet sein, welcher Lesekanäle für die Detektion von Änderungen in der Kapazität der jeweiligen Elektroden zur Erde umfasst.In the case of a passive sensor, the sensor may be provided with an associated circuit which includes read channels for detecting changes in the capacitance of the respective electrodes to ground.

Der Sensor kann mehr als eine Elektrode auf der Seite des Substrats mit der ersten Elektrode und/oder mehr als eine Elektrode auf der Seite des Substrats mit der zweiten Elektrode umfassen und somit mehrere Sensorbereiche (Tasten) bereitstellen.The sensor may comprise more than one electrode on the side of the substrate with the first electrode and / or more than one electrode on the side of the substrate with the second electrode and thus provide a plurality of sensor regions (keys).

Wo mehr als eine Elektrode auf der einen oder anderen Seite des Substrats vorhanden sind, können die Elektroden in einem matrixförmigen Feld angeordnet werden, um es den den Elektroden zugeordneten Schaltungselementen (z. B. die Treiber- und Lesekanäle eines aktiven Sensors) zu ermöglichen, mehr als einer Taste zu dienen.Where more than one electrode is present on one side or the other of the substrate, the electrodes may be arranged in a matrix-shaped field to allow for the circuit elements associated with the electrodes (eg, the drive and read channels of an active sensor), to serve more than one button.

Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Bedienelement (eine Steuerkonsole) bereitgestellt, welche den Sensor der ersten Ausführung der Erfindung und ein über dem Sensor liegendes Abdeckelement umfasst. Dies ermöglicht es dem Sensor, während des Gebrauchs geschützt zu sein.According to a second aspect of the invention, there is provided a control (control panel) comprising the sensor of the first embodiment of the invention and a cover member overlying the sensor. This allows the sensor to be protected during use.

Das Bedienelement kann weiterhin wenigstens eine, z. B. aus Kupfer gefertigte, Niedrigwiderstand-Elektrode umfassen, um eine konventionelle kapazitive berührungsempfindliche Taste in Verbindung mit dem Sensor nach dem ersten Aspekt der Erfindung bereitzustellen. Ein einzelner Kontroller kann verwendet werden, um den Arbeitsablauf des Sensors nach dem ersten Aspekt der Erfindung und die konventionelle kapazitive berührungsempfindliche Taste zu verwalten.The control element can continue at least one, z. B. made of copper, low-resistance electrode to provide a conventional capacitive touch-sensitive button in conjunction with the sensor according to the first aspect of the invention. A single controller may be used to manage the operation of the sensor of the first aspect of the invention and the conventional capacitive touch-sensitive button.

Das Abdeckelement und der Sensor können durch ein Klebemittel mit passendem bzw. aufeinander abstimmendem Brechungsindex aneinander befestigt sein. Dies kann behilflich sein, die optische Transparenz zu erhalten, wenn der Sensor und das Abdeckelement transparent sind.The cover member and the sensor may be attached to each other by an adhesive having a matching refractive index. This may help to maintain the optical transparency when the sensor and the cover member are transparent.

Darüber hinaus kann das Bedienelement einen unter dem Sensor liegenden Anzeigeschirm umfassen. Somit kann ein berührungsempfindlicher Anzeigeschirm bereitgestellt werden. Der Anzeigeschirm und der Sensor können auch durch ein Klebemittel mit anpassendem Brechungsindex aneinander befestigt werden.In addition, the operating element may comprise a display screen located below the sensor. Thus, a touch-sensitive display screen can be provided. The display screen and sensor may also be secured together by an adhesive having an index of refraction.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine das Bedienelement nach dem zweiten Aspekt der Erfindung umfassende Apparatur bereitgestellt.According to a third aspect of the invention, an apparatus comprising the operating element according to the second aspect of the invention is provided.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird nun auf die Beispiele der begleitenden Zeichnungen Bezug genommen:For a better understanding of the invention and to show how the same may be carried into effect, reference will now be made to the examples of the accompanying drawings:

1A und 1B zeigen schematisch jeweils Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1A and 1B show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor according to an embodiment of the invention;

2 zeigt schematisch die Vorder- und Rückansicht des in den 1A und 1B gezeigten Sensors; 2 schematically shows the front and rear view of the in the 1A and 1B shown sensor;

3A zeigt schematisch in Draufsicht einen Bereich des in 2 gezeigten Sensors in einem vergrößerten Maßstab; 3A shows schematically in plan view a portion of the in 2 shown sensor on an enlarged scale;

3B zeigt schematisch den Teilbereich des in der 3A dargestellten Sensors im Querschnitt; 3B schematically shows the portion of the in the 3A illustrated sensor in cross section;

3C und 3D zeigen schematisch Querschnittansichten von Teilbereichen des in 3B gezeigten Sensors mit überlagerten elektrischen Feldlinien; 3C and 3D show schematically cross-sectional views of portions of the in 3B shown sensor with superimposed electric field lines;

4A und 4B zeigen schematisch Draufsichten von Teilbereichen von Sensoren entsprechend anderen Ausführungsformen der Erfindung; 4A and 4B schematically show plan views of portions of sensors according to other embodiments of the invention;

5A und 5B zeigen schematisch jeweils Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; 5A and 5B show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the invention;

6A zeigt schematisch einen elektrischen Schaltkreis für den Gebrauch mit Sensoren gemäß Ausführungsformen der Erfindung; 6A schematically shows an electrical circuit for use with sensors according to embodiments of the invention;

6B zeigt schematisch die zeitliche Beziehung zwischen einigen Elementen der in 6A gezeigten Schaltung; 6B schematically shows the temporal relationship between some elements of in 6A shown circuit;

7 zeigt schematisch einen berührungsempfindlichen Anzeigebildschirm, welcher einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst; 7 schematically shows a touch-sensitive display screen comprising a sensor according to an embodiment of the invention;

8 zeigt schematisch eine Waschmaschine, welche einen Sensor entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung umfasst; 8th schematically shows a washing machine comprising a sensor according to an embodiment of the invention;

9 zeigt schematisch ein Mobiltelefon, welches einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst; 9 schematically shows a mobile phone, which comprises a sensor according to an embodiment of the invention;

10A und 10B zeigen schematisch jeweils Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und 10A and 10B show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the invention; and

11A und 11B zeigen schematisch jeweils Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 11A and 11B schematically show respectively front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor according to another embodiment of the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1A und 1B zeigen schematisch jeweils Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors 2 entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Die Begriffe „Vorder-” und „Rück-” werden der Einfachheit halber verwendet, um sich auf gegenüberliegende Seiten des Sensors 2 zu beziehen und beabsichtigen keine Festlegung auf eine spezielle räumliche Orientierung. Der Begriff „Vorder-” wird verwendet, um die Seite eines Sensors zu kennzeichnen, die typischerweise einem zu erfassenden Objekt gegenüberliegt, wenn sich der Sensor im normalen Gebrauch befindet. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Sensor in vielen Fällen umkehrbar ist. 1A and 1B show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor 2 according to an embodiment of the invention. The terms "front" and "back" are used for convenience to refer to opposite sides of the sensor 2 and do not intend to be bound by a specific spatial orientation. The term "front" is used to identify the side of a sensor that is typically opposite an object to be detected when the sensor is in normal use. However, it can be seen that the sensor is reversible in many cases.

Der Sensor 2 umfasst ein Substrat 4 mit einem Muster aus auf beiden Seiten angebrachten Elektroden, welche zusammen einen empfindlichen Bereich des Sensors definieren. Das Muster der Elektroden auf dem Substrat kann durch die Anwendung konventioneller Techniken erreicht werden. Das Substrat 4 besteht aus transparentem Kunststoffmaterial, in diesem Fall Polyethylen-Therephthalat (PET). Die Elektroden bestehen aus einem transparenten, leitfähigen Material, in diesem Fall ITO. Somit ist der gesamte empfindliche Bereich transparent und kann ohne Verdunkelung über einer darunter liegende Anzeige verwendet werden. Der Sensor umfasst zusätzlich eine Treibereinheit 6, um die Elektroden auf einer Seite mit Treibersignalen zu versorgen, in diesem Fall die Vorderseite des Substrats 4 (1A) und eine Leseeinheit 8, um Signale von den Elektroden auf der anderen Seite des Substrats 4 zu erfassen, in diesem Fall die Rückseite (1B). Der Sensor 2 umfasst weiterhin einen an die Treibereinheit 6 und die Leseeinheit 8 gekoppelten Sensor-Kontroller 10. Der Sensor-Kontroller 10 steuert den Arbeitsablauf der Treiber- und Leseeinheiten und verarbeitet Rückmeldungen der Leseeinheit, um die Position eines Objektes nahe des Sensors zu ermitteln. Die Treibereinheit 6, die Leseeinheit 8 und der Sensor-Kontroller 10 sind schematisch in 1A und 1B als getrennte Elemente dargestellt. Im Allgemeinen wird die Funktionalität dieser Elemente allerdings durch einen einzelnen integrierten Schaltungschip bereitgestellt, beispielsweise einen geeignet programmierten Mehrzweck-Mikroprozessor oder ein feldprogrammierbares Gate-Array oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung.The sensor 2 includes a substrate 4 with a pattern of electrodes mounted on both sides, which together define a sensitive area of the sensor. The pattern of the electrodes on the substrate can be achieved by the use of conventional techniques. The substrate 4 is made of transparent plastic material, in this case polyethylene terephthalate (PET). The electrodes are made of a transparent, conductive material, in this case ITO. Thus, the entire sensitive area is transparent and can be used without obscuration over an underlying display. The sensor additionally comprises a driver unit 6 to supply the electrodes on one side with drive signals, in this case the front side of the substrate 4 ( 1A ) and a reading unit 8th to get signals from the electrodes on the other side of the substrate 4 to capture, in this case the back ( 1B ). The sensor 2 further comprises one to the driver unit 6 and the reading unit 8th coupled sensor controller 10 , The sensor controller 10 controls the operation of the driver and reader units and processes read unit feedback to determine the location of an object near the sensor. The driver unit 6 , the reading unit 8th and the sensor controller 10 are schematic in 1A and 1B shown as separate elements. However, in general, the functionality of these elements is provided by a single integrated circuit chip, such as a suitably programmed general purpose microprocessor or field programmable gate array or application specific integrated circuit.

Das Elektrodenmuster auf der Vorderseite des Substrats (1A) umfasst drei „Spalten”-Elektroden X1, X2 und X3. Diese verlaufen vertikal und sind gemäß der in 1A gezeigten Orientierung waagrecht zueinander beabstandet. (Die Begriffe vertikal und waagrecht, oben und unten usw., wie sie hier benutzt werden, beziehen sich auf die Orientierung des in den 1A und 1B gezeigten Sensors 2, außer der Zusammenhang verlangt es anders. Die Begriffe beziehen sich nicht auf eine spezielle Orientierung des sich im normalen Gebrauch befindlichen Sensors. Darüber hinaus werden die Begriffe Spalte und Zeile generell dazu benutzt, sich passend auf vertikale und waagrechte Ausrichtungen zu beziehen.) Jede Spaltenelektrode X1, X2, X3 ist aus einem elektrisch durchgängigen Bereich aus ITO mit einer darin enthaltenen Vielzahl rautenförmig geformter offener Bereiche (d. h. Bereiche ohne vorhandenem ITO auf dieser Seite des Substrats) geformt. Die offenen Bereiche in jeder der Spaltenelektroden sind in vier vertikal zueinander versetzten, waagrechten Bändern angeordnet, wobei jedes Band vier Zeilen und neun Spalten an Öffnungen umfasst. Das Elektrodenmuster auf dieser Seite des Substrats enthält auch ein Masseschild 14. Dies ist aus einem durchgängigen Bereich ITO geformt, der waagrecht entlang der oberen Kante der Spaltenelektroden verläuft und sich in die Bereiche zwischen ihnen erstreckt. Das Masseschild ist mit einer Systemmasse 18 (d. h. einem Systemreferenzpotential) verbunden. Das Masseschild kann behilflich sein, ein Übersprechen zwischen den verschiedenen Spaltenelektroden während des Gebrauchs zu vermindern, kann aber bei Bedarf weggelassen werden.The electrode pattern on the front side of the substrate ( 1A ) comprises three "column" electrodes X1, X2 and X3. These are vertical and are in accordance with the in 1A Orientation shown horizontally spaced from each other. (The terms vertical and horizontal, top and bottom, etc., as used herein, refer to the orientation of the in the 1A and 1B shown sensor 2 unless the context demands otherwise. The terms do not refer to a specific orientation of the sensor in normal use. In addition, the terms column and row are generally used to suit vertical and horizontal Orientations.) Each column electrode X1, X2, X3 is formed of an electrically continuous region of ITO having a plurality of diamond-shaped shaped open regions (ie regions without ITO present on that side of the substrate) therein. The open areas in each of the column electrodes are arranged in four horizontally offset horizontal bands, each band comprising four rows and nine columns of apertures. The electrode pattern on this side of the substrate also contains a ground shield 14 , This is formed from a continuous area ITO which runs horizontally along the upper edge of the column electrodes and extends into the areas between them. The ground shield is with a system ground 18 (ie, a system reference potential). The ground shield may help to reduce crosstalk between the various column electrodes during use, but may be omitted as needed.

Die Spaltenelektroden X1, X2, X3 sind mittels Treiberdrähten 20 mit den jeweiligen Treiberkanälen D1, D2, D3 in der Treibereinheit 6 verbunden. Deshalb werden die Spaltenelektroden manchmal als getriebene oder Treiberelektroden bezeichnet. In diesem Beispiel ist für jede Spaltenelektrode ein separater Treiberkanal bereitgestellt. Ein einzelner Treiberkanal mit geeigneter Multiplexierung kann jedoch ebenso verwendet werden. Die Treiberkanäle werden durch den Kontroller 10 gesteuert, um die Treibersignale auf die jeweiligen Spaltenelektroden, wie weiter unten beschrieben, anzuwenden. Die Treiberdrähte umfassen eine konventionelle Kupferverdrahtung (z. B. Bandstecker), welche an die ITO-Spaltenelektroden mittels Karbon-Unterlagen 26 angeschlossen sind. Die Treiberdrähte 20 sind schematisch in 1A gezeigt, und im Allgemeinen kann eine bessere Leistung erreicht werden, wenn die zu den verschiedenen Elektroden zugeordnete Treiberdrähte ähnliche Längen haben, da dies helfen kann, die Leistungsunterschiede zwischen den Kanälen zu minimieren. In einigen Beispielen können die Treiberdrähte auch aus ITO-Leiterbahnen auf dem Substrat gefertigt sein, welche durch einen Randverbinder mit den Treiberkanälen verbunden sind. Im Allgemeinen wird eine konventionelle Verdrahtung jedoch den Vorteil von Treiberdrähten mit geringerem Widerstand haben.The column electrodes X1, X2, X3 are by means of driver wires 20 with the respective driver channels D1, D2, D3 in the driver unit 6 connected. Therefore, the column electrodes are sometimes referred to as driven or driving electrodes. In this example, a separate driver channel is provided for each column electrode. However, a single driver channel with appropriate multiplexing may also be used. The driver channels are controlled by the controller 10 to apply the drive signals to the respective column electrodes, as described below. The driver wires include conventional copper wiring (eg, ribbon plugs) attached to the ITO column electrodes via carbon pads 26 are connected. The driver wires 20 are schematic in 1A In general, better performance can be achieved if the drive wires associated with the various electrodes have similar lengths, as this can help to minimize the power differences between the channels. In some examples, the driver wires may also be fabricated from ITO traces on the substrate which are connected to the driver channels by an edge connector. In general, however, conventional wiring will have the advantage of lower resistance driver wires.

Das Elektrodenmuster auf der Rückseite des Substrats (1B) umfasst vier „Zeilen”-Elektroden Y1, Y2, Y3, Y4, welche waagrecht verlaufen und voneinander vertikal beabstandet sind. Jede Zeilenelektrode Y1, Y2, Y3, Y4 ist aus einem elektrisch durchgängigen Bereich aus ITO gefertigt. Die Zeilenelektroden Y1, Y2, Y3, Y4 sind derart gefertigt, dass jede von ihnen ein Muster umfasst, welches den drei Spaltenelektroden X1, X2, X3 auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 4 zugeordnet ist, drei Mal entlang seiner Länge wiederholt wird. Das Wiederholungsmuster umfasst vier Unterzeilen aus ITO, die bezüglich der jeweiligen der vier Zeilen aus rautenförmigen offenen Bereichen in einem der entsprechenden vier Bänder der offenen Bereichen im ITO, welche die Spaltenelektroden formen, ausgerichtet sind. Jede der Unterzeilen umfasst neun gefüllte Bereiche, wobei das die Zeilen formende ITO Rautenformen ausfüllt, welche den jeweiligen der offenen Bereichen auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats entsprechen und ihnen entsprechend ausgerichtet sind. In diesem Fall kontaktieren die gefüllten Bereiche einer Unterzeile gerade die gefüllten Bereiche einer benachbarten Unterzeile, was aber nicht von Bedeutung ist. Die Enden jeder Zeilenelektrode sind durch Kurzschlussverbindungen 30 niedrigen Widerstandes miteinander verbunden, die durch eine, mittels Karbonunterlagen 27, außerhalb des empfindlichen Bereichs verlaufende Verdrahtung gegeben sind. In diesem Beispiel umfassen die Kurzschlussverbindungen 30 eine konventionelle Kupferverdrahtung (z. B. Bandverbinder), welche mit den Enden der jeweiligen Zeilenelektroden über die Karbonunterlagen 27 verbunden sind.The electrode pattern on the back side of the substrate ( 1B ) comprises four "row" electrodes Y1, Y2, Y3, Y4, which are horizontal and spaced from each other vertically. Each row electrode Y1, Y2, Y3, Y4 is made of an electrically continuous region of ITO. The row electrodes Y1, Y2, Y3, Y4 are made such that each of them includes a pattern corresponding to the three column electrodes X1, X2, X3 on the opposite side of the substrate 4 is repeated three times along its length. The repetition pattern comprises four ITO sub-rows aligned with respect to the respective one of the four rows of diamond-shaped open areas in one of the corresponding four bands of the open areas in the ITO which form the column electrodes. Each of the sublines comprises nine filled regions, with the ITO forming the lines filling diamond shapes corresponding to and aligned with the respective ones of the open regions on the opposite side of the substrate. In this case, the filled areas of a sub-line just contact the filled areas of an adjacent sub-line, which is not important. The ends of each row electrode are short-circuited 30 low resistance interconnected by one, by means of carbon pads 27 , Outside the sensitive area extending wiring are given. In this example, the short-circuit connections include 30 a conventional copper wiring (e.g., ribbon connector) connected to the ends of the respective row electrodes via the carbon pads 27 are connected.

Die Zeilenelektroden Y1, Y2, Y3, Y4 sind durch Lesedrähte 32 mit den jeweiligen Lesekanälen S1, S2, S4, S4 in der Leseeinheit 8 verbunden. Deshalb werden die Zeilenelektroden manchmal als Leseelektroden bezeichnet. In diesem Beispiel wird für jede Zeilenelektrode ein separater Lesekanal bereitgestellt, aber wie bei den Treiberkanälen könnte ebenso ein einzelner Lesekanal mit geeigneter Datenübertragung verwendet werden. Die Lesekanäle werden durch den Kontroller 10 gesteuert, um Antwortsignale der jeweiligen Zeilenelektroden, wie weiter unten beschrieben, zu messen. Die Lesedrähte 32 umfassen konventionelle Kupferverdrahtung, welche mit der Kurzschlussverbindungen 30 verbunden sind. Somit sind die Lesekanäle mit beiden Enden der entsprechenden Zeilenelektroden durch Niedrigwiderstands-Verbindungen verbunden, die durch eine Kombination der Lesedrähte und der Kurzschlussverbindungen gegeben sind.The row electrodes Y1, Y2, Y3, Y4 are by sense wires 32 with the respective read channels S1, S2, S4, S4 in the reading unit 8th connected. Therefore, the row electrodes are sometimes referred to as read electrodes. In this example, a separate read channel is provided for each row electrode, but as with the driver channels, a single read channel with proper data transmission could also be used. The reading channels are controlled by the controller 10 controlled to measure response signals of the respective row electrodes, as described below. The reading wires 32 include conventional copper wiring, which with the short-circuit connections 30 are connected. Thus, the read channels are connected to both ends of the respective row electrodes through low-resistance connections given by a combination of the sense wires and the short-circuit connections.

Selbstverständlich ist die spezielle, in 1B gezeigte Anordnung, welche Kurzschlussverbindungen 30 zwischen den jeweiligen Zeilenelektrodenenden und die Kurzschlussverbindungen mit den Lesekanälen verbindenden Lesedrähte 32 verwendet, nur eine Möglichkeit die Lesekanäle mit beiden Enden der jeweiligen Zeilenelektroden zu verbinden. Das gleiche Ergebnis könnte beispielsweise durch die Verwendung von Verbindungen erzielt werden, welche direkt von jedem der Lesekanäle zu den zwei Enden der zugeordneten Zeilenelektroden verlaufen.Of course, the special, in 1B shown arrangement, which short-circuit connections 30 between the respective row electrode terminals and the sense wires connecting the short circuits to the read channels 32 used only one way to connect the read channels with both ends of the respective row electrodes. The same result could be achieved, for example, by the use of connections that run directly from each of the read channels to the two ends of the associated row electrodes.

Wie bei den in 1A gezeigten Treiberdrähten 20 sind die Lesedrähte 30 schematisch dargestellt, und im Allgemeinen kann eine bessere Leistung erreicht werden, wenn die den verschiedenen Elektroden zugeordnete Verdrahtung von einer ähnlichen Länge ist, um die Leistungsunterschiede zwischen den Kanälen zu minimieren. In einigen Beispielen können die Verbindungen zwischen den Lesekanälen und den Enden der Zeilenelektroden gänzlich oder teilweise aus Leiterbahnen auf dem Substrat gefertigt werden. Dies ist möglich durch eine Fertigung der Leiterbahnen aus ITO (vielleicht dicker hergestellt als im transparenten Bereich des Sensors, um ihren Widerstand zu reduzieren) aber im Allgemeinen wird es von Vorteil sein, Silber-Ink-Leiterbahnen zu verwenden, da diese im Allgemeinen einen kleineren Widerstand haben. In diesem Fall wird jedoch eine konventionelle Kupferverdrahtung verwendet, um die Lesekanäle mit den Zeilenelektroden zu verbinden, und dies hat außerdem den Vorteil, dass Verbindungen mit einem geringeren Widerstand, als er im Allgemeinen durch die Verwendung von ITO erreicht wird, bereitgestellt werden.As with the in 1A shown driver wires 20 are the reading wires 30 shown schematically, and in general, a better Performance can be achieved when the wiring associated with the various electrodes is of a similar length to minimize the power differences between the channels. In some examples, the connections between the read channels and the ends of the row electrodes may be made wholly or partially of traces on the substrate. This is possible by making the ITO traces (perhaps made thicker than in the transparent area of the sensor to reduce their resistance) but generally it will be beneficial to use silver ink traces as these are generally smaller Have resistance. In this case, however, conventional copper wiring is used to connect the read channels to the row electrodes, and this also has the advantage of providing connections with a lower resistance than is generally achieved through the use of ITO.

2 zeigt schematisch eine Draufsicht des in den Figuren 1A und 1B gezeigten Sensors 2, wobei sowohl das Elektrodenmuster der Vorderseite (1A), als auch der Rückseite (1B) zusammen gezeigt wird. Das Elektrodenmuster auf der Rückseite des Substrats wird im oberen Bereich dieser Figur gezeigt (d. h. der Betrachter sitzt hinter dem Substrat). Diese Figur zeigt, wie die gefüllten rautenförmigen Bereiche in den Elektrodenzeilen der Rückseite (1B) mit den gegenüberliegenden Öffnungen in den Spaltenelektroden auf der Vorderseite (1A) überlappen. In 2 werden die Treibereinheit 6, die Sensoreinheit 8 und der Sensor-Kontroller 10 als Untereinheiten eines einzelnen Mikro-Kontrollers 50 dargestellt, welcher die Funktionsweise aller drei Elemente steuert. Außerdem ist ein Geräte-Kontroller 52 gezeigt, welcher Positionsinformationen vom Sensor-Kontroller empfängt (d. h. ein Signal Pxy, das eine berechnete Position eines in einem Erfassungsbereich erfassten Objektes angibt) und durch Ausgabe eines Steuersignals C entsprechend der gemessenen Position reagiert, um ein mit dem Sensor verknüpftes Gerät zu steuern. 2 schematically shows a plan view of the in the figures 1A and 1B shown sensor 2 , where both the electrode pattern of the front side ( 1A ), as well as the back ( 1B ) is shown together. The electrode pattern on the back of the substrate is shown in the upper portion of this figure (ie, the viewer sits behind the substrate). This figure shows how the filled diamond-shaped areas in the electrode rows of the back side (FIG. 1B ) with the opposite openings in the column electrodes on the front side ( 1A ) overlap. In 2 become the driver unit 6 , the sensor unit 8th and the sensor controller 10 as subunits of a single microcontroller 50 shown, which controls the operation of all three elements. There is also a device controller 52 which receives position information from the sensor controller (ie, a signal P xy indicative of a calculated position of an object detected in a detection area) and by outputting a control signal C corresponding to the measured position to control a device associated with the sensor.

3A zeigt schematisch einen vergrößerten Teilbereich des in 2 gezeigten Sensors. Insbesondere ist der durch die gestrichelte Linie R in 2 markierte Bereich des Sensors gezeigt. 3A zeigt deutlicher, wie jede der rautenförmigen gefüllten Bereiche in den Elektrodenzeilen auf der Rückseite des Substrats (1B) mit den entsprechenden der rautenförmigen offenen Bereiche in den Spaltenelektroden auf der Vorderseite (1A) ausgerichtet sind. Die offenen Bereiche in den Spaltenelektroden sind schematisch durch gestrichelte Umrisse etwas kleiner dargestellt, als sie im Verhältnis zu den rautenförmigen gefüllten Bereichen in den Zeilenelektroden sind, damit sie in der Figur besser erkannt werden. In der Praxis würden die gefüllten Bereiche und die entsprechenden offenen Bereiche mit einer im Wesentlichen gleichen Größe ausgestaltet sein, damit sie enger überlappen. 3A schematically shows an enlarged portion of the in 2 shown sensor. In particular, the dashed line R in FIG 2 marked area of the sensor shown. 3A more clearly shows how each of the diamond-shaped filled areas in the electrode rows on the back of the substrate ( 1B ) with the corresponding one of the diamond-shaped open areas in the column electrodes on the front side ( 1A ) are aligned. The open areas in the column electrodes are shown schematically by dashed outlines somewhat smaller than they are in relation to the diamond-shaped filled areas in the row electrodes, so that they are better recognized in the figure. In practice, the filled areas and the corresponding open areas would be configured to be substantially the same size to more closely overlap.

3B zeigt schematisch eine Schnittansicht des Bereiches des in 3A gezeigten Sensors 2 entlang der Linie AA'. Die Schnittansicht zeigt außerdem andere Elemente, welche mit dem Sensor 2 kombiniert sind, um eine berührungsempfindliche Anzeige 60 und außerdem ein Objekt (in diesem Fall ein Finger des Benutzers mit einer Kapazität Cx zur Erde), dessen Position abgetastet werden soll, bereitzustellen. Die Schnittansicht der 3B ist mit der Vorderseite des Sensors 2 nach oben zeigend dargestellt. 3B schematically shows a sectional view of the area of in 3A shown sensor 2 along the line AA '. The sectional view also shows other elements associated with the sensor 2 combined to form a touch-sensitive display 60 and also to provide an object (in this case a finger of the user with a capacitance C x to ground) whose position is to be sampled. The sectional view of 3B is with the front of the sensor 2 shown pointing up.

3B zeigt die berührungsempfindliche Anzeige 60 umfassend mehrere Schichten, welche mit L1 bis L7 von der Anwenderseite nach unten zählend gekennzeichnet sind. Die oben beschriebenen Sensorelemente umfassen die Schichten L3, L4 und L5. Die Schicht L4 ist das Substrat und die Schichten L3 und L5 sind jeweils die ITO-Abscheidungen auf der Vorder- und Rückseite des Substrats. Die Schicht L5 (1B hinten) zeigt die Karbonunterlage 27 für die Verbindung der Zeilenelektrode mit der Kurzschlussverbindung 30. Angrenzend daran ist ein durchgängiger Abschnitt ITO, der entlang der Zeilenelektrode an der Stelle des Schnitts AA' verläuft. Dieser durchgehende Abschnitt ITO ist schematisch als alternierend aus ausgefüllten Bereichen 68 und schraffierten Bereichen 70 dargestellt. Die ausgefüllten Abschnitte 68 entsprechen den rautenförmigen gefüllten Bereichen und die schraffierten Abschnitte 70 entsprechen den Teilbereichen der Unterzeile der Zeilenelektrode, durch welche der Schnitt verläuft, der die rautenförmigen gefüllten Bereich verbindet. Die Schicht L3 zeigt das ITO-Abscheidungsmuster auf der Vorderseite des in 1A gezeigten Substrats. Die in 3B gezeigte Schnittansicht verläuft durch mehrere der rautenförmigen, offenen Bereiche, sodass die Schicht L3 abwechselnde Abschnitte schraffierter Bereiche 60 mit ITO und nicht ausgefüllte Bereiche 62 ohne ITO auf dieser Seite des Substrats umfasst. Aus 3B ist deutlich zu sehen, dass die rautenförmigen gefüllten Bereiche auf der Rückseite des Substrats 4 (Schicht L5) mit den rautenförmigen offenen Bereichen auf der Vorderseite ausgerichtet sind. 3B shows the touch-sensitive display 60 comprising a plurality of layers labeled L1 to L7 counting down from the user side. The sensor elements described above include the layers L3, L4 and L5. Layer L4 is the substrate and layers L3 and L5 are the ITO deposits on the front and back of the substrate, respectively. The layer L5 ( 1B behind) shows the carbon underlay 27 for the connection of the row electrode with the short-circuit connection 30 , Adjacent thereto is a continuous section ITO which runs along the row electrode at the location of the section AA '. This continuous section ITO is shown schematically as alternating filled-in areas 68 and hatched areas 70 shown. The completed sections 68 correspond to the diamond-shaped filled areas and the hatched sections 70 correspond to the sub-areas of the sub-row of the row electrode through which passes the intersection connecting the diamond-shaped filled area. Layer L3 shows the ITO deposition pattern on the front of in 1A shown substrate. In the 3B The sectional view shown extends through several of the diamond-shaped, open areas, so that the layer L3 alternating sections hatched areas 60 with ITO and unfilled areas 62 without ITO on this side of the substrate. Out 3B You can clearly see that the diamond-shaped filled areas on the back of the substrate 4 (Layer L5) are aligned with the diamond-shaped open areas on the front.

Die Schicht L1 der berührungsempfindlichen Anzeige 60 ist eine Abdeckkonsole, z. B. aus Glas- oder Kunststoffmaterial, welche den Sensor während des Gebrauchs schützt. Die Abdeckkonsole kann auf Wunsch auch Hinweisschilder umfassen. Die Schicht L2 ist eine haftende Schicht, welche den Sensor 2 an die Abdeckkonsole bindet. Die Schicht L7 ist ein Anzeigeschirm, z. B. eine Flüssigkristallanzeige. Die Schicht L6 ist eine haftende Schicht, welche den Sensor (und die anhaftende Abdeckkonsole) an den Anzeigeschirm bindet. Es kann vorteilhaft für die jeweilige haftende Schicht sein, einen abgeglichenen Index wie das ITO und die Abdeckkonsole/Anzeigeschirm-Abdeckung zu haben, um die Transparenz zu verbessern.The layer L1 of the touch-sensitive display 60 is a Abdeckkonsole, z. As glass or plastic material, which protects the sensor during use. The cover console can also include signs if desired. The layer L2 is an adhesive layer containing the sensor 2 binds to the cover console. The layer L7 is a display screen, e.g. B. a liquid crystal display. The layer L6 is an adhesive layer that binds the sensor (and the attached cover panel) to the display screen. It can be beneficial for the respective adhesive layer to have a balanced index such as the ITO and the cover panel / display screen cover to improve transparency.

Jede der Schnittflächen zwischen einer Zeilenelektrode und einer Spaltenelektrode kann einem diskreten Erfassungsbereich (Taste) des Positionssensors 2 entsprechend angesehen werden. Somit umfasst der Positionssensor 2 zwölf Tasten, welche in vier Zeilen und drei Spalten angeordnet sind. Im Betrieb kann der Sensor auf eine, ähnlich zu der in der Druckschrift WO 00/44018 beschriebenen, Art betrieben werden, deren Inhalte unter Bezugnahme hier eingeschlossen sind. Ob ein Objekt an eine gegebene Taste grenzt oder nicht, wird durch die Untersuchung der kapazitiven Kopplung zwischen der Spaltenelektrode und der Zeilenelektrode, welche sich kreuzen und damit eine Taste definieren, festgelegt. Um festzustellen, ob ein Objekt an die in 2 gezeigte Taste oben links angrenzt, werden somit der der Spaltenelektrode X1 zugeordnete Treiberkanal D1 und der der Zeilenelektrode Y1 zugeordnete Lesekanal S1 aktiviert.Each of the sectional areas between a row electrode and a column electrode may correspond to a discrete detection area (key) of the position sensor 2 be considered accordingly. Thus, the position sensor includes 2 twelve keys arranged in four rows and three columns. In operation, the sensor can be on a, similar to that in the document WO 00/44018 described, type, the contents of which are incorporated herein by reference. Whether or not an object is adjacent to a given key is determined by examining the capacitive coupling between the column electrode and the row electrode, which intersect and thus define a key. To determine if an object belongs to the in 2 shown key adjacent to the left, thus the column electrode X1 associated driver channel D1 and the row electrode Y1 associated read channel S1 are activated.

Falls aktiviert, legt der Treiberkanal D1 ein sich mit der Zeit änderndes Treibersignal an die Spaltenelektrode X1 an. Der Treiberkanal D1 kann ein einfaches CMOS-Logikgatter sein, welches durch eine konventionell regulierte Stromversorgung versorgt und durch einen Sensor-Kontroller 10 gesteuert wird, um eine periodische Vielzahl an Spannungsimpulsen einer ausgewählten Dauer (oder in einer einfachen Implementierung ein einfacher Übergang von einer Niedrig-zu-Hoch- oder Hoch-zu-Niedrigspannung) bereitstellt. Alternativ dazu kann der Treiberkanal einen sinusförmigen Generator oder einen Generator einer zyklischen Spannung mit einer anderen geeigneten Wellenform umfassen. Ein sich änderndes elektrisches Feld wird somit an den steigenden und fallenden Flanken des Verlaufes der Spannungszyklen, welche auf die gesteuerte Spaltenelektrode X1 angewendet werden, erzeugt. Die Spaltenelektrode X1 und die Zeilenelektrode Y1 wirken wie gegenüberliegende Platten eines Kondensators mit der Kapazität CE. Die Kapazität CE wird vorwiegend durch den Überlappbereich der Spaltenelektrode X1 und der Zeilenelektrode Y1 (d. h. an der durch die Schnittstelle dieser Elektroden definierten Position der Taste) bestimmt. Der Grund dafür ist, dass die Elektroden an dieser Stelle den kleinsten Abstand zueinander haben. Somit ist die Zeilenelektrode Y1 kapazitiv an die getriebene Spaltenelektrode X1 gekoppelt und empfängt oder senkt somit das durch die getriebene Spaltenelektrode generierte, sich ändernde elektrische Feld. Dies resultiert in einem Stromfluss in der Zeilenelektrode Y1, welcher durch die sich ändernde Spannung an der getriebenen Spaltenelektrode S1 durch kapazitive Differenzierung der sich ändernden elektrischen Felder induziert wird. Der Strom fließt zu (oder von, abhängig von der Polarität) beiden Enden der Zeilenelektrode Y1 und zu (oder von) dem Lesekanal S1 in der Leseeinheit 8 über die geeignete Kurzschlussverbindung 30 und dem Lesedraht 32. Der Lesekanal umfasst eine Ladungsmessungsschaltung, die konfiguriert ist, den durch die in der Zeilenelektrode Y1 induzierten Ströme verursachten Ladungsfluß in/aus (abhängig von der Polarität) dem Lesekanal zu messen.If activated, driver channel D1 applies a time varying driver signal to column electrode X1. The driver channel D1 may be a simple CMOS logic gate powered by a conventionally regulated power supply and by a sensor controller 10 to provide a periodic plurality of voltage pulses of a selected duration (or, in a simple implementation, a simple transition from a low to high or high to low voltage). Alternatively, the driver channel may include a sinusoidal generator or a cyclic voltage generator with another suitable waveform. A changing electric field is thus generated at the rising and falling edges of the course of the voltage cycles applied to the controlled column electrode X1. The column electrode X1 and the row electrode Y1 act as opposing plates of a capacitor with the capacitance C E. The capacitance C E is mainly determined by the overlap area of the column electrode X1 and the row electrode Y1 (ie at the position of the key defined by the intersection of these electrodes). The reason for this is that the electrodes have the smallest distance to each other at this point. Thus, the row electrode Y1 is capacitively coupled to the driven column electrode X1, and thus receives or lowers the changing electric field generated by the driven column electrode. This results in a current flow in the row electrode Y1 which is induced by the changing voltage on the driven column electrode S1 by capacitive differentiation of the changing electric fields. The current flows to (or from, depending on the polarity) both ends of the row electrode Y1 and to (or from) the reading channel S1 in the reading unit 8th via the appropriate short-circuit connection 30 and the reading wire 32 , The read channel comprises a charge measurement circuit configured to measure the charge flow in / out (depending on the polarity) caused by the currents induced in the row electrode Y1 to the read channel.

Die kapazitive Differentiation ist durch die Gleichung, welche den Stromfluß durch einen Kondensator bestimmt, beschrieben, nämlich: IE = CE × dV / dt, wobei IE der momentane Strom im Lesedraht 32 und dV/dt die auf die gesteuerte Spaltenelektrode X1 angewendete Spannungsänderungsrate ist. Die Ladungsmenge, welche während eines Kantenübergangs an die Zeilenelektrode Y1 (und somit in/aus dem Lesekanal S1) gekoppelt ist, ist das Integral der oberen Gleichung über die Zeit, d. h. QE = CE × V. The capacitive differentiation is described by the equation which determines the current flow through a capacitor, namely: I E = C E × dV / dt, where I E is the instantaneous current in the read wire 32 and dV / dt is the voltage change rate applied to the controlled column electrode X1. The amount of charge coupled to the row electrode Y1 (and thus to / from the read channel S1) during an edge transition is the integral of the upper equation over time, ie Q E = C E × V.

Die an jeden Übergang gekoppelte Ladung QE ist unabhängig vom zeitlichen Anstieg von V (d. h. dV/dt) und hängt nur vom Spannungshub an der getriebenen Spaltenelektrode (welcher leicht fixiert werden kann) und der Größe der Kopplungskapazität CE zwischen der getriebenen Spaltenelektrode und der Lesezeilenelektrode ab. Somit entspricht die Bestimmung der in/an den Ladungsdetektor, welcher den Lesekanal S1 umfasst, gekoppelte Ladung in Antwort auf Änderungen des auf die Spaltenelektrode X1 angewendeten Treibersignals einem Maß für die Kopplungskapazität CE zwischen der getriebenen Spaltenelektrode X1 und der Lesezeilenelektrode Y1.The charge Q E coupled to each junction is independent of the time rise of V (ie dV / dt) and depends only on the voltage swing at the driven column electrode (which can be easily fixed) and the size of the coupling capacitance C E between the driven column electrode and the Reading line electrode. Thus, the determination of the charge coupled to the charge detector comprising the read channel S1 in response to changes in the drive signal applied to the column electrode X1 corresponds to a measure of the coupling capacitance C E between the driven column electrode X1 and the read row electrode Y1.

Die Kapazität eines konventionellen parallelen Plattenkondensators ist nahezu unabhängig von den elektrischen Eigenschaften des Bereichs außerhalb des Gebietes zwischen den Platten (wenigstens für Platten deren Ausmaß groß im Vergleich zu ihrem Abstand ist). Die Kombination der rautenförmigen offenen Bereiche in den Spaltenelektroden mit den Lücken im ITO zwischen den verschiedenen Unterzeilen in den Zeilenelektroden bedeutet jedoch, dass wenigstens einige der die Spaltenelektrode X1 und die Zeilenelektrode Y1 verbindenden elektrischen Felder aus dem Substrat „quellen”. Dies bedeutet, dass die kapazitive Kopplung (d. h. die Größe von CE) zwischen der getriebenen Spaltenelektrode und der Lesezeilenelektrode bis zu einem gewissen Grad empfindlich gegenüber den elektrischen Eigenschaften des Bereiches in der Nähe der Schnittfläche der Elektroden (d. h. an der Stelle der Taste) ist, in welche sich die „herausquellenden” elektrischen Felder ausdehnen.The capacitance of a conventional parallel plate capacitor is almost independent of the electrical properties of the region outside the region between the plates (at least for plates whose extent is large compared to their spacing). However, the combination of the diamond-shaped open areas in the column electrodes with the gaps in the ITO between the various sublines in the row electrodes means that at least some of the electric fields connecting the column electrode X1 and the row electrode Y1 "swell" out of the substrate. This means that the capacitive coupling (ie, the magnitude of C E ) between the driven column electrode and the read row electrode is, to some degree, sensitive to the electrical properties of the area near the cut surface of the electrodes (ie, at the location of the key) into which the "outgrowing" electric fields expand.

In Abwesenheit jeglicher angrenzender Objekte ist die Größe von CE hauptsächlich durch die Geometrie der Spalten- und Zeilenelektroden (unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Öffnungen) im Bereich ihres Überlapps und der Dicke und der dielektrischen Konstante des Substrats 4 bestimmt. Ist jedoch ein Objekt im Bereich vorhanden, in welchen das elektrische Feld durch die Lücken im ITO quillt und außerhalb der die Schicht L1 umfassenden Abdeckkonsole in 3B, so kann das elektrische Feld in diesem Bereich durch die elektrischen Eigenschaften des Objekts verändert werden. Dies führt zu einer Änderung der kapazitiven Kopplung zwischen den Elektroden, und somit ändert sich die in/vom den Lesekanal umfassenden Ladungsdetektor gekoppelte gemessene Ladung. Platziert beispielsweise ein Anwender einen Finger in den von den herausgequollenen elektrischen Felder besetzten Raumbereich, wird die kapazitive Kopplung der Ladung zwischen den Elektroden reduziert, da der Anwender eine beträchtliche Kapazität zur Erde (oder anderen naheliegenden Strukturen, deren Pfad das Erdungsreferenzpotential der die Leseelemente steuernden Schaltung) aufweist. Diese verminderte Kopplung tritt auf, da das herausgequollene elektrische Feld, welches normalerweise zwischen der getriebenen Spaltenelektrode und der Lesezeilenelektrode gekoppelt ist, teilweise von der Zeilenelektrode zur Erde hin abgelenkt ist. Dies liegt daran, dass das an den Sensor grenzende Objekt elektrische Felder von der direkten Kopplung zwischen den Elektroden ableitet. In the absence of any contiguous objects, the size of C E is mainly in the range of its overlap and the thickness and dielectric constant of the substrate, due to the geometry of the column and row electrodes (considering their respective apertures) 4 certainly. However, if there is an object in the area in which the electric field swells through the gaps in the ITO and outside the cover panel comprising the layer L1 in 3B , so the electric field in this area can be changed by the electrical properties of the object. This results in a change in the capacitive coupling between the electrodes, and thus the measured charge coupled in / from the read channel changes. For example, when a user places a finger in the space area occupied by the swollen out electric fields, the capacitive coupling of the charge between the electrodes is reduced because the user has a significant capacitance to ground (or other nearby structures whose path is the ground reference potential of the circuit controlling the read elements ) having. This diminished coupling occurs because the swelled electric field, which is normally coupled between the driven column electrode and the read row electrode, is partially deflected from the row electrode to ground. This is because the object adjacent to the sensor derives electric fields from the direct coupling between the electrodes.

3C und 3D zeigen schematisch Schnittansichten eines Bereichs des Sensors 2, in denen die die Treiber- und Leseelektroden verbindenden elektrischen Feldlinien schematisch dargestellt sind. Diese Figuren sind ähnlich zu und ergeben sich aus 3B, aber der Einfachheit halber sind nur Teilbereiche der Schichten L3 (vorne ITO), L4 (Substrat) und L5 (hinten ITO) gezeigt. 3C zeigt die elektrischen Felder, falls kein Objekt an den Sensor angrenzt. 3D zeigt die elektrischen Felder, falls ein Objekt an den Sensor angrenzt (d. h. der Finger des Anwenders hat eine Kapazität C zur Erde). Falls kein Objekt an den Sensor angrenzt, verbinden alle elektrischen Feldlinien die zwei Elektroden. Grenzt der Finger des Anwenders jedoch an den Sensor, werden einige außerhalb des Substrats verlaufende elektrische Feldlinien durch den Finger geerdet. Somit verbinden weniger Feldlinien die Elektroden und die kapazitive Kopplung zwischen ihnen ist vermindert. Der Effekt ist ähnlich zu dem in US 5,648,642 [4] verwendeten. 3C and 3D schematically show sectional views of a portion of the sensor 2 in which the electrical field lines connecting the driver and reading electrodes are shown schematically. These figures are similar to and arise from 3B but for the sake of simplicity, only portions of layers L3 (front ITO), L4 (substrate) and L5 (rear ITO) are shown. 3C shows the electric fields if no object is adjacent to the sensor. 3D shows the electric fields if an object is adjacent to the sensor (ie the user's finger has a capacitance C to ground). If no object is adjacent to the sensor, all the electric field lines connect the two electrodes. However, if the user's finger is adjacent to the sensor, some electrical field lines running outside the substrate are grounded by the finger. Thus, fewer field lines connect the electrodes and the capacitive coupling between them is reduced. The effect is similar to that in US 5,648,642 [4] used.

Durch die Überwachung der zwischen der getriebenen Spaltenelektrode X1 und der Lesezeilenelektrode Y1 gekoppelten Ladungsmenge, können Änderungen der zwischen ihnen gekoppelten Ladungsmenge identifiziert und dazu verwendet werden festzustellen, ob ein Objekt an die Taste angrenzt (d. h. ob die elektrischen Eigenschaften des Bereiches, in welchen sich die herausgequollenen elektrischen Felder erstrecken, geändert wurden). Bei einem ersten Anschalten des Sensors 2, kann der Sensor-Kontroller 10 beispielsweise eine Messung der zwischen den Zeilen- und Spaltenelektroden bei jeder Tastenposition übertragenen Ladung für ein gegebenes Treibersignal vornehmen. Dies kann dann als ein Referenzsignallevel Sref für jede Taste verwendet werden. Während des Betriebes kann der Sensor-Kontroller der Reihe nach die kapazitive Kopplung an jeder Tastenposition feststellen (d. h. abtasten), indem entsprechende Spalten- und Zeilenelektroden aktiviert werden. Die Menge der bei jeder Taste übertragenen, gemessenen Ladung Smeas kann dann mit dem Referenzsignallevel Sref dieser Taste verglichen werden, um zu entscheiden, ob sie sich signifikant geändert hat, z. B. ob sie sich um wenigstens eine vorbestimmte Schwellwert-Signalmenge Sth geändert hat. Ist die Änderung größer als Sth, entscheidet der Sensor-Kontroller, dass sich ein Objekt in der Nähe der relevanten Taste befindet und zeigt dem Gerät-Kontroller 52 ein Detektionsereignis an, indem er ein geeignetes Signal Pxy, welches die Position des Objekts angibt (d. h. nahe welcher Taste es sich befindet) ausgibt. Der Sensor-Kontroller kann ebenso die Größenänderung der Ladungsmenge, welche an Tasten in der Nähe der eine über dem Schwellwert anzeigenden Taste übertragen wird, untersuchen, sodass die Berührungsposition mit einer Auflösung, welche höher als die Größe der einzelnen Tasten ist, interpoliert werden kann.By monitoring the amount of charge coupled between the driven column electrode X1 and the read row electrode Y1, changes in the amount of charge coupled between them can be identified and used to determine if an object is adjacent to the key (ie, if the electrical characteristics of the area in which they are located) swollen out electric fields have been changed). When the sensor is switched on for the first time 2 , the sensor controller can 10 For example, measure the charge transferred between the row and column electrodes at each key position for a given driver signal. This can then be used as a reference signal level S ref for each key. During operation, the sensor controller can sequentially detect (ie, sample) the capacitive coupling at each key position by activating corresponding column and row electrodes. The amount of measured charge S meas transferred for each key can then be compared to the reference signal level S ref of that key to determine if it has changed significantly, e.g. B. whether it has changed by at least a predetermined threshold signal amount S th . If the change is greater than S th , the sensor controller decides that an object is near the relevant button and points to the device controller 52 a detection event by outputting a suitable signal P xy indicating the position of the object (ie near which key it is located). The sensor controller may also examine the resizing of the amount of charge transferred to keys near the threshold-indicative key, so that the touch position may be interpolated at a resolution higher than the size of the individual keys.

Es ist ersichtlich, dass es nicht notwendig ist, die Tasten eine nach der anderen abzutasten. Ist jeder Zeilenelektrode ein separater Lesekanal zugeordnet, können alle Zeilen gleichzeitig abgetastet werden, da eine einzelne Spaltenelektrode so getrieben wird, dass alle Taste in einer gegebenen Spalte gleichzeitig untersucht werden können.It will be appreciated that it is not necessary to scan the keys one at a time. If each row electrode is assigned a separate read channel, all rows can be scanned simultaneously because a single column electrode is driven so that all the keys in a given column can be examined simultaneously.

Die Empfindlichkeit des Positionssensors hängt davon ab, zu welchem Maß elektrische Felder aus dem Bereich zwischen der Zeilen- und Spaltenelektroden (d. h. außerhalb des Substrats 4) quellen. Dies liegt daran, dass dies definiert, in welchem Ausmaß die elektrischen Eigenschaften eines Objekts nahe des Substrats (möglicherweise durch eine Abdeckkonsole) die elektrischen Felder zwischen der getriebenen Spaltenelektrode und der empfangenden Zeilenelektrode und daher die kapazitive Kopplung zwischen ihnen modifizieren kann. In dem oben beschriebenen beispielhaften Positionssensor 2, ist es die Substratseite mit den getriebenen Spaltenelektroden, welche dem Anwender während dem normalen Gebrauch zugewandt ist. Folglich ist es die Menge der auf den rautenförmigen gefüllten Regionen in den Zeilenelektroden startenden oder endenden (abhängig von der Polarität) elektrischen Felder, welche durch die entsprechenden rautenförmigen offenen Regionen in den Spaltenelektroden quellen, welche die Empfindlichkeit des Sensors festlegen. Um die Empfindlichkeit zu verbessern, würde man Idealerweise ein Elektrodenmuster auf der Anwenderseite des Substrats wählen, welches einen relativ kleinen Bereich ITO mit einem großen Bruchteil der durch die offenen Bereichen eingenommene Fläche aufweist. Während dies eventuell mit konventionellen nicht-transparenten Leitern möglich ist, ist es jedoch nicht mit den widerstandsbehafteteren transparenten Leitern möglich, da Elektrodenstrukturen, welche lediglich ein spärliches Netzwerk aus widerstandsbehafteten Leitermaterial umfassen, zu widerstandsfähig werden. „Sieht”, wie oben beschrieben, die Ausgabe des Treiberkanals zu viel Impedanz, kann die Verlässlichkeit und Antwortcharakteristik des Sensors signifikant herabgesetzt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, einen Ausgleich zwischen einem dichten Muster aus ITO (welches Niedrigwiderstandselektroden bereitstellt) und einem offenen Muster (welches eine gute Empfindlichkeit bereitstellt) zu finden.The sensitivity of the position sensor depends on the extent to which electric fields from the region between the row and column electrodes (ie outside the substrate 4 ) sources. This is because this defines to what extent the electrical properties of an object near the substrate (possibly through a capping console) can modify the electric fields between the driven column electrode and the receiving row electrode, and therefore the capacitive coupling between them. In the exemplary position sensor described above 2 It is the substrate side with the driven column electrodes facing the user during normal use. Consequently, it is the amount of (depending on the polarity) electric fields starting or ending on the diamond-shaped filled regions in the row electrodes, which are caused by the corresponding diamond-shaped open regions in the column electrodes swell, which determine the sensitivity of the sensor. Ideally, to improve sensitivity, one would choose an electrode pattern on the user side of the substrate which has a relatively small area ITO with a large fraction of the area occupied by the open areas. While this may be possible with conventional non-transparent conductors, it is not possible with the more resistive transparent conductors because electrode structures comprising only a sparse network of resistive conductor material become too resistant. As described above, if the output of the driver channel looks too much impedance, the reliability and response characteristics of the sensor can be significantly reduced. For this reason, it is important to find a balance between a dense pattern of ITO (which provides low-resistance electrodes) and an open pattern (which provides good sensitivity).

Es sollte erwähnt werden, dass es, obwohl im oben stehenden Beispiel elektrische Felder, die durch die rautenförmigen offenen Regionen in die Spaltenelektroden quellen durch ein angrenzendes Objekt verändert werden, die Zeilenelektroden auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats sind, welche den größten Widerstand aufweisen, da sie schmalere Leiterbahnen aus ITO umfassen. Somit sind es in diesem Beispiel die Zeilenelektroden, welche am meisten von den Kurzschlussverbindungen profitieren. Die Spaltenelektroden selber umfassen einen relativ breiten Abschnitt ITO. Die relativ großen Mengen ITO auf der Vorderseite des Substrats begrenzen jedoch die Geometrie des ITO-Musters, welches auf der Rückseite des Substrats (d. h. die Zeilenelektroden) verwirklicht werden kann. Dies liegt daran, dass es wichtig ist, die Fläche des Substrats mit ITO an den gleichen Stellen der gegenüberliegenden Seiten zu vermindern. Dies liegt daran, dass diese Bereiche der Elektroden kapazitiv stark miteinander gekoppelt sind und somit die Menge der elektrischen Felder, welche durch die offenen Bereiche quellen, vermindern. Es bedarf einer Minimierung der Bereiche, in welchen das die Treiber- und Leseelektroden umfassende ITO auf beiden Seiten des Substrats vorhanden ist, was der grundlegenden Notwendigkeit entspricht, einen Ausgleich zwischen einem dichten und einem offenen Muster der widerstandsbehafteten Leiter zu treffen. Der dem Lesekanal dargebotene Effekt des Widerstands der Zeilenelektroden auf die Impedanz, kann durch ein Verbinden beider Enden der Zeilenelektroden mit dem Lesekanal durch eine Niedrigwiderstands-Verdrahtung, beispielsweise durch eine Verwendung der in 1B gezeigten Kurzschlussdrähte, vermindert werden. Falls nur ein Ende jeder Zeile mit dem Lesekanal verbunden wäre, wären Messungen der zu den Tasten am anderen Ende gehörenden kapazitiven Kopplung durch den gesamten elektrischen Widerstand der Elektrode beeinflußt. Durch eine Verbindung beider Enden der Elektrode mit dem Lesekanal, haben die mit den Tasten an beiden Enden der Elektrode verbundenen Stromflüsse eine relativ direkte (d. h. Niedrigwiderstands) Verbindung zum Lesekanal. Darüber hinaus können die Stromflüsse von Tasten in der Mitte der Zeilenelektroden in beide Richtungen entlang der Elektroden zu den Lesekanälen fließen. Somit wird der maximale Beitrag zur Impedanz des Sensors, welcher aus der Elektrode selbst hervorgeht, um einen Faktor von vier im Vergleich zum Fall ohne Kurzschlussverbindung vermindert. Dies liegt daran, dass der Punkt mit dem größten Widerstand von einem Ende zur Mitte der Elektrode wandert (somit den größten Widerstand halbiert) und darüber hinaus die zwei Hälften der Elektrode den Mittelpunkt mit der parallelen Messungsschaltung verbinden und somit wieder den größten Widerstand halbieren. Dies erlaubt es Positionssensoren, welche auf widerstandsbehafteten Leitern (d. h. typischerweise transparenten Leiter) auf gegenüberliegenden Seiten eines Substrats basieren, mit einem ausreichend niedrigen Elektrodenwiderstand versehen zu sein, sodass betriebssichere Positionssensoren geschaffen werden können. (Es versteht sich, dass als notwendig erachtete ähnliche Kurzschlussverbindungen zwischen Enden der gesteuerten Spaltenelektroden verwendet werden können.)It should be noted that although, in the above example, electric fields that are changed by the diamond-shaped open regions into the column electrode sources are changed by an adjacent object, the row electrodes are on the opposite side of the substrate having the largest resistance they include narrower ITO tracks. Thus, in this example, it is the row electrodes that benefit the most from the short-circuit connections. The column electrodes themselves comprise a relatively wide section ITO. However, the relatively large amounts of ITO on the front side of the substrate limit the geometry of the ITO pattern that can be realized on the backside of the substrate (ie, the row electrodes). This is because it is important to reduce the area of the substrate with ITO at the same locations on the opposite sides. This is because these areas of the electrodes are capacitively coupled to each other and thus reduce the amount of electric fields that swell through the open areas. It is necessary to minimize the areas in which the ITO comprising the drive and read electrodes is present on both sides of the substrate, which is the fundamental requirement to balance between a dense and an open pattern of the resistive conductors. The effect of the resistance of the row electrodes on the impedance presented to the read channel can be obtained by connecting both ends of the row electrodes to the read channel through a low-resistance wiring, for example, by using the method described in US Pat 1B shown shorting wires are reduced. If only one end of each row were connected to the read channel, measurements of the capacitive coupling associated with the keys on the other end would be affected by the total electrical resistance of the electrode. By connecting both ends of the electrode to the read channel, the current flows associated with the buttons on both ends of the electrode have a relatively direct (ie, low resistance) connection to the read channel. Moreover, the current flows of keys in the center of the row electrodes can flow in both directions along the electrodes to the read channels. Thus, the maximum contribution to the impedance of the sensor resulting from the electrode itself is reduced by a factor of four as compared to the case without a short circuit connection. This is because the point with the greatest resistance travels from one end to the center of the electrode (thus halving the greatest resistance) and, moreover, the two halves of the electrode connect the midpoint to the parallel measurement circuit, again halving the greatest resistance. This allows position sensors based on resistive conductors (ie, typically transparent conductors) on opposite sides of a substrate to be provided with sufficiently low electrode resistance so that reliable position sensors can be provided. (It should be understood that similar shorting connections deemed necessary between ends of the controlled column electrodes may be used.)

Es ist ersichtlich, dass das rautenförmige Muster nur ein spezielles Beispiel dieses Elektrodenmustertyps ist und ähnliche Muster, welche beispielsweise auf den in 4A und 4B (welche ähnlich zu und aus 3A ersichtlich sind) dargestellten kreisförmigen oder rechteckigen Bereichen und vielen anderen Anordnungen basieren, gleichfalls verwendet werden können.It can be seen that the diamond-shaped pattern is only a specific example of this type of electrode pattern and similar patterns, for example, those described in US Pat 4A and 4B (which are similar to and out of 3A are apparent) and circular or rectangular areas and many other arrangements based, can also be used.

Darüber hinaus zeigen 5A und 5b schematisch Elektrodenmuster auf der Vorder- und Rückseite, wie sie in einem einer anderen Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Sensor verwendet werden. Diese Figuren sind ähnlich zu den 1A und 1B und können aus ihnen verstanden werden. 5A und 5B zeigen jedoch einen Sensor mit einer anderen Tastenanordnung. Anstatt des 4 × 3 Feldes des in den 1A und 1B gezeigten Sensors, hat dieser Sensor zwei obere Zeilen mit drei Tasten und eine einzelne untere Zeile mit vier Tasten. Die Tasten basieren auf einem ähnlichen rautenförmigen Muster, wie es oben beschriebenen wurde. Das den Tasten der unteren Zeile zugeordnete Elektrodenmuster hat einen kleineren Maßstab, dies ist allerdings nicht bedeutsam. Diese Ausführungsform zeigt beispielhaft, dass ein Konstrukteur einer der Erfindung entsprechenden Steuerkonsole eine große Freiheit besitzt, die Tasten anzuordnen.In addition, show 5A and 5b schematically electrode patterns on the front and back, as used in a sensor according to another embodiment of the invention. These figures are similar to the ones 1A and 1B and can be understood from them. 5A and 5B however, show a sensor with a different key arrangement. Instead of the 4 × 3 field in the 1A and 1B As shown, this sensor has two upper rows with three keys and a single lower row with four keys. The keys are based on a similar diamond-shaped pattern as described above. The electrode pattern associated with the keys of the lower row has a smaller scale, but this is not significant. This embodiment exemplifies that a designer of a control panel according to the invention has a great freedom to arrange the keys.

6A zeigt schematisch eine Schaltung, welche dazu verwendet werden kann, die von der Spaltenelektrode 100 zur Lesezeilenelektrode 104 übertragene Ladung zu messen. Schaltungsanordnungen diesen Typs sind ausführlicher in WO 00/44018 beschrieben. Die kapazitive Kopplung zwischen der Spaltenelektrode 100 und der Zeilenelektrode 104 ist schematisch als ein Kondensator 105 dargestellt. Die Schaltung basiert zum Teil auf dem Ladungsübergangs-(„QT”) Apparat und Methoden, welche durch den vorliegenden Erfinder in der Druckschrift US 5,730,165 [2] offenbart sind, deren Inhalte hier durch Bezugnahme dem Inhalt der Schrift hinzugefügt werden. 6A schematically shows a circuit which can be used to that of the column electrode 100 to the reading line electrode 104 to measure transmitted charge. Circuit arrangements of this type are more detailed in FIG WO 00/44018 described. The capacitive coupling between the column electrode 100 and the row electrode 104 is schematically as a capacitor 105 shown. The circuit is based, in part, on the charge transfer ("QT") apparatus and methods disclosed by the present inventor US 5,730,165 [2], the contents of which are hereby incorporated by reference into the content of the Scripture.

Der der Spaltenelektrode 100 zugeordnete Treiberkanal, der der Lesezeilenelektrode 104 zugeordnete Lesekanal und Elemente des Sensor-Kontrollers sind kombiniert in der Verarbeitungsschaltung 400 gezeigt. Die Verarbeitungsschaltung 400 umfasst einen Abtastschalter 401, einen Ladungsintegrator 402 (hier gezeigt als einfacher Kondensator), einen Verstärker 403 und einen Rücksetzschalter 404 und kann darüber hinaus optional Ladungsauslöschungsmittel 405 umfassen. Die zeitlichen Beziehungen zwischen dem Zeilenelektroden-Steuerungssignal des Lesekanals 101 und der zeitlichen Erfassung des Abtastens des Schalters 401 sind schematisch in 6B gezeigt. Der Treiberkanal 101 und der Abtastschalter 401 sind mit geeigneten Synchronisierungsmitteln ausgestaltet, welche ein Mikroprozessor oder ein anderer digitaler Kontroller 408 sein können, um diese Beziehung einzuhalten. In der dargestellten Anwendung ist der Rücksetzschalter 404 anfänglich geschlossen, um den Ladungsintegrator 402 auf einen bekannten Anfangszustand (z. B. 0 Volt) zurückzusetzen. Der Rücksetzschalter 404 wird dann geöffnet und einige Zeit danach wird der Abtastschalter 401 mit dem Ladungsintegrator 402 über den Anschluss 1 des Schalters für ein Intervall während dem der Steuerkanal 101 einen positiven Übergang aussendet, verbunden und danach wieder mit dem Anschluss 0 verbunden, der eine elektrische Erdung oder ein anderes geeignetes Referenzpotential darstellt. Der Treiberkanal 101 kehrt dann zur Erdung zurück, und der Prozess wiederholt sich für insgesamt „n” Zyklen (wobei n = 1 (d. h. 0 Wiederholungen), 2 (1 Wiederholung), 3 (2 Wiederholungen) usw. sein kann). Es ist von Bedeutung, dass das Treibersignal nicht zur Erdung zurückkehrt, bevor der Ladungsintegrator von der Zeilenelektrode getrennt wird, da sonst eine gleiche oder gegensätzliche Ladung in/aus dem Lesekanal während positiver und negativer Kanten fließen würde und somit zu keinem Netto-Ladungsübergang in den Ladungsdetektor führen würde. Der gewünschten Zyklenzahl folgend, wird der Abtastschalter 401 an der Position 0 gehalten, während die Spannung am Ladungsintegrator 402 durch ein Messmittel 407 gemessen wird, welches einen Verstärker, ADC oder eine andere für die vorliegende Anwendung geeignete Schaltung umfassen kann. Nach erfolgter Messung wird der Rücksetzschalter 404 wieder geschlossen, und der Zyklus wird, wenn gewünscht, wieder gestartet, d. h. ohne Verzögerung oder nach einer für das gesteuerte Gerät geeignete Verzögerung. Der Prozess wird hierin als „Stoßmessung” (Burst) der Länge „n” bezeichnet, wobei „n” zwischen 1 und einer beliebigen endlichen Zahl liegen kann. Die Empfindlichkeit der Schaltung hängt direkt von „n” und invers vom Wert des Ladungsintegrators 402 ab.The column electrode 100 associated driver channel, the read line electrode 104 associated read channel and elements of the sensor controller are combined in the processing circuit 400 shown. The processing circuit 400 includes a sampling switch 401 , a charge integrator 402 (shown here as a simple capacitor), an amplifier 403 and a reset switch 404 and optionally, optional charge extinguishing agent 405 include. The timing relationships between the row electrode control signal of the read channel 101 and the timing of the scanning of the switch 401 are schematic in 6B shown. The driver channel 101 and the sampling switch 401 are configured with suitable synchronization means, which are a microprocessor or other digital controller 408 can be to keep this relationship. In the illustrated application, the reset switch is 404 initially closed to the charge integrator 402 to reset to a known initial state (eg, 0 volts). The reset switch 404 is then opened and some time thereafter becomes the sampling switch 401 with the charge integrator 402 via port 1 of the switch for an interval during which the control channel 101 sends a positive transition, connected, and then reconnected to port 0, which represents an electrical ground or other suitable reference potential. The driver channel 101 then returns to ground and the process repeats for a total of "n" cycles (where n = 1 (ie, 0 repetitions), 2 (1 repetition), 3 (2 repetitions), etc.). It is important that the drive signal not return to ground before the charge integrator is disconnected from the row electrode, otherwise an equal or opposite charge would flow into / out of the read channel during positive and negative edges, and thus no net charge transfer into the cell Charge detector would result. Following the desired number of cycles, the sampling switch becomes 401 held at position 0 while the voltage at the charge integrator 402 through a measuring device 407 which may comprise an amplifier, ADC or other circuit suitable for the present application. After the measurement the reset switch becomes 404 closed again, and the cycle is restarted if desired, ie without delay or after a delay suitable for the controlled device. The process is referred to herein as "burst" of length "n", where "n" may be between 1 and any finite number. The sensitivity of the circuit depends directly on "n" and inversely on the value of the charge integrator 402 from.

Es ist offensichtlich, dass das mit 402 bezeichnete Schaltungselement eine Ladungsintegrationsfunktion bereitstellt, welche ebenso durch andere Mittel verwirklicht werden kann, und dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines wie durch 402 gezeigten massebezogenen Kondensators beschränkt ist. Es sollte ebenso offensichtlich sein, dass der Ladungsintegrator 402 ein auf einem Operationsverstärker basierter Integrator sein kann, um die durch die Leseschaltung fließende Ladung zu integrieren. Solche Integratoren benutzen auch Kondensatoren, um die Ladung zu speichern. Es kann angemerkt werden, dass obwohl Integratoren die Schaltungskomplexität erhöhen, sie eine bessere Summenpunktlast für die Leseströme und einen höheren Dynamikbereich bereitstellen. Falls ein Niedriggeschwindigkeits-Integrator eingesetzt wird, kann es notwendig sein, einen separaten Kondensator in der Position 402 zu verwenden, um die Ladung zeitweise bei hoher Geschwindigkeit zu speichern, bis der Integrator sie wieder absorbieren kann, aber der Wert eines solchen Kondensators wird relativ unkritisch im Vergleich zum Wert des Integrationskondensators, welcher in den Operationsverstärker-basierten Integrator enthalten ist.It's obvious that with that 402 designated circuit element provides a charge integration function, which can also be realized by other means, and that the invention does not rely on the use of as 402 shown mass-based capacitor is limited. It should also be obvious that the charge integrator 402 may be an operational amplifier based integrator to integrate the charge flowing through the read circuit. Such integrators also use capacitors to store the charge. It may be noted that although integrators increase circuit complexity, they provide a better summed load for the read currents and a higher dynamic range. If a low-speed integrator is used, it may be necessary to have a separate capacitor in position 402 to temporarily store the charge at high speed until the integrator can absorb it again, but the value of such a capacitor becomes relatively uncritical compared to the value of the integration capacitor included in the operational amplifier based integrator.

Es ist hilfreich für den Abtastschalter 401 die abtastenden Zeilenelektroden des Sensors mit der Masse zu verbinden, wenn sie während den Änderungen des Treibersignals der gewählten Polarität (in diesem Fall positiv) nicht mit dem Ladungsintegrator 402 verbunden sind. Dies liegt daran, dass dies eine künstliche Erdungsebene erzeugen kann, welche somit RF-Emissionen reduziert, und außerdem, wie oben angemerkt, die gekoppelte Ladung entgegengesetzter Polarität zur durch den Ladungsintegrator 402 abgetasteten richtig abzuführen und zu neutralisieren. Es ist ebenso möglich, einen Widerstand zur Erde an den Zeilenelektrodenleitungen zu verwenden, um den gleichen Effekt zwischen Übergängen der Treiberkanäle 101 zu erreichen. Alternativ zu einem einzelnen SPDT-Schalter 401, können zwei unabhängige Schalter verwendet werden, falls sie zeitlich in geeigneter Weise betrieben werden.It is helpful for the sampling switch 401 to connect the scanning row electrodes of the sensor to the ground if they are not in contact with the charge integrator during the changes of the drive signal of the selected polarity (in this case positive) 402 are connected. This is because this can produce an artificial ground plane, thus reducing RF emissions, and also, as noted above, the coupled charge of opposite polarity to the charge integrator 402 correctly sampled and neutralized. It is also possible to use a resistor to ground on the row electrode lines to have the same effect between transitions of the driver channels 101 to reach. Alternatively to a single SPDT switch 401 , two independent switches can be used if they are operated in a timely manner.

Wie durch den vorliegenden Erfinder in US 5,730,165 beschrieben, gibt es viele für die Veränderung und Festlegung einer Detektion oder einer Messung der Signalamplitude mögliche Signalbearbeitungsoptionen. US 5,730,165 beschreibt außerdem das Verstärkungsverhalten der in 6A dargestellten Anordnung, obgleich in Form eines Einzelelektrodensystems. Das Verstärkungsverhalten ist im vorliegenden Fall das gleiche. Der Nutzen eines Signalauslöschungsmittels 405 wird durch den vorliegenden Erfinder in US 4,879,461 [3] beschrieben, ebenso in US 5,730,165 . Der Offenbarungsgehalt von US 4,879,461 ist hier durch Bezugnahme mit eingeschlossen. Der Zweck der Signalauslöschung besteht darin, den Spannungs- (d. h. Ladungs-)Aufbau auf dem Ladungsintegrator 402 gleichzeitig mit der Erzeugung jedes Stoßes (positiv verlaufender Übergang des Steuerungskanals) zu vermindern, um so eine stärkere Kopplung zwischen den getriebenen Spaltenelektroden und den empfangenden Zeilenelektroden zu ermöglichen. Ein Nutzen dieses Ansatzes ist es, eine große Erfassungsfläche, welche empfindlich gegenüber kleinen Abweichungen in der Kopplung zwischen den Elektroden ist, bei relativ geringen Kosten zu ermöglichen. Solche großen Lesekopplungen liegen in physikalisch großen Elektroden vor, wie sie typischerweise in menschlichen berührungsempfindlichen Feldern verwendet werden. Ladungsauslöschung erlaubt eine Messung der Kopplungsstärke mit erhöhter Linearität, da Linearität von der Fähigkeit für die gekoppelte Ladung abhängt, von der getriebenen Spaltenelektrode 100 zur abtastenden Zeilenelektrode 104 in einen virtuellen Masseknoten über den Verlauf eines Stoßes abzufließen. Falls die Spannung am Ladungsintegrator 402 während des Verlaufs eines Stoßes merklich ansteigen dürfte, würde die Spannung im umgekehrt exponentiellen Verhältnis ansteigen. Diese exponentielle Komponente hat einen schädlichen Effekt auf die Linearität und daher auf den verfügbaren Dynamikbereich.As by the present inventor US 5,730,165 There are many described for the change and determination of a detection or a Signal amplitude measurement Possible signal processing options. US 5,730,165 also describes the reinforcing behavior of in 6A illustrated arrangement, although in the form of a single electrode system. The reinforcing behavior is the same in the present case. The benefits of a signal extinguishing agent 405 is described by the present inventor US 4,879,461 [3], as well as in US 5,730,165 , The revelation content of US 4,879,461 is incorporated herein by reference. The purpose of the signal cancellation is to provide the voltage (ie charge) structure on the charge integrator 402 simultaneously with the generation of each burst (positive going transition of the control channel) so as to allow stronger coupling between the driven column electrodes and the receiving row electrodes. One benefit of this approach is to enable a large sensing area, which is sensitive to small deviations in the coupling between the electrodes, at a relatively low cost. Such large read couplings exist in physically large electrodes typically used in human touch-sensitive fields. Charge quenching allows a measure of coupling strength with increased linearity, since linearity depends on the ability for the coupled charge from the driven column electrode 100 to the scanning line electrode 104 into a virtual mass node over the course of a shock. If the voltage at the charge integrator 402 During the course of a shock should increase appreciably, the voltage would increase in the reverse exponential ratio. This exponential component has a detrimental effect on linearity and therefore on the available dynamic range.

7 zeigt schematisch in Draufsicht eine Steuerkonsole 80, umfassend eine berührungsempfindliche Anzeige 82 nach der beschriebenen Art, die in 3B gezeigt ist. Die Steuerkonsole 80 ist in einer Wand 84 eines gesteuerten Geräts befestigt, in diesem Fall eine Waschmaschine. Die Abdeckkonsole 92 der berührungsempfindlichen Anzeige 82 erstreckt sich über die ganze Fläche der Steuerkonsole, wobei der durch die berührungsempfindliche Anzeige belegte Bereich in diesem Fall nahe der Mitte der Steuerkonsole liegt. Die berührungsempfindliche Anzeige ist in 7 mit einer Anzeige gezeigt, welche eine Anzahl an Menüknöpfen, benannt mit A bis F, z. B. zu verschiedenen Waschprogrammen gehörend, die ausgewählt werden können, zeigt, eine Gleitskala 94 zur Festlegung eines variablen Parameters, z. B. einer Waschtemperatur und einige Textzeilen 96, welche einem Benutzer zur Information angezeigt werden. Somit kann ein Benutzer beispielsweise ein Waschprogramm durch Berührung der Steuerkonsole im Bereich der durch A bis F bezeichneten Menüknöpfe auswählen. Der die berührungsempfindliche Anzeige umfassende Sensor kann derart aufgebaut sein, dass die Positionen der Menüknöpfe A bis F den Stellungen der „Tasten” im Sensor entsprechen (d. h. dem Bereich der Überschneidungen zwischen Spalten- und Zeilenelektroden). Alternativ können die Menüknöpfe A bis F nicht direkt der Anordnung der unterliegenden Tasten des Sensors zugeordnet sein und können willkürlich festgelegt sein. Im letzteren Fall kann die Position einer Berührung innerhalb des empfindlichen Bereiches durch die Interpolation der Signale einer Anzahl von Tasten festgelegt werden, die Position wird dann mit den Positionen der angezeigten Menüknöpfe verglichen, um festzulegen, ob einer ausgewählt wurde. Eine Auswahl einer Temperatur von der dem Benutzer angezeigten Temperaturgleitskala 82, kann auf die gleiche Weise geschehen. 7 shows schematically in plan view a control console 80 comprising a touch-sensitive display 82 in the manner described in 3B is shown. The control console 80 is in a wall 84 attached to a controlled device, in this case a washing machine. The cover console 92 the touch-sensitive display 82 extends over the entire surface of the control console, wherein the occupied by the touch-sensitive display area in this case is close to the center of the control console. The touch-sensitive display is in 7 with a display showing a number of menu buttons, labeled A through F, e.g. B. belonging to various washing programs that can be selected shows a slip scale 94 to establish a variable parameter, e.g. As a washing temperature and some lines of text 96 which are displayed to a user for information. Thus, for example, a user may select a wash program by touching the control panel in the area of the menu buttons labeled A through F. The sensor comprising the touch-sensitive display may be constructed such that the positions of the menu buttons A through F correspond to the positions of the "buttons" in the sensor (ie, the range of intersections between column and row electrodes). Alternatively, the menu buttons A through F may not be directly associated with the location of the underlying buttons of the sensor and may be arbitrarily set. In the latter case, the position of a touch within the sensitive area can be determined by the interpolation of the signals of a number of keys, the position is then compared with the positions of the displayed menu buttons to determine if one has been selected. A selection of a temperature from the temperature scale displayed to the user 82 , can happen in the same way.

Zusätzlich zur berührungsempfindlichen Anzeige 82 umfasst die Steuerlkonsole außerdem mehrere zusätzliche Knöpfe 86 und einen An-/Aus-Schalter 88. Dies können berührungsempfindliche Tasten oder konventionelle mechanische Knopfschalter sein. In diesem Beispiel sind es berührungsempfindliche Tasten, welche die flache und versiegelte äußere Oberfläche der Steuerkonsole erhalten. Da die zusätzlichen Knöpfe in diesem Fall nicht transparent sein müssen, ist es nicht notwendig, dass sie aus ITO gefertigt sind. Folglich können billigere und wenig widerstandsbehaftetere Kupferelektroden für diese Knöpfe verwendet werden. Darüber hinaus kann ein einzelner im Sensor-Kontroller integrierter Schaltungschip in bequemer Weise dazu verwendet werden, den Positionssensor, welcher den transparenten Sensor und die gebräuchlicheren Kupferelektroden berührungsempfindlichen Knöpfe 86, 88 umfasst, zu steuern. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Kalibrierung der verschiedenen Kanäle des einzelnen Controller-Chips erreicht werden, um den unterschiedlichen Widerstand und das Aufladen des ITO-Films und der Kupferelektroden zu berücksichtigen.In addition to the touch-sensitive display 82 The control console also includes several additional buttons 86 and an on / off switch 88 , These may be touch-sensitive buttons or conventional mechanical button switches. In this example, it is touch sensitive keys that receive the flat and sealed outer surface of the control console. Since the extra buttons in this case need not be transparent, it is not necessary that they are made of ITO. Consequently, cheaper and less resistive copper electrodes can be used for these buttons. In addition, a single circuit chip integrated in the sensor controller can be conveniently used to position the sensor, the transparent sensor, and the more common copper electrodes touch-sensitive buttons 86 . 88 includes, to control. This can be accomplished, for example, by properly calibrating the various channels of the single controller chip to account for the differential resistance and charging of the ITO film and the copper electrodes.

Somit ist einem Konstrukteur eine große Menge an Freiheit geboten, eine Steuerkonsole, welche einen transparenten berührungsempfindlichen Positionssensor umfasst, zu entwerfen und es ist ersichtlich, dass die oben beschriebenen Prinzipien auf viele Gerät-/Anwendungstypen anwendbar sind. Zum Beispiel können ähnliche Sensoren in Öfen, Grills, Waschmaschinen, Wäschetrocknern, Geschirrspülern, Mikrowellen-Herden, Nahrungsmixern, Brotmaschinen, Getränkemaschinen, Computer, audiovisuellem Home-Equipment, tragbaren Medienspielern, PDAs, Mobiltelefonen, Computern usw. verwendet werden. Zum Beispiel zeigt 8 schematisch eine Waschmaschine 91, welche einen Sensor 93 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst, und 9 zeigt schematisch ein Mobiltelefon 95, welches einen Sensor 99 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und einen Bildschirm 97 umfasst. Allgemeiner kann die Erfindung in Verbindung mit jeder Anwendung, welche eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist, verwendet werden. Es ist auch möglich, einen wie oben beschriebenen Sensor bereitzustellen, welcher getrennt von einem Gerät/Anwendung, welches er steuert, vorgesehen ist. Beispielsweise um eine Verbesserung einer bereits existierenden Anwendung zu liefern. Es ist auch möglich, einen generischen Sensor bereitzustellen, welcher ausgestaltet ist, eine Vielzahl verschiedener Anwendungen zu steuern. Beispielsweise ein Sensor mit einer gegebenen Vielzahl an Tasten, die ein Gerät-/Anwendungs-Anbieter Funktionen einer Apparatur zuordnen will, die er durch entsprechende Konfiguration eines Kontrollers, beispielsweise durch Umprogrammierung, gestalten will.Thus, a designer is offered a great deal of freedom to design a control console that includes a transparent touch-sensitive position sensor, and it will be appreciated that the principles described above are applicable to many types of devices / applications. For example, similar sensors can be used in ovens, grills, washing machines, clothes dryers, dishwashers, microwave ovens, food mixers, bread machines, beverage machines, computers, home audiovisual equipment, portable media players, PDAs, cell phones, computers, etc. For example, shows 8th schematically a washing machine 91 which is a sensor 93 according to one embodiment of the invention, and 9 schematically shows a mobile phone 95 which is a sensor 99 according to an embodiment of the invention and a screen 97 includes. More generally, the invention may be used in conjunction with any application having a man-machine interface. It is also possible to provide a sensor as described above which is provided separately from a device / application which it controls. For example, to provide an improvement to an existing application. It is also possible to provide a generic sensor that is configured to control a variety of different applications. For example, a sensor with a given plurality of buttons that a device / application provider wants to assign functions to an equipment that he wants to design by appropriate configuration of a controller, for example by reprogramming.

10A und 10B zeigen jeweils schematisch Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors 110 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese kann beispielsweise in der Steuerkonsole eines Herds verwendet werden. Der Sensor 110 ist ähnlich zu dem in 5A und 5B gezeigten Sensor dahingehend, dass er die gleiche Tastenanordnung bereitstellt. Genauer gesagt hat der Sensor 110 zwei obere Zeilen mit drei Tasten und eine einzelne untere Zeile mit vier Tasten. Das Elektrodenmuster für die Tasten ist jedoch unterschiedlich. Die Tasten des in 5A und 5B gezeigten Sensors basieren auf einem rautenförmigen Muster aus überlappenden offenen und gefüllten Bereichen, wobei jede Zeilenelektrode aus vier Unterzeilen aus leitfähigem Material gefertigt ist. Die Tasten des in den 10A und 10B dargestellten Sensors 110 basieren jedoch auf einem Muster, welches Bereiche in Form von abgerundeten Schlitzen umfasst, und darüber hinaus umfasst jede Zeilenelektrode eine einzelne Zeile aus leitfähigem Material. Darüber hinaus umfassen die Öffnungen in den Spaltenelektroden in dieser Ausführungsform immer noch Bereiche aus leitfähigem Material 111. Diese Bereiche sind vom umgebenden Elektrodenmaterial isoliert und beeinflussen somit nicht die Arbeitsweise des Sensors. Von einem ästhetischen Standpunkt her, kann es jedoch besser sein, diese Bereiche aus leitfähigem Material in transparente Sensoren einzuschließen, da dies behilflich sein kann, die Schicht aus leitfähigem Material, welches die Elektroden umfasst aufgrund der gleichmäßigeren Bedeckung weniger sichtbar für den Anwender zu machen. Die zwei Enden jeder der jeweiligen Zeilenelektroden sind durch Kurzschlussverbindungen 130 miteinander verbunden, welche ähnlich zu den oben beschriebenen sind und durch sie verstanden werden können. 10A and 10B each show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor 110 according to a further embodiment of the invention. This can be used for example in the control console of a cooker. The sensor 110 is similar to the one in 5A and 5B shown sensor in that it provides the same key arrangement. More precisely, the sensor has 110 two upper lines with three buttons and a single lower line with four buttons. However, the electrode pattern for the keys is different. The keys of in 5A and 5B The sensors shown are based on a diamond pattern of overlapping open and filled regions, each row electrode being made of four sub-lines of conductive material. The keys of the 10A and 10B represented sensor 110 however, are based on a pattern comprising areas in the form of rounded slots and, moreover, each row electrode comprises a single row of conductive material. Moreover, the openings in the column electrodes in this embodiment still include areas of conductive material 111 , These areas are isolated from the surrounding electrode material and thus do not affect the operation of the sensor. From an aesthetic point of view, however, it may be better to include these areas of conductive material in transparent sensors, as this may help to make the layer of conductive material comprising the electrodes less visible to the user due to the more uniform coverage. The two ends of each of the respective row electrodes are short-circuited 130 interconnected, which are similar to those described above and can be understood by them.

Ungeachtet der Unterschiede in den spezifischen Mustern des die Elektroden formenden leitfähigen Materials, arbeitet der in den 10A und 10B gezeigte Sensor 110 auf gleiche Weise und kann durch den in 1A und 1B dargestellten Sensor verstanden werden. Somit sind in 10A auch eine Treibereinheit 116 und ein Sensor-Kontroller 110 gezeigt. Die Treibereinheit 116 unterscheidet sich von der in 1A dargestellten Treibereinheit 6 dadurch, dass sie vier (im Gegensatz zu drei) Treiberkanäle D1, D2, D3, D4 umfasst. Dies liegt daran, dass eine der Tastenzeilen für den Sensor 110 (nämlich die untere Zeile entsprechend der in 10A gezeigten Orientierung) vier Tastenbereiche umfasst und vier Treiberkanäle benötigt werden, diese Zeile zu bedienen. Neben diesen Unterschieden arbeitet die Treibereinheit 116 auf die gleiche Weise und kann die durch die in 1A dargestellte Treibereinheit verstanden werden. Gleichermaßen zeigt 10B eine Leseeinheit 118 und wieder den Sensor-Kontroller 110. Die Leseeinheit arbeitet in ähnlicher Weise und kann aus der in 1B dargestellten Leseeinheit 8 verstanden werden.Regardless of the differences in the specific patterns of the conductive material forming the electrodes, it works in the 10A and 10B shown sensor 110 in the same way and can by the in 1A and 1B be understood sensor shown. Thus, in 10A also a driver unit 116 and a sensor controller 110 shown. The driver unit 116 is different from the one in 1A illustrated driver unit 6 in that it comprises four (as opposed to three) driver channels D1, D2, D3, D4. This is because one of the key lines for the sensor 110 (namely the bottom line corresponding to the in 10A shown orientation) comprises four key areas and four driver channels are required to operate this line. Besides these differences, the driver unit works 116 in the same way and can by the in 1A represented driver unit can be understood. Equally shows 10B a reading unit 118 and again the sensor controller 110 , The reading unit works in a similar way and can be made from the in 1B illustrated reading unit 8th be understood.

Der Sensor-Kontroller 110 arbeitet weitgehend auf die gleiche Weise wie der in den 1A und 1B dargestellte Sensor-Kontroller 10. Unterschiede in den zugehörigen Tastenanordnungen bedeuten jedoch, dass eine unterschiedliche Logik benötigt wird, um festzulegen, welche Taste berührt wird. Für den in 10A und 10B dargestellten Sensor 110 wird, falls Signale durch die Lesekanäle S1 oder S2 (die oberen zwei Zeilen) detektiert werden, der gewählte Tastenbereich davon abhängen, welche der Steuerkanäle D1, D3 oder D4 aktiv sind. (Es wird angemerkt, dass der Treiberkanal D2 kein Lesesignal an den Lesekanälen S1 oder S2 erzeugen kann, da die mit dem Treiberkanal D2 verbundene Spaltenelektrode nicht mit den diese Lesekanäle verbindenden Zeilenelektroden überlappt.) Wenn andererseits ein Signal durch den Lesekanal S3 (die untere Zeile) detektiert wird, wird der ausgewählte Tastenbereich davon abhängen, welche der Treiberkanäle D1, D2, D3 oder D4 aktiv sind.The sensor controller 110 works much the same way as the one in the 1A and 1B illustrated sensor controller 10 , Differences in the associated key arrangements, however, mean that a different logic is needed to determine which key is touched. For the in 10A and 10B shown sensor 110 For example, if signals are detected by the read channels S1 or S2 (the upper two rows), the selected key range will depend on which of the control channels D1, D3 or D4 are active. (It is noted that the driver channel D2 can not generate a read signal on the read channels S1 or S2 since the column electrode connected to the driver channel D2 does not overlap the row electrodes connecting those read channels.) On the other hand, if a signal through the read channel S3 (the lower line ) is detected, the selected key area will depend on which of the driver channels D1, D2, D3 or D4 are active.

11A und 11B zeigen jeweils schematisch Vorder- und Rückansichten eines zweidimensionalen kapazitiven Positionssensors 210 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der in den 11A und 11B dargestellt Sensor arbeitet wieder auf eine Weise, welche insgesamt ähnlich zu der in den 1A und 1B dargestellten ist, aber wieder auf einer anderen Tastenkonfiguration basiert. In diesem Fall wird ein Tastenfeld aus sechs Zeilen und acht Spalten (insgesamt 48 Tasten) bereitgestellt. Somit umfasst die entsprechende (nicht gezeigte) Treibereinheit acht Treiberkanäle, welche an die acht Spaltenelektroden gekoppelt sind, und die entsprechende (nicht gezeigte) Leseeinheit umfasst, sechs Lesekanäle, welche an die sechs Zeilenelektroden gekoppelt sind. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Position einer Berührung durch die Schnittfläche der mit dem aktiven Treiberkanal verbundenen Spaltenelektrode und der mit dem ein Signal sehenden Lesekanal verbundenen Leseelektrode bestimmt. 11A and 11B each show schematically front and rear views of a two-dimensional capacitive position sensor 210 according to a further embodiment of the invention. The in the 11A and 11B The sensor works again in a way that is similar to the one in the whole 1A and 1B is shown, but again based on a different key configuration. In this case, a keypad is provided of six lines and eight columns (a total of 48 buttons). Thus, the corresponding driver unit (not shown) comprises eight driver channels coupled to the eight column electrodes and the corresponding read unit (not shown) comprises six read channels coupled to the six row electrodes. As in the embodiments described above, the position of a contact through the cut surface of the column electrode connected to the active driver channel becomes and the sense electrode connected to the read channel having a signal.

Zusätzlich zur erhöhten Zahl an Zeilen und Spalten ist das Elektrodenmuster des in 11A und 11B gezeigten Sensors 210 von dem des in 1A und 1B gezeigten Sensors 2 dahingehend verschieden, dass die Spaltenelektroden nicht durch eine Erdungsabschirmung getrennt sind. Darüber hinaus basieren die in den 1A und 1B dargestellten Tasten des Sensors auf einem rautenförmigen Muster aus offenen und gefüllten Bereichen, wobei jede Zeilenelektrode aus vier Unterzeilen aus leitfähigem Material gefertigt ist. Die Tasten des in den 11A und 11B dargestellten Sensors 210 basieren jedoch auf offenen und gefüllten Bereichen in Form verbundener Rechtecke, wobei jede Zeilenelektrode lediglich eine einzelne (im Gegensatz zu mehreren Unterzeilen) Zeile aus leitfähigem Material umfasst.In addition to the increased number of rows and columns, the electrode pattern of the in 11A and 11B shown sensor 210 from that of the in 1A and 1B shown sensor 2 different in that the column electrodes are not separated by a ground shield. In addition, the are based in the 1A and 1B shown keys of the sensor on a diamond-shaped pattern of open and filled areas, each row electrode is made of four sub-lines of conductive material. The keys of the 11A and 11B represented sensor 210 however, are based on open and filled areas in the form of connected rectangles, each row electrode comprising only a single row of conductive material (as opposed to several sublines).

Die zwei Enden jeder der jeweils in 11B dargestellten Zeilenelektroden sind durch Kurzschlussverbindungen 230 miteinander verbunden, welche wiederum ähnlich zu oben beschriebenen sind und aus ihnen verstanden werden können. Darüber hinaus sind die Enden jeder in 11A dargestellten Spaltenelektroden ebenfalls durch Spaltenkurzschlussverbindungen 240 verbunden. Diese werden dazu verwendet, die den Treiberkanälen dargebotene elektrische Impedanz auf die gleiche Weise zu vermindern, wie die Kurzschlussverbindungen 230 zwischen den Enden der Zeilenelektroden dazu verwendet werden, die den Lesekanälen dargebotene elektrische Impedanz zu verringern. Dies kann insbesondere hilfreich für relativ großflächige Sensoren oder Sensoren, deren Tastflächen eng sind sein, da der Widerstand der Spaltenelektroden, genauso wie der Zeilenelektroden, dann signifikant wird. Dementsprechend kann der in den 11A und 11B dargestellte Sensor 210 insbesondere für größere Berührungsbildschirme geeignet sein, wie sie eventuell in einem Kassenterminal verwendet werden, d. h. etwa von der Größenordnung 16 cm mal 12 cm.The two ends of each of each in 11B shown row electrodes are by short-circuit connections 230 connected to each other, which in turn are similar to those described above and can be understood from them. In addition, the ends are each in 11A column electrodes also shown by column short-circuit connections 240 connected. These are used to reduce the electrical impedance presented to the driver channels in the same way as the short-circuit connections 230 between the ends of the row electrodes are used to reduce the electrical impedance presented to the read channels. This can be particularly helpful for relatively large area sensors or sensors whose touch surfaces are narrow, as the resistance of the column electrodes, as well as the row electrodes, then becomes significant. Accordingly, in the 11A and 11B illustrated sensor 210 in particular be suitable for larger touch screens, as they may be used in a POS terminal, ie about the order of 16 cm by 12 cm.

Obwohl im vorhergehenden Sensoren in Form von getriebenen Spaltenelektroden und erfassenden Zeilenelektroden beschrieben wurden, ist es ersichtlich, dass diese ohne eine Änderung der zugrunde liegenden Betriebsprinzipien vertauscht werden können. Beispielsweise könnte der in 2 dargestellte Sensor 2 genauso betrieben werden, indem die Zeilenelektroden mit den Treiberkanälen und die Spaltenelektroden mit den Lesekanälen verbunden würden. Weiterhin kann das Substrat 4 umgedreht werden, sodass die Seite, welche vorhergehend Rückseite genannt wurde, während dem normalen Gebrauch auf der benutzerzugewandten Seite des Substrats angeordnet ist. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Grad des Herausquellens der elektrischen Felder nicht der gleiche auf jeder Seite des Substrats ist, da er im Allgemeinen vom Muster der Elektroden auf jeder Oberfläche abhängen wird. Somit kann es günstig für das Elektrodenmuster mit dem größten Grad an Herausquellen sein, während dem normalen Gebrauch auf der Seite des Substrats zu sein, welche dem zu erfassenden Objekt zugewandt ist (z. B. ein Finger des Anwenders oder ein Taststift). Es wurde auch experimentell nachgewiesen, dass eine verbesserte Empfindlichkeit erreicht werden kann, wenn die Leseelektroden während dem normalen Gebrauch auf der Seite des Substrats angeordnet sind, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind. Beispielsweise wurde eine Verdoppelung der gemessenen Signalstärke im Vergleich zu dem Fall beobachtet, in welchen die getriebenen Elektroden dem zu detektierenden Objekt zugewandt sind.Although sensors have been described above in the form of driven column electrodes and sensing row electrodes, it will be appreciated that these may be interchanged without altering the underlying operating principles. For example, the in 2 illustrated sensor 2 be operated in the same way by connecting the row electrodes to the driver channels and the column electrodes to the read channels. Furthermore, the substrate 4 are reversed so that the side previously called the backside is placed on the user facing side of the substrate during normal use. It will be appreciated, however, that the degree of electric field swelling will not be the same on either side of the substrate since it will generally depend on the pattern of the electrodes on each surface. Thus, it may be favorable for the electrode pattern with the greatest amount of swelling to be on the side of the substrate facing the object to be detected during normal use (eg, a user's finger or stylus). It has also been experimentally demonstrated that improved sensitivity can be achieved when the read electrodes are placed on the side of the substrate facing the object to be detected during normal use. For example, a doubling of the measured signal strength was observed in comparison to the case in which the driven electrodes face the object to be detected.

Darüber hinaus, anstatt auf eine Sender-Empfängeranordnung (d. h. Einsatz von Treiber- und Leseelektroden) zu vertrauen, können das Substrat, das Elektrodenmuster und die Anordnung der Kurzschlussverbindungen wie oben beschrieben auch in einer passiven Konfiguration verwendet werden. Das heißt, anstatt Treiberkanäle vorzusehen, welche Treibersignale auf Treiberelektroden anwenden, und Lesekanäle vorzusehen, welche Lesesignale, die durch Treibersignale in Leseelektroden induziert werden, detektieren, könnte jede der Elektroden mit einem Ein-Elektroden-Kapazitätslesekanal verbunden sein (beispielsweise wie in US 5,730,165 beschrieben). Mit dieser Anordnung erfassen die jeweiligen Zeilen und Spalten aus Elektroden unabhängig voneinander die Position des Objekts entlang zweier zugehöriger Richtungen. Beispielsweise könnten, unter Bezugnahme auf die in den 5A und 5B dargestellte Ausführungsform, die drei Spaltenelektroden der 5A und die drei Zeilenelektroden der 5B jeweils mit identischen Ein-Elektroden-Kapazitätslesekanälen verbunden sein. Zu den Spaltenelektroden der 5A gehörende Signale können somit verwendet werden, die Position einer Berührung in der horizontalen Richtung (für die in 5A gezeigte Orientierung) zu identifizieren, während zu den Zeilenelektroden der 5B gehörende Signale verwendet werden können, die Position eines Objekts in der vertikalen Richtung zu identifizieren.Moreover, rather than relying on a transmitter-receiver arrangement (ie, use of drive and read electrodes), the substrate, the electrode pattern, and the arrangement of short-circuit connections can also be used in a passive configuration as described above. That is, instead of providing driver channels which apply drive signals to driver electrodes and provide read channels which detect read signals induced by drive signals in sense electrodes, each of the electrodes could be connected to a single-electrode capacitance read channel (e.g., as in FIG US 5,730,165 described). With this arrangement, the respective rows and columns of electrodes independently detect the position of the object along two associated directions. For example, with reference to the US Pat 5A and 5B illustrated embodiment, the three column electrodes of 5A and the three row electrodes of 5B each connected to identical one-electrode capacitance read channels. To the column electrodes of 5A thus, the signals belonging to each other can be used to determine the position of a touch in the horizontal direction (for the in 5A shown orientation), while to the row electrodes of the 5B associated signals can be used to identify the position of an object in the vertical direction.

Letztendlich wird angemerkt, dass, obwohl der Ausdruck „Berührung” in oben stehender Beschreibung häufig verwendet wurde, ein Sensor der oben beschriebenen Art hinreichend empfindlich sein kann, die Position eines angrenzenden Fingers (oder anderen Objekts, wie eines Taststifts) zu bemerken, ohne dass ein physikalischer Kontakt notwendig ist. Der Ausdruck „Berührung”, wie hier verwendet, sollte deshalb dementsprechend interpretiert werden.Finally, it is noted that while the term "touch" has been widely used in the above description, a sensor of the type described above may be sufficiently sensitive to notice the position of an adjacent finger (or other object such as a stylus) without a physical contact is necessary. The term "touch" as used herein should therefore be interpreted accordingly.

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Claims (20)

Ein kapazitiver Sensor umfassend: ein Substrat (4); eine widerstandsbehaftete erste Elektrode (Y1, Y2, Y3, Y4) auf einer Seite des Substrats (4) mit einem ersten und einem zweiten Ende; eine widerstandsbehaftete zweite Elektrode (X1, X2, X3) auf der anderen Seite des Substrats (4); und eine Kurzschlussverbindung (30, 130, 230) dazu ausgelegt, die beiden Enden der ersten Elektrode (Y1, Y2, Y3, Y4) zu verbinden.A capacitive sensor comprising: a substrate ( 4 ); a resistive first electrode (Y1, Y2, Y3, Y4) on one side of the substrate ( 4 ) having first and second ends; a resistive second electrode (X1, X2, X3) on the other side of the substrate ( 4 ); and a short-circuit connection ( 30 . 130 . 230 ) are adapted to connect the two ends of the first electrode (Y1, Y2, Y3, Y4). Der Sensor gemäß Anspruch 1, umfassend eine weitere Kurzschlussverbindung (240) dazu ausgelegt, wenigstens zwei Stellen auf der zweiten Elektrode (X1, X2, X3) zu verbinden.The sensor according to claim 1, comprising a further short-circuit connection ( 240 ) are arranged to connect at least two locations on the second electrode (X1, X2, X3). Der Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine der ersten und zweiten Elektroden (Y1, Y2; Y3, Y4; X1, X2, X3) in einem Muster mit einem Feld aus offenen Bereichen angeordnet ist, und die andere der ersten und zweiten Elektroden in einem Muster mit einem Feld aus gefüllten Bereichen, dazu ausgelegt, entsprechend der offenen Bereiche ausgerichtet zu sein, angeordnet ist.The sensor according to claim 1 or 2, wherein one of the first and second electrodes (Y1, Y2; Y3, Y4; X1, X2, X3) is arranged in a pattern having an array of open areas, and the other of the first and second electrodes in a pattern with a field of filled areas, designed to be aligned in accordance with the open areas. Der Sensor gemäß Anspruch 3, ferner umfassend Bereiche, welche aus demselben Material wie die innerhalb der offenen Bereiche angeordneten Elektroden gebildet sind und von den Elektroden elektrische isoliert sind.The sensor of claim 3, further comprising regions formed of the same material as the electrodes disposed within the open regions and electrically isolated from the electrodes. Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden transparent sind.The sensor of any one of the preceding claims, wherein the electrodes are transparent. Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (4) transparent ist.The sensor according to one of the preceding claims, wherein the substrate ( 4 ) is transparent. Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine weitere Elektrode auf der gleichen Seite des Substrats wie die erste Elektrode (Y1, Y2, Y3, Y4).The sensor according to one of the preceding claims, comprising at least one further electrode on the same side of the substrate as the first electrode (Y1, Y2, Y3, Y4). Der Sensor gemäß Anspruch 7, umfassend eine Masseelektrode, welche zwischen der ersten Elektrode und der wenigstens einen weiteren Elektrode angeordnet ist.The sensor according to claim 7, comprising a ground electrode disposed between the first electrode and the at least one further electrode. Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine weitere Elektrode auf derselben Seite des Substrats wie die zweite Elektrode (X1, X2, X3).The sensor according to one of the preceding claims, comprising at least one further electrode on the same side of the substrate as the second electrode (X1, X2, X3). Der Sensor gemäß Anspruch 9, umfassend eine Masseelektrode (14), welche zwischen der zweiten Elektrode (X1) und der wenigstens einen weiteren Elektrode (X2) angeordnet ist.The sensor according to claim 9, comprising a ground electrode ( 14 ) disposed between the second electrode (X1) and the at least one further electrode (X2). Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine weitere Elektrode auf derselben Seite des Substrats wie die erste Elektrode und wenigstens eine weitere Elektrode auf derselben Seite des Substrats wie die zweite Elektrode, wobei die Elektroden in einem matrixförmigen Feld angeordnet sind.The sensor according to one of the preceding claims comprising at least one further electrode on the same side of the substrate as the first electrode and at least one further electrode on the same side of the substrate as the second electrode, wherein the electrodes are arranged in a matrix-shaped field. Der Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Treiberkanal (D1, D2, D3), der elektrische Treibersignale auf eine der ersten oder zweiten Elektroden (Y1, Y2, Y3, Y4; X1, X2, X3) anwenden kann, und einen Lesekanal (S1, S2, S3, S4) der elektrischen Lesesignale, welche in der anderen der ersten oder zweiten Elektroden (Y1, Y2, Y3, Y4; X1, X2, X3) in Antwort auf das Treibersignal induziert werden, detektieren kann.The sensor according to one of the preceding claims, comprising a drive channel (D1, D2, D3) capable of applying electric drive signals to one of the first or second electrodes (Y1, Y2, Y3, Y4, X1, X2, X3) and a read channel (S1, S2, S3, S4) of the read electrical signals induced in the other of the first or second electrodes (Y1, Y2, Y3, Y4, X1, X2, X3) in response to the drive signal. Der Sensor gemäß Anspruch 12, wobei der Treiberkanal (D1, D2, D3) ein Schalterelement umfasst, welches seine ihm zugeordnete Elektrode wahlweise mit einer Spannungsquelle verbinden oder von ihr trennen kann.The sensor of claim 12, wherein the driver channel (D1, D2, D3) comprises a switch element which can selectively connect or disconnect its associated electrode with a voltage source. Der Sensor gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Lesekanal (S1, S2, S3, S4) eine Ladungstransferschaltung umfasst.The sensor according to claim 12 or 13, wherein the read channel (S1, S2, S3, S4) comprises a charge transfer circuit. Der Sensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Lesekanal (S1, S2, S3, S4) der Elektrode auf der Seite des Substrats (4), die während dem normalen Gebrauch einem abzutastenden Objekt zugewandt ist, zugeordnet ist.The sensor according to one of claims 12 to 14, wherein the reading channel (S1, S2, S3, S4) of the electrode on the side of the substrate ( 4 ) associated with an object to be scanned during normal use. Ein Bedienelement umfassend den Sensor einer der vorhergehenden Ansprüche und ein Abdeckelement, welches dem Sensor aufliegt.An operating element comprising the sensor of one of the preceding claims and a cover member which rests on the sensor. Das Bedienelement gemäß Anspruch 16, wobei das Abdeckelement und der Sensor durch ein auf den Brechungsindex abgestimmtes Haftmittel aneinander angeheftet sind.The operating element according to claim 16, wherein the cover member and the sensor are adhered to each other by a refractive index-matched adhesive. Das Bedienelement gemäß Anspruch 16 der 17, ferner umfassend einen Anzeigebildschirm, welcher unter dem Sensor liegt.The control of claim 16 of claim 17, further comprising a display screen underlying the sensor. Das Bedienelement gemäß Anspruch 18, wobei der Anzeigebildschirm und der Sensor durch einen auf den Brechungsindex abgestimmtes Haftmittel aneinander angeheftet sind.The operating element according to claim 18, wherein the display screen and the sensor are adhered to each other by a refractive index-matched adhesive. Eine Apparatur umfassend das Bedienelement nach einem der Ansprüche 16 bis 19. An apparatus comprising the operating element according to one of claims 16 to 19.
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