DE102007032260B4

DE102007032260B4 - Kapazitives Erfassen bei Zeigevorrichtungen vom Verschiebungstyp

Info

Publication number: DE102007032260B4
Application number: DE102007032260.9A
Authority: DE
Inventors: Jonah Harley; Robert Edward Wilson
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN100514268C; JP2008097579A; DE102007032260A1; US7889176B2; DE102007032260A9; KR20080008293A; US20080018596A1; JP4724157B2; KR100897694B1; CN101110002A

Abstract

Zeigevorrichtung (10), die folgende Merkmale aufweist:eine Erfassungselektrodenstruktur (54), die eine Anordnung von peripheren Erfassungselektroden (A-D) in einer peripheren Region, die eine mittige Erfassungselektrode (E) umgeben, aufweist;ein verschiebbares Bauglied, das in einer Betriebszone (44) über die Erfassungselektrodenstruktur (54) bewegbar (42) ist und eine Zielelektrode (52) aufweist, die den Erfassungselektroden (A-D) zugewandt ist und zumindest einen jeweiligen Abschnitt der mittigen Erfassungselektrode (E) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) überlappt; undeine Messschaltung (16), die mit den Erfassungselektroden (A-E) gekoppelt ist und dahin gehend wirksam ist, Messwerte zu erzeugen, die Überlappungsgrade zwischen der Zielelektrode (52) und jeweiligen der Erfassungselektroden (A-E) angeben;wobei die Messschaltung (16) in einem gegebenen Messzyklus dahin gehend wirksam ist, einen jeweiligen Messwert für jede der peripheren Erfassungselektroden (A-D) zu erzeugen, indem sie ein jeweiliges Eingangssignal über die entsprechende periphere Erfassungselektrode (A-D) und die mittige Erfassungselektrode (E) anlegt, wobei jeder der Messwerte einen jeweiligen Überlappungsgrad zwischen der Zielelektrode (52) und der entsprechenden peripheren Erfassungselektrode (A-D) angibt,wobei die Zielelektrode (52) die mittige Erfassungselektrode (E) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) vollständig überlappt, und sich die Erfassungselektroden (A-E) über eine Erfassungsregion hinweg erstrecken, die die Zielelektrode (52) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) vollständig überlappt,wobei die Zeigevorrichtung (10) ferner ein Verarbeitungssystem (18) aufweist, das dahin gehend wirksam ist, Anzeigesteuersignale (20) aus den Messwerten zu erzeugen,wobei die Zielelektrode in einem unverformten Gleichgewichtszustand allgemein konvex ist und in einem vorgespannten Zustand, bei dem die Zielelektrode durch eine ausgeübte Kraft neben die Erfassungselektrodenstruktur gedrückt wird, allgemein planar ist; unddas Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Berührungszustandssignal zu erzeugen, das ausgehend von den Messwerten, die während einer Bewegung der Zielelektrode von dem Gleichgewichtszustand in den vorgespannten Zustand durch die Messschaltung erzeugt werden, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) durch eine äußere Kraft kontaktiert wurde,wobei die Zielelektrode (120) eine periphere Zielelektrodenstruktur (121) aufweist, die eine mittige Zielelektrodenstruktur umgibt, die eine verschiebbare Elektrode (126) aufweist, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden peripheren Zielelektrodenstruktur (121) hin zu der Erfassungselektrodenstruktur (54) und weg von derselben bewegbar ist, und das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Auswahlzustandssignal zu erzeugen, das ausgehend von den Messwerten, die während einer Bewegung der mittigen Zielelektrodenstruktur zu der Erfassungselektrodenstruktur (54), nachdem die periphere Zielelektrodenstruktur (121) neben die Erfassungselektrodenstruktur (54) gedrückt wurde, durch die Messschaltung erzeugt werden, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) gedrückt wurde, um eine Auswahl zu treffen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 10/723,957 , die am 24. November 2004 von Jonah Harley et al. eingereicht wurde, den Titel „Compact Pointing Device" trägt und durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist.
Beschreibung
Es wurden bereits viele unterschiedliche Arten von Zeigevorrichtungen zum Eingeben von Befehlen in eine Maschine entwickelt. Beispielsweise werden von Hand manipulierte Zeigevorrichtungen wie z.B. Computermäuse, Joysticks, Rollkugeln, Cursorsteuerungsfelder und Tastaturen üblicherweise dazu verwendet, Anweisungen in einen Computer einzugeben, indem die Zeigevorrichtung manipuliert wird. Derartige Zeigevorrichtungen ermöglichen es einem Benutzer, eine Bewegung eines Cursors (d.h. eines virtuellen Zeigers) über einen Computerbildschirm zu steuern, ein Icon oder anderes virtuelles Objekt, das auf dem Computerbildschirm angezeigt wird, auszuwählen oder zu bewegen und Menüposten, die verschiedenen Eingabebefehlen entsprechen, zu öffnen und zu schließen.
Zeigevorrichtungen wurden für große elektronische Vorrichtungen, z.B. Desktop-Computer, die ortsfest bleiben sollen, und für kleine tragbare elektronische Vorrichtungen, z.B. Mobiltelefone und Mobilcomputersysteme, entwickelt. Zeigevorrichtungen für große elektronische Vorrichtungen weisen auf Grund der größeren zur Verfügung stehenden Raum- und Leistungsressourcen üblicherweise weniger und flexiblere Entwurfseinschränkungen auf als Zeigevorrichtungen für tragbare elektronische Vorrichtungen. Allgemein sollte eine Zeigevorrichtung zur Verwendung bei tragbaren elektronischen Vorrichtungen es einem Benutzer ermöglichen, einen Cursor rasch und präzise zu bewegen, auf intuitive Weise zu arbeiten und innerhalb begrenzter Arbeitsraum- und Leistungseinschränkungen zu arbeiten.
Zeigevorrichtungen vom Verschiebungstyp wurden entwickelt, um die Einschränkungen, die tragbare elektronische Vorrichtungen mit sich bringen, zu erfüllen. Diese Arten von Zeigevorrichtungen umfassen ein verschiebbares Bauglied (z.B. einen Puck, eine Taste oder einen anderen beweglichen Körper), das sich auf ein Ausüben einer Kraft, beispielsweise durch einen Finger des Benutzers, in einem definierten Bewegungsfeld bewegt. Wenn der Benutzer das verschiebbare Bauglied freigibt, bringt ein Wiederherstellungsmechanismus (z.B. ein Federsatz) das verschiebbare Bauglied üblicherweise zu einer mittigen Position in dem Bewegungsfeld zurück. Ein Positionssensor ermittelt die Verschiebung des verschiebbaren Bauglieds in dem Bewegungsfeld und bildet die Verschiebung des verschiebbaren Bauglieds üblicherweise auf die Geschwindigkeit des Cursors ab. Das Positiorsabbildungssystem fixiert üblicherweise die Position des Cursors auf der Anzeige, nachdem der Wiederherstellungsmechanismus das verschiebbare Bauglied zu der mittigen Position des Bewegungsfeldes zurückgebracht hat.
Bei einer typischen Zeigevorrichtung vom Bewegungstyp bewegt sich das verschiebbare Bauglied ansprechend auf laterale Kräfte, die in einer x-y-Ebene gerichtet sind, in zwei Abmessungen. Die zweidimensionalen Bewegungen des verschiebbaren Bauglieds werden auf eine zweidimensionale Bewegung eines Cursors auf einer Anzeige abgebildet. Zusätzlich dazu, auf laterale Kräfte ansprechend zu sein, ist es oft wünschenswert, dass die Zeigevorrichtung vom Verschiebungstyp eine Funktionalität zum Detektieren von vertikalen bzw. z-Achse-Kräften umfasst, die auf das verschiebbare Bauglied entlang einer z-Achse, die zu der x-y-Ebene senkrecht ist, ausgeübt werden. Die Detektion derartiger z-Achsen-Kräfte könnte beispielsweise dazu verwendet werden, Signale zum Steuern der Auswahl von Objekten, die auf der Anzeige präsentiert werden, oder zum Steuern der Breite einer virtuellen Linie, die auf der Anzeige gezogen wird, zu erzeugen.
EP 1 64 698 A2 offenbart eine Eingabevorrichtung mit einer Anordnung, die so ist, dass wenn Tastenoberteil horizontal nach links oder rechts bewegt wird, die innere Umfangswand eines Passloches eines Gleiters einen Flansch eines elastischen Elements drückt. Dadurch wird eine bewegliche Elektrode auf dem elastischen Element deformiert, um einen Unterschied der Größe eines Spaltes auf der linken Seite und der Größe des selben Spaltes auf der rechten Seite zu bewirken, so dass die Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der fixierten Elektrode verändert wird. Eine ähnliche Eingabevorrichtung ist in der WO 2006/031332 A2 gezeigt.
GB 2 247 938 A offenbart eine Steuervorrichtung für einen Computer, welche einen Puck aufweist, der auf der Oberfläche einer Platte gleitet, wobei die Position des Pucks kapazitiv gemessen wird.
JPH07-49325A offenbart einen kapazitiven Sensor zur Steuerung eines Cursors auf einer Anzeige.
Es werden Zeigevorrichtungen vom Verschiebungstyp und Verfahren benötigt, die mit einer hohen Genauigkeit Benutzereingaben detektieren können, die in der vertikalen und in der lateralen Richtung auf das verschiebbare Bauglied ausgeübt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zeigevorrichtung zu schaffen, welche eine mehrstufige Auswahl, umfassend einen Berührungszustand und einen Auswahlzustand, mittels einer auf die Zeigevorrichtung ausgeübten Kraft ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch Zeigevorrichtungen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bezüglich eines Aspekts liefert die Erfindung eine Zeigevorrichtung, die eine Erfassungselektrodenstruktur und ein verschiebbares Bauglied umfasst. Die Erfassungselektrodenstruktur umfasst eine Anordnung von peripheren Erfassungselektroden in einer peripheren Region, die eine mittige Erfassungselektrode umgibt. Das verschiebbare Bauglied ist in einer Betriebszone über die Erfassungselektrodenstruktur bewegbar. Das verschiebbare Bauglied umfasst eine Zielelektrode, die den Erfassungselektroden zugewandt ist und zumindest einen jeweiligen Teil der mittigen Erfassungselektrode in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds in der Betriebszone überlappt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, einschließlich der Zeichnungen und der Patentansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Zeigevorrichtung, die ein verschiebbares Bauglied, ein Erfassungssystem, ein Messsystem und ein Verarbeitungssystem umfasst, in einer exemplarischen Betriebsumgebung;
2A eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Zeigevorrichtung,
2B eine Querschnittsansicht der in 2A gezeigten Zeigevorrichtung, die entlang der Linie 2B-2B genommen ist;
3A und 3B Draufsichten auf ein Ausführungsbeispiel einer Zielelektrode, die in verschiedenen jeweiligen Positionen über ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungselektrodenstruktur des in 1 gezeigten Erfassungssystems in Umrissen gezeigt ist;
4A eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Zeigevorrichtung der 1, die ein Ausführungsbeispiel einer Zielelektrode umfasst, die eine verschiebbare Elektrode aufweist;
4B eine schematische Querschnittsansicht der in 4A gezeigten Zeigevorrichtung, bei der die verschiebbare Elektrode ansprechend auf eine Kraft, die durch einen Finger eines Benutzers ausgeübt wurde, gegen das Erfassungssystem bewegt wurde;
5A und 5B eine Draufsicht bzw. eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels einer Zielelektrode, die eine periphere Zielelektrodenstruktur umfasst, die eine mittlere Zielelektrodenstruktur, die eine verschiebbare Elektrode umfasst, umgibt;
6A eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Zeigevorrichtung der 1, die ein Ausführungsbeispiel einer elastischen Zielelektrode, die eine verschiebbare Elektrode aufweist, umfasst;
6B eine schematische Querschnittsansicht der in 6A gezeigten Zeigevorrichtung, bei der die Zielelektrode verformt wurde, um zu Oberflächenbereichen des Erfassungssystems zu passen;
6C eine schematische Querschnittsansicht der in 6B gezeigten Zeigevorrichtung, bei der die verschiebbare Elektrode ansprechend auf eine Kraft, die durch einen Finger eines Benutzers ausgeübt wurde, gegen das Erfassungssystem bewegt wurde;
7 eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels einer Zielelektrode, die eine periphere Zielelektrodenstruktur umfasst, die diskrete anpassungsfähige Segmente in einem Peripheriebereich aufweist, der eine mittige Zielelektrodenstruktur, die eine verschiebbare Elektrode aufweist, umgibt;
8A und 8B eine auseinander gezogene Ansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten verschiebbaren Bauglieds;
9A eine schematische Draufsicht auf ein zweidimensionales Koordinatensystem, das über dem Ausführungsbeispiel der in 3A und 3B gezeigten Erfassungselektrodenstruktur liegt;
9B eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfassungselektrodenstruktur, die drei periphere Erfassungselektroden umfasst, die eine mittige Erfassungselektrode umgeben;
10 ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems und einer Messschaltung, die mit einer Ersatzschaltung der Zielelektrode und der Erfassungselektrodenstruktur, die in 3A und 3B gezeigt ist, elektrisch verbunden ist;
11 ein Schaltdiagramm eines Ausführungsbeispiels der in 1 gezeigten Messschaltung;
12 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erhalten von Messwerten, indem Eingangssignale über die Zielelektrode und die Erfassungselektrodenstruktur, die in 3A und 3B gezeigt ist, angelegt werden;
13 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erzeugen von Anzeigesteuersignalen aus den Messwerten, die gemäß dem Verfahren der 12 erzeugt werden; und
14 einen Graphen der Gesamtkapazität, die während eines Messzyklus gemäß dem Verfahren der 12 gemessen wurde und als Funktion der Zeit aufgetragen ist.

In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu identifizieren. Ferner sollen die Zeichnungen wichtige Merkmale exemplarischer Ausführungsbeispiele auf schematische Weise veranschaulichen. Die Zeichnungen sollen nicht jedes Merkmal tatsächlicher Ausführungsbeispiele und auch keine relativen Abmessungen der gezeigten Elemente darstellen und sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
EINFÜHRUNG
Die Ausführungsbeispiele, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, liefern Zeigevorrichtungen vom Verschiebungstyp und Verfahren, die eine kapazitive Erfassung der Position des verschiebbaren Bauglieds auf eine Art und Weise umfassen, die unbeabsichtigte Neigungskräfte und andere unbeabsichtigte Zwischenraumvariationen über die Kapazitiverfassungsstruktur hinweg kompensieren. Manche dieser Ausführungsbeispiele sind auch in der Lage, mit hoher Genauigkeit Benutzereingaben zu detektieren, die sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung auf das verschiebbare Bauglied angewendet werden. Insbesondere sind manche dieser Ausführungsbeispiele in der Lage, durch Kraft bewirkte Verschiebungen des verschiebbaren Bauglieds in drei Abmessungen ohne ein wesentliches Übersprechen zwischen den lateralen Messungen und den vertikalen Messungen zu messen. Diese Messungen können ohne jegliche verdrahtete elektrische Verbindungen mit dem verschiebbaren Bauglied vorgenommen werden. Außerdem können diese Messungen über die gesamte Bandbreite einer lateralen Migration des verschiebbaren Bauglieds in der Betriebszone vorgenommen werden.
II. ÜBERSICHT
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zeigevorrichtung 10 vom Verschiebungstyp, die ein verschiebbares Bauglied 12, ein Erfassungssystem 14, ein Messsystem 16 und ein Verarbeitungssystem 18 umfasst. Die Zeigevorrichtung 10 gibt Anzeigesteuersignale 20 an eine Anzeigesteuerung 22 aus, die eine Anzeige 24 treibt.
Das verschiebbare Bauglied 12 kann durch einen Puck, eine Taste oder einen anderen beweglichen Körper implementiert sein. Das verschiebbare Bauglied 12 ist innerhalb eines eingeschränkten Bewegungsfeldes, das hierin als „Betriebszone“ bezeichnet wird, bewegbar. Bei einem exemplarischen Betriebsmodus manipuliert ein Finger 26 eines Benutzers das verschiebbare Bauglied 12 in der Betriebszone. Das verschiebbare Bauglied 12 wird, wenn keine äußere Kraft auf das verschiebbare Bauglied 12 ausgeübt wird, üblicherweise durch einen Wiederherstellungsmechanismus wieder in der Betriebszone zentriert. Der Wiederherstellungsmechanismus kann durch eine oder mehrere elastische Strukturen (z.B. Federn oder elastomere Elemente) implementiert sein, die das verschiebbare Bauglied in eine mittige Region der Betriebszone drücken.
Wie nachstehend ausführlich erläutert wird, umfasst das verschiebbare Bauglied 12 eine Zielelektrode, und das Erfassungssystem 14 umfasst eine Erfassungselektrodenstruktur, die mehrere Erfassungselektroden aufweist. Bei manchen Ausführungsbeispielen überlappt die Zielelektrode in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone zumindest einen jeweiligen Teil der mittigen Erfassungselektrode, und die Erfassungselektroden erstrecken sich über eine Erfassungsregion, die die Zielelektrode vollständig überlappt. Auf kapazitive Weise koppelt die Zielelektrode Eingangssignale 28, die durch das Messsystem 20 über jeweilige Paare der Elektroden der Erfassungselektrodenstruktur angelegt werden. Ansprechend auf die angelegten Eingangssignale 28 erzeugt die Erfassungselektrodenstruktur Erfassungssignale 30, die auf ein Berühren des verschiebbaren Bauglieds 12 durch den Benutzerfinger 26 und auf die unterschiedlichen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone ansprechen.
Das Messsystem 16 legt die Eingangssignale 28 an das Erfassungssystem 14 an und erzeugt aus den resultierenden Erfassungssignalen 30 Messwerte 32. Die Messwerte 32 geben die verschiedenen lateralen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone und die vertikalen Kräfte, die auf das verschiebbare Bauglied 12 ausgeübt werden, an. Auf diese Weise kann das Messsystem 16 detektieren, wenn das verschiebbare Bauglied 12 berührt oder gedrückt wird, um eine auf einer Anzeige basierende Auswahl zu treffen. Außerdem kann das Messsystem 16 die aktuellen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone detektieren. Die Messsignale 32, die durch das Erfassungssystem 16 erzeugt werden, vermitteln die aktuellen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 innerhalb der Betriebszone entweder direkt oder vermitteln Informationen, aus denen die aktuellen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone abgeleitet werden können.
Das Verarbeitungssystem 18 übersetzt die Messsignale 32 in die Anzeigesteuersignale 20. Dabei ermittelt das Verarbeitungssystem 18 aus den Messsignalen 32 die aktuellen Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone. Das Verarbeitungssystem 18 ermittelt außerdem Kontaktperioden, während derer das verschiebbare Bauglied 12 mit dem Benutzerfinger 26 in Kontakt ist. Beispiele der Arten von Anzeigesteuersignalen 20, die durch das Verarbeitungssystem 18 erzeugt werden können, umfassen: Positionsdaten (z.B. Entfernung und Richtung in einem Koordinatensystem, das an den Ursprung der Betriebszone zentriert ist), die die Position des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone beschreiben; Cursorpositions- und -geschwindigkeitsdaten; und Scroll-Positions- und -Entfernungsdaten. Allgemein kann das Verarbeitungssystem 18 durch ein oder mehrere diskrete Module implementiert sein, die nicht auf eine bestimmte Hardware-, Firmware- oder Software-Konfiguration beschränkt sind. Das eine oder die mehreren Module kann bzw. können in einer beliebigen Rechen- oder Datenverarbeitungsumgebung, einschließlich einer digitalen elektronischen Schaltungsanordnung (z.B. einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung wie zum Beispiel eines digitalen Signalprozessors (DSP - digital signal processor)), oder in Computerhardware, -firmware, einem Vorrichtungstreiber oder in Software implementiert sein.
Die Anzeigesteuerung 22 verarbeitet die Anzeigesteuersignale 20, um die Bewegung eines Zeigers 34 auf der Anzeige 24 zu steuern. Die Anzeigesteuerung 22 führt üblicherweise einen Treiber aus, um die Anzeigesteuersignale 20 zu verarbeiten. Allgemein kann sich der Treiber in einer beliebigen Rechen- oder Verarbeitungsumgebung einschließlich einer digitalen elektronischen Schaltungsanordnung oder einer Computerhardware, -firmware oder -software befinden. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Treiber eine Komponente eines Betriebssystems oder eines Anwendungsprogramms.
Die Anzeige 24 kann beispielsweise ein Flachbildschirm, z.B. eine LCD (liquid crystal display, Flüssigkristallanzeige), ein Plasma-Bildschirm, eine EL-Anzeige (electroluminescent display, Elektrolumineszenzanzeige) und eine FED (field emission display, Feldemissionsbildschirm, FED-Bildschirm), sein.
Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Zeigevorrichtung 10 und die Anzeige 24 zu einer einzigen unitären Vorrichtung, z.B. einer tragbaren (z.B. in der Hand zu haltenden) elektronischen Vorrichtung, integriert. Die tragbare elektronische Vorrichtung kann eine beliebige Art von Vorrichtung sein, die ohne weiteres durch eine Person getragen werden kann, einschließlich eines Mobiltelefons, eines schnurlosen Telefons, eines Pagers, eines persönlichen digitalen Assistenten (PDA - personal digital assistant), eines digitalen Audioabspielgeräts, einer Digitalkamera und einer digitalen Videospielkonsole. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Zeigevorrichtung 10 und die Anzeige 24 als separate diskrete Vorrichtungen, z.B. als separate Zeigevorrichtung und als fernanzeigebasiertes System, implementiert. Allgemein kann das Fernsystem eine beliebige Art vcn anzeigebasiertem Gerät sein, das eine Benutzereingabe empfängt einschließlich eines Mehrzweck-Computersystems, eines Spezial-Computersystems und eines Videospielsystems. Die Anzeigesteuersignale 20 können über eine verdrahtete Kommunikationsverknüpfung (z.B. eine serielle Kommunikationsverknüpfung, z.B. ein RS-232-Seriell-Tor, einen Universalserienbus oder ein PS/2-Tor) oder eine Drahtlos-Kommunikation-Verknüpfung (z.B. eine Infrarot-(IR-)Drahtlos-Verbindung oder eine Funkfrequenz-(RF-)Drahtlos-Verknüpfung) an ein entferntes System übertragen werden.
III. EXEMPLARISCHE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE VON ERFASSUNGSSYSTEMEN
2A zeigt eine Draufsicht auf ein exemplarisches Ausführungsbeispiel 40 der Zeigevorrichtung 10. Die 2B zeigt eine Querschnittsansicht der Zeigevorrichtung 40, die entlang der Linie 2B-2B genommen ist. Bei der Zeigevorrichtung 40 ist das verschiebbare Bauglied 12 durch einen Puck 42 implementiert. Der Puck 42 ist in einer Betriebszone 44, die durch Wände 45 eines Trägerrahmens 46 definiert ist, bewegbar. Allgemein kann die Betriebszone eine beliebige Form aufweisen, einschließlich einer Kreisform (wie gezeigt) und einer polygonalen (z.B. rechteckigen) Form. Der Trägerrahmen 46 trägt auf mechanische Weise einen Wiederherstellungsmechanismus 48, der zu Veranschaulichungszwecken durch einen Satz aus vier Federn 50 implementiert ist. Der Trägerrahmen 46 ist an einem Substrat 51 (z.B. einer gedruckten Schaltungsplatine) angebracht. Das Erfassungssystem 14 wird unterhalb des Pucks 42 auf dem Substrat 42 getragen.
Im Betrieb bewegt sich der Puck 42 ansprechend auf die Ausübung einer lateralen Kraft (d.h. einer Kraft mit einer Komponente in der x-y-Ebene) durch den Benutzerfinger 26 innerhalb der Betriebszone 44. Wenn der Benutzer den Puck 42 freigibt, indem er seinen Finger 26 wegnimmt, wird der Puck 42 durch den Wiederherstellungsmechanismus 48 in seine zentrierte Position zurückgebracht.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ermittelt das Verarbeitungssystem 18 ausgehend von den Messsignalen 32, wenn der Benutzer auf den Puck 42 eine vertikale Kraft (d.h. eine Kraft mit einer Komponente, die entlang der z-Achse gerichtet ist) ausgeübt hat, die eine ausgewählte Schwelle übersteigt. Auf der Basis dieser Informationen ermittelt das Verarbeitungssystem 18, ob sich der Puck 42 in einem Kontaktzustand (d.h. wenn der Benutzer den Puck 42 gerade manipuliert) oder in einem kontaktfreien Zustand (d.h. wenn der Benutzer den Puck 42 gerade nicht manipuliert) befindet. Das Verarbeitungssystem 18 setzt die Geschwindigkeit des Cursors 34 während des kontaktfreien Zustands auf null, um zu ermöglichen, dass der Wiederherstellungsmechanismus 48 den Puck 42 erneut zentriert, ohne die Position des Cursors 44 auf der Anzeige 24 zu beeinflussen. Dieses Merkmal ist bei Laptop-Computern, in der Hand zu haltenden Vorrichtungen und bei anderen mobilen elektronischen Vorrichtungen, bei denen das Bewegungsfeld des Pucks 42 beträchtlich eingeschränkt ist, besonders wünschenswert.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Verarbeitungssystem 18 zusätzlich in der Lage, ausgehend von den Messsignalen 32 zu detektieren, wann der Benutzer eine vertikale Kraft, die eine zweite „Klick“-Schwelle übersteigt, auf den Puck 42 ausgeübt hat. Auf der Basis dieser Informationen ermittelt das Verarbeitungssystem 18, ob sich der Puck 42 in einem Auswahlzustand (oder „Klick“-Zustand) befindet oder nicht, wobei dieser Zustand einer Anzeigesteuerfunktion entsprechen kann, die den Funktionen entspricht, die üblicherweise der rechten oder linken Taste einer Computermaus zugeordnet sind. Auf diese Weise kann der Benutzer die aktuelle Position des Cursors 34 auf der Anzeige 24 anklicken, indem er den Druck, der auf den Puck 42 ausgeübt wird, über eine vorkalibrierte Klick-Schwelle hinaus erhöht. Manche Ausführungsbeispiele der Zeigevorrichtung 10 umfassen einen mechanischen Klick-Mechanismus (z.B. einen elastischen Kuppelschalter), der eine fühlbare Rückmeldung für die Klick-Schwelle liefert.
3A und 3B zeigen Draufsichten eines exemplarischen Ausführungsbeispiels 50 der Zeigevorrichtung 10, bei der das verschiebbare Bauelement 12 eine Zielelektrode 52 (durch den gestrichelten Kreis in Umrissen gezeigt) umfasst, und das Erfassungssystem 14 eine Erfassungselektrodenstruktur 54 umfasst. Die Erfassungselektrodenstruktur 54 umfasst vier periphere Erfassungselektroden A, B, C, D in einer peripheren Region, die eine mittige Erfassungselektrode E umgeben. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungselektrodenstruktur 54 auf einer planaren Oberfläche des Substrats 51 angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Erfassungselektrodenstruktur 54 auf einer oder mehreren gekrümmten (z.B. konvexen oder konkaven) Oberflächen des Substrats 51 angeordnet sein. Die Erfassungselektroden A-E sind elektrisch voneinander isoliert. (Nicht gezeigte) elektrische Verbindungen verbinden die Erfassungselektroden A-E elektrisch mit dem Messsystem 16. Bei manchen Ausführungsbeispielen isoliert ein dielektrischer Abstandshalter einer geringen Reibung, der sich zwischen der Zielelektrode 52 und den Erfassungselektroden A-E befindet, die Zielelektrode 52 elektrisch von den Erfassungselektroden A-E, während er ermöglicht, dass die Zielelektrode 52 über die Erfassungselektroden A-E geschoben wird. Der Umfang der Überlappung zwischen der Zielelektrode 52 und jeder der Erfassungselektroden A-E hängt von der Position des Pucks 42 bezüglich der Erfassungselektroden A-E ab.
3A zeigt die Zielelektrode 52, die über die mittige Erfassungselektrode E zentriert ist. 3B zeigt die Zielelektrode 52, die gegen die Außenwand 45 der Betriebszone 44 positioniert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel überlappt die Zielelektrode 52 die mittige Erfassungselektrode E in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds in der Betriebszone vollständig. Das heißt, dass der Radius r_τ der Zielelektrode 52 zumindest der Radius r_E; der mittigen Erfassungselektrode plus der radiale Bewegungsbereich r_M der Zielelektrode in der Betriebszone ist (d.h. r_τ ≥ n_E + r_M). Außerdem erstrecken sich die Erfassungselektroden A-E über eine Erfassungsregion, die die Zielelektrode 52 in jeder Position des Pucks 42 in der Betriebszone vollständig überlappt. Das heißt, dass der Radius r_S der Erfassungsregion zumindest der Radius r_τ der Zielelektrode plus der radiale Bewegungsbereich r_M der Zielelektrode in der Betriebszone ist (d.h. r_S ≥ r_τ + r_M) . Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel fällt die Erfassungsregion mit der Betriebszone zusammen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann sich die Erfassungsregion über einen Bereich erstrecken, der größer ist als die Betriebszone.
Die Zielelektrode 52 umfasst eine periphere Zielelektrodenstruktur, die eine mittige Zielelektrodenstruktur umgibt - und mit derselben elektrisch verbunden ist - die eine verschiebbare Elektrode 56 (durch den gestrichelten Kreis in Umrissen gezeigt) umfasst, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden peripheren Zielelektrodenstruktur auf die Erfassungselektrodenstruktur 54 zu und von derselben weg bewegbar ist. Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, überlappt die mittige Erfassungselektrode E in jeder Position des Pucks 42 in der Betriebszone vollständig die verschiebbare Elektrode 56. Das heißt, dass der Radius r_E der mittigen Erfassungselektrode zumindest der Radius r_D der verschiebbaren Elektrode 56 plus der radiale Bewegungsbereich r_M der Zielelektrode in der Betriebszone ist (d.h. r_E ≥ r_D + r_M) .
4A zeigt ein Ausführungsbeispiel 60 der Zeigevorrichtung 10, die ein Ausführungsbeispiel 61 der Zielelektrode 52 (in 3A und 3B gezeigt) umfasst, die eine planare Anordnung einer peripheren Zielelektrodenstruktur 62, die eine mittige Zielelektrodenstruktur 64 umgibt, umfasst. Die mittige Zielelektrodenstruktur 64 umfasst eine verschiebbare Elektrode 66, die mittels eines elastischen Wiederherstellungsmechanismus 68 mit der peripheren Zielelektrodenstruktur 62 verbunden ist. Der Wiederherstellungsmechanismus 68 drückt die verschiebbare Elektrode 66 ansprechend auf eine Ausübung einer äußeren Kraft auf die verschiebbare Elektrode zu einer Gleichgewichtsposition. Beispielsweise zeigt 4B bei einer exemplarischen Veranschaulichung die verschiebbare Elektrode 66, die ansprechend auf eine Kraft, die durch den Benutzerfinger 26 ausgeübt wird, aus der in 4A gezeigten Gleichgewichtsposition und gegen das Erfassungssystem 14 bewegt wird. 4B zeigt lediglich zu Veranschaulichungszwecken, wie der Benutzerfinger 26 mit der verschiebbaren Elektrode 66 in Kontakt ist. Bei tatsächlichen Ausführungsbeispielen ist der Benutzerfinger 26 durch andere Komponenten der Zeigevorrichtung 10 von der verschiebbaren Elektrode 66 elektrisch isoliert. Die Kraft, die durch den Benutzerfinger 26 ausgeübt wird, verformt den Wiederherstellungsmechanismus 68, und ansprechend darauf übt der Wiederherstellungsmechanismus 68 eine Wiederherstellungskraft aus, die zu der ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist und die verschiebbare Elektrode 66 zu der Gleichgewichtsposition hin drückt. Nach der Wegnahme der durch den Benutzerfinger 26 ausgeübten Kraft bringt die durch den Wiederherstellungsmechanismus 68 ausgeübte ungehinderte Wiederherstellungskraft die verschiebbare Elektrode 66 in die Gleichgewichtsposition zurück.
Wie in 4A und 4B gezeigt ist, befindet sich zwischen der Zielelektrode 52 und dem Erfassungssystem 14 ein dielektrischer Abstandshalter 70. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der dielektrische Abstandshalter 70 diskrete dielektrische Filme 72, 74, 76, die an jeweiligen beabstandeten Oberflächenbereichen der Zielelektrode 52, die dem Erfassungssystem 14 zugewandt sind, angebracht sind. Jeweilige der diskreten dielektrischen Filme 72-76 sind an peripheren Oberflächenbereichen der Zielelektrode und zumindest einem mittigen Oberflächenbereich der Zielelektrode 52 angebracht. Die dielektrischen Filme 72-76 können frei über Oberflächen der Erfassungselektrodenstruktur des Erfassungssystems 14 gleiten. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die dielektrischen Streifen 72-76 aus einem dielektrischen Material einer geringen Reibung (zum Beispiel einem Kunststoffmaterial wie z.B. Nylon und TEFLON® gebildet), das an die jeweiligen Oberflächenbereiche der Zielelektrode 52 gebondet ist.
Die Verwendung von mehreren diskreten dielektrischen Filmen im Gegensatz zu einem einzigen gleichmäßigen dielektrischen Film ermöglicht, dass die Zielelektrode besser an etwaige Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der Erfassungselektrodenstruktur angepasst ist. Außerdem verringert der dielektrische Abstandshalter 70 die Sensibilität des Erfassungssystems in Bezug auf Variationen des Zwischenraums, der die Zielelektrode und die Erfassungselektrodenstruktur trennt, indem er die Permittivität zwischen der Zielelektrode und der Erfassungselektrodenstruktur bezüglich der Permittivität von Luft erhöht.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die dielektrischen Filme 72-76 ringförmig. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der dielektrische Abstandshalter 70 dielektrische Filme mit Formen und Größen umfassen, die sich von den dielektrischen Filmen 72-76 unterscheiden. Beispielsweise umfasst der dielektrische Abstandshalter 70 bei manchen Ausführungsbeispielen einen Dünnfilm eines dielektrischen Materials (z.B. TEFLON®), das die gesamte nach unten gewandte Oberfläche der Zielelektrode 52 beschichtet und verhindert, dass die verschiebbare Elektrode 66 die mittige Erfassungselektrode elektrisch kurzschließt. Der elektrische Abstandshalter 70 umfasst zusätzlich die zwei ringförmigen dielektrischen Filme 72, 74, die an den freiliegenden Oberflächenbereichen der dielektrischen Dünnfilm-Beschichtung haften. Die dielektrische Dünnfilm-Beschichtung weist üblicherweise eine einheitliche Dicke im Bereich von 25-100 Mikrometern (µm) auf, und die zwei ringförmigen dielektrischen Filme 72, 74 weisen üblicherweise eine Dicke im Bereich von 100-300 µm auf.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der Zielelektrode 52 und der Erfassungselektrodenstruktur 54 zusätzlich dadurch verringert, dass eine dünne (in der Größenordnung von 100 µm liegende) dielektrische Beschichtung an die freiliegenden oberen Oberflächen der Erfassungselektrodenstruktur 54 angehaftet wird.
5A zeigt eine Draufsicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels 80 der planaren Zielelektrode 61 (in 4A und 4B gezeigt). Die Zielelektrode 80 umfasst eine ringförmige periphere Zielelektrodenstruktur 82, die eine mittige Zielelektrodenstruktur 84 umgibt. Die mittige Zielelektrodenstruktur 84 umfasst eine verschiebbare Elektrode 86, die mittels eines planaren Wiederherstellungsmechanismus 88 mit der peripheren Zielelektrodenstruktur 82 verbunden ist. Der Wiederherstellungsmechanismus 88 umfasst einen Ring 90, der mittels jeweiliger flexibler Verbindungen 92, 94 mit der peripheren Zielelektrodenstruktur 82 und der verschiebbaren Elektrode 86 verbunden ist, wobei die flexiblen Verbindungen 92, 94 mit einer Achse 96 ausgerichtet sind, die die verschiebbare Elektrode 86 in zwei Teile schneidet. Unter Bezugnahme auf 5B umfasst die Zielelektrode 80 einen optionalen gleichmäßigen Dünnfilm 98 eines dielektrischen Materials, der die unteren Oberflächen der Zielelektrode beschichtet, und zwei ringförmige dielektrische Filme 100, 102, die an jeweiligen Bereichen der unteren Oberfläche der dielektrischen Dünnfilm-Beschichtung 98 anhaften. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die planare Zielelektrode 80 unter Verwendung einer Stanz- oder Schneidvorrichtung aus einer Lage eines elektrisch leitenden Materials (z.B. eines Metalls) ausgeschnitten.
6A zeigt ein Ausführungsbeispiel 110 der Zeigevorrichtung 10, die ein Ausführungsbeispiel 112 der Zielelektrode 52 umfasst (siehe 3A und 3B). Die Zielelektrode 112 ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel 61 der Zielelektrode, mit der Ausnahme, dass die Zielelektrode 112 einen konvexen Gleichgewichtszustand aufweist, statt einen planaren Gleichgewichtszustand aufzuweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel liefert die periphere Zielelektrodenstruktur 114 der Zielelektrode 112 die konvexe Form der Zielelektrode 112 in dem Gleichgewichtszustand. Die perhiphere Zielelektrodenstruktur 114 ist elastisch und passt sich ansprechend auf eine ausgeübte Kraft, die die Zielelektrode 112 gegen die Erfassungselektrodenstruktur drückt, an Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur des Erfassungssystems 114 an. Dieses Biegen der Zielelektrode 112 kann dazu verwendet werden, einen ausgeübten Druck von dem Benutzerfinger 26 zu detektieren.
6B und 6C zeigen eine exemplarische Veranschaulichung der peripheren Zielelektrodenstruktur 14 und der verschiebbaren Elektrode 66, die ansprechend auf eine durch den Benutzerfinger 26 ausgeübte Kraft von der in 6A gezeigten Gleichgewichtsposition weg und neben das Erfassungssystem 114 bewegt ist. 6B und 6C zeigen lediglich zu Veranschaulichungszwecken, wie der Benutzerfinger 26 mit der verschiebbaren Elektrode 66 in Kontakt ist. Bei tatsächlichen Ausführungsbeispielen ist der Benutzerfinger 26 durch andere Komponenten der Zeigevorrichtung 10 von der verschiebbaren Elektrode 66 elektrisch isoliert. Die Kraft, die durch den Benutzerfinger 26 ausgeübt wird, verformt die periphere Zielelektrodenstruktur 114 und den Wiederherstellungsmechanismus 68. Bei 6B wurde die Zielelektrodenstruktur 114 dahin gehend verformt, zu Oberflächenbereichen des Erfassungssystems zu passen. Bei 6C wurde die verschiebbare Elektrode 66 ansprechend auf eine durch einen Benutzerfinger 26 ausgeübte Kraft gegen das Erfassungssystem bewegt. Ansprechend auf die ausgeübte Kraft übt die periphere Zielelektrodenstruktur 114 eine entgegengesetzte Kraft aus, die die Zielelektrode 112 zu dem Gleichgewichtszustand hin drückt. Diese entgegengesetzte Kraft ermöglicht, dass die Zielelektrode 112 an die Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur angepasst ist und dadurch etwaige nicht-planare Abweichungen bezüglich der Oberflächen der Erfassungselektrodenstruktur berücksichtigt. Auf die Wegnahme des Benutzerfingers 26 von der verschiebbaren Elektrode 66 hin bringt die ungehinderte Kraft der peripheren Zielelektrodenstruktur die Zielelektrode 82 wieder in den in 6A gezeigten Gleichgewichtszustand zuruck.
7 zeigt eine Unteransicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels 120 der Zielelektrode 112 (in 6A und 6B gezeigt). Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die periphere Zielelektrodenstruktur 121 diskrete Segmente 122, die eine mittige Zielelektrodenstruktur 124 umgeben. Die diskreten Segmente 122 sind anhand jeweiliger elastischer Verbindungen 132 an einem inneren Umfangsabschnitt 130 der peripheren Zielelektrodenstruktur 121 befestigt. Die mittige Zielelektrodenstruktur 124 umfasst eine verschiebbare Elektrode 126 und einen Wiederherstellungsmechanismus 128. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die Zielelektrode 120 einen optionalen gleichmäßigen Dünnfilm 129 eines dielektrischen Materials, der die unteren Oberflächen der Zielelektrode beschichtet, und zwei ringförmige dielektrische Filme 131, 133, die an jeweiligen Bereichen der unteren Oberfläche der dielektrischen Dünnfilm-Beschichtung 129 anhaften. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die planare Zielelektrode 120 unter Verwendung einer Stanz- oder Schneidvorrichtung aus einer Lage eines elektrisch leitenden Materials (z.B. eines Metalls) herausgeschnitten.
Die elastischen Verbindungen 132 ermöglichen, dass sich die diskreten Segmente 122 einzeln an die Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur anpassen. Insbesondere ist ein nicht-verformter Zustand jedes der diskreten Segmente 122 zu der Erfassungselektrodenstruktur hin abgewinkelt, um der Zielelektrode 120 eine konvexe Form zu verleihen. Ansprechend auf eine auf die verschiebbare Elektrode 126 ausgeübte nach unten gerichtete Kraft verformen sich die periphere Zielelektrodenstruktur 114 und der Wiederherstellungsmechanismus 128 ausgehend von dem konvexen Gleichgewichtszustand zu einer planaren Form, die an die Oberflächenbereiche des Erfassungssystems 114 angepasst ist. Dabei übt jede der Verbindungen 132 eine entgegengesetzte Kraft aus, die die Zielelektrode 114 zu dem Gleichgewichtszustand hin drückt. Diese entgegengesetzten Kräfte ermöglichen, dass sich die Zielelektrode 114 an die Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur anpasst und dadurch jegliche nicht-planaren Abweichungen der Oberflächen der Erfassungselektrodenstruktur berücksichtigt. Auf die Wegnahme der ausgeübten Kraft hin bringen die entgegengesetzten Kräfte der Verbindungen 132 die Zielelektrode 114 zu dem in 7 gezeigten konvexen Gleichgewichtszustand zurück.
8A zeigt eine auseinander gezogene Ansicht eines Ausführungsbeispiels 140 des verschiebbaren Bauglieds 10, das eine Taste 142, ein Gehäuse 144, einen Wiederherstellungsmechanismus 146 und eine Zielelektrodenanordnung 148 umfasst.
Die Taste 142 umfasst ein Betätigungsbauglied 150, das einen mittigen Stab 151 und einen oberen Umfangsrand 152 aufweist, der an einen Trägerring 154 gebondet ist. Die Taste 142 ist üblicherweise eine unitäre geformte Struktur, die aus einem flexiblen Kunststoffmaterial gebildet ist. Der Trägerring 154 weist einen Flansch 156 auf, der eine ringförmige Blattfeder 158 trägt, die das Betätigungsbauglied 150 auf elastische Weise trägt. Die Blattfeder 158 drückt das Betätigungsbauglied 150 ansprechend auf eine Ausübung einer externen Kraft auf das Betätigungsbauglied 150 entlang der vertikalen (oder z-Achsen-)Richtung zu der in 8A und 8B gezeigten Gleichgewichtsposition. Ein optionaler Dünnfilm eines Materials einer geringen Reibung (z.B. TEFLON®) kann die untere ringförmige Oberfläche des Trägerrings 154 bedecken.
Das Gehäuse 144 umfasst eine obere Wand 160 und eine zylindrische Seitenwand 162, die eine Innenkammer 164 definieren, die den Wiederherstellungsmechanismus 146 und die Zielelektrodenanordnung 148 enthält. Die obere Wand 160 weist eine obere Trägeroberfläche 166 auf, auf der die Taste 142 gleitet, und umfasst ein kreisförmiges Loch 168, durch das sich der Stab 151 des Betätigungsbauglieds 150 erstreckt. Das Gehäuse 144 ist üblicherweise aus einem starren Material wie z.B. Metall oder Kunststoff gebildet.
Der Wiederherstellungsmechanismus 146 umfasst einen Trägerrahmen 170 und eine Bandfeder 172, die von vier Stäben 174 (von denen drei in 8A gezeigt sind) getragen wird, die sich von einer kreisförmigen Innenoberfläche 176 des Trägerrahmens 170 nach oben erstrecken. Der Trägerrahmen 170 und die Bandfeder 172 sind üblicherweise aus einem starren Material wie z.B. Metall oder Kunststoff gebildet.
Die Zielelektrodenanordnung 148 umfasst eine Haltestruktur 180, einen Kuppelschalter 182 und eine Zielelektrode 184. Die Haltestruktur 180 weist einen Verbinder 186, der das Ende des Stabes 151 des Betätigungsbauglieds 150 hält, und einen Hohlraum 188, der den Kuppelschalter 182 enthält, auf. Die Haltestruktur 180 ist an die Zielelektrode 184 gebondet (z.B. wärmegefügt), die den Hohlraum 188 abdeckt. Die untere Oberfläche der Zielelektrode 184 ist mit einem dielektrischen Dünnfilm beschichtet, und zwei Dünnfilm-Ringe 190, 192 eines dielektrischen Materials sind an unteren Oberflächenbereichen des dielektrischen Dünnfilms angebracht.
8B zeigt eine Querschnittsansicht des verschiebbaren Bauglieds 140, nachdem die Taste 142, das Gehäuse 144, der Wiederherstellungsmechanismus 146 und die Zielelektrodenanordnung 148 zu einer abschließenden integrierten Struktur zusammengebaut wurden.
Im Betrieb ist die Taste 142 über die obere Oberfläche 166 des Gehäuses 144 mit einer Bewegungsbandbreite gleitbar, die durch das Loch 168 in der oberen Wand 160 des Gehäuses 144 definiert ist. Da die Zielelektrodenanordnung 148 mittels des Stabes 151 an der Taste 142 befestigt ist, bewegt sich die Zielelektrodenanordnung 148 mit derselben Bewegungsbandbreite lateral. Eine nach unten gerichtete Kraft, die entlang der vertikalen (oder z-Achsen-)Richtung auf das Betätigungsbauglied 150 ausgeübt wird, wird durch den Stab 151 an den Kuppelschalter 182 und die verschiebbare Elektrode der Zielelektrode 184 übertragen. Ansprechend auf die Ausübung einer derartigen nach unten gerichteten Kraft liefert der Kuppelschalter 182 eine fühlbare Rückmeldung an den Benutzer, und die verschiebbare Elektrode bewegt sich zu der mittleren Erfassungselektrode des Erfassungssystems 14 hin (in 1 gezeigt).
IV. EXEMPLARISCHE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER MESSSCHALTUNG UND DES VERARBEITUNGSSYSTEMS
ÜBERSICHT
Die folgenden exemplarischen Zeigevorrichtungsverfahren sind im Kontext der Zeigevorrichtung 50 (in 3A und 3B gezeigt) beschrieben. Wie in 9A gezeigt ist, umfasst die Erfassungselektrodenstruktur 54 bei diesem Ausführungsbeispiel vier periphere Erfassungselektroden A-D, die eine einzelne Erfassungselektrode E umgeben, und die Zielelektrode 52 umfasst eine periphere Zielelektrodenstruktur, die eine einzelne mittige Zielelektrodenstruktur 56 umgibt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Erfassungselektrodenstruktur 54 eine andere Anzahl von peripheren Erfassungselektroden umfassen. Beispielsweise zeigt 9B eine Erfassungselektrodenstruktur 198, die drei periphere Erfassungselektroden F, G, H umfasst, die eine mittige Erfassungselektrode I umgeben.
9 zeigt ein exemplarisches zweidimensionales x-y-Koordinatensystem, das der Erfassungselektrodenstruktur 54 überlagert ist. Dieses Koordinatensystem ist so orientiert, dass die x-Achse die peripheren Erfassungselektroden A, B von den peripheren Erfassungselektroden C, D trennt, und dass die y-Achse die peripheren Erfassungselektroden A, C von den peripheren Erfassungselektroden B, D trennt. Bei dieser Orientierung weisen die peripheren Erfassungselektroden A, C x-Achse-Koordinaten auf, die lediglich auf einer Seite der x-Achse definiert sind, und die peripheren Erfassungselektroden B, D weisen x-Achse-Koordinaten auf, die lediglich auf der gegenüberliegenden Seite der x-Achse definiert sind. Sowohl die x-Achse als auch die y-Achse schneiden die mittige Erfassungselektrode E in zwei Teile.
10 ist ein Blockdiagramm einer Ersatzschaltung der Zielelektrode 52 und der Erfassungselektrodenstruktur 54. Die jeweiligen Abschnitte der Zielelektrode 52, die die Erfassungselektroden A-E überlappen, bilden jeweilige Parallelplattenkondensatoren, die Kapazitäten aufweisen, die zu den entsprechenden Überlappungsgraden proportional sind. Da alle Kondensatoren Abschnitte der Zielelektrode 52 gemeinsam verwenden, umfasst die Ersatzschaltung fünf Kondensatoren C_A, C_B, C_C, C_D, C_E, die mit der gemeinsamen Zielelektrode 52 verbunden sind, die jeweilige Abschnitte aufweist, die durch Bezugszeichen 52A, 52B, 52C, 52D, 52E identifiziert sind. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Eingangssignale 28 über jeweilige Paarbildungen der mittigen Erfassungselektrode E und jeweilige der peripheren Erfassungselektroden A-D angelegt. Deshalb umfasst die Ersatzschaltung die Kapazität C_E der mittigen Erfassungseiektrode E, die mit den parallelen Kapazitäten C_A, C_B, C_C, C_D, der peripheren Erfassungselektroden A-D in Reihe gekoppelt ist.
Bei einem gegebenen Messzyklus erzeugt die Messschaltung 16 einen jeweiligen Messwert 32 für jede der peripheren Erfassungselektroden A-D, indem sie ein jeweiliges Einganassignal über die entsprechende periphere Erfassungselektrode und die mittige Erfassungselektrode E anlegt. Die Eingangssignale 28 können durch die mittige Erfassungselektrode E und die an den Ausgangsanschlüssen der peripheren Erfassungselektroden A-D durchgeführten Messungen angetrieben werden. Alternativ dazu können die Eingangssignale 28 durch jede der peripheren Erfassungselektroden A-D und die an dem Ausgangsanschluss der mittigen Erfassungselektrode E vorgenommenen Messungen auf eine zeitgemultiplexte Weise angetrieben werden. Die Zielelektrode koppelt die angelegten Eingangssignale von dem Messsystem 16 über die entsprechenden Paare der mittigen Erfassungselektrode E und der jeweiligen der peripheren Erfassungselektroden A-D auf kapazitive Weise. Ansprechend auf die angelegten Eingangssignale erzeugt die Erfassungselektrodenstruktur 54 Erfassungssignale 30, die auf ein Berühren des verschiebbaren Bauglieds 12 durch den Benutzerfinger 26 und auf unterschiedliche Positionen des verschiebbaren Bauglieds 12 in der Betriebszone ansprechen. Insbesondere gibt jeder der Messwerte, der durch das Messsystem 16 erzeugt wird, einen jeweiligen Überlappungsgrad zwischen der Zielelektrode 52 und der entsprechenden peripheren Erfassungselektrode an. Außerdem gibt die Kombination der Messwerte, die während eines gegebenen Messzyklus erzeugt werden, die vertikale (bzw. z-Achsen-)Kraft, die auf das verschiebbare Bauglied ausgeübt wird, an.
Das Verarbeitungssystem 18 erzeugt die Anzeigesteuersignale 20 aus den Messwerten 32. Dabei ermittelt das Verarbeitungssystem 18 die Position der Zielelektrode 52 bezüglich der peripheren Erfassungselektroden A-D auf der Basis der Messwerte 32.
EXEMPLARISCHE MESSSCHALTUNGSAUSFÜHRUNGSBEISPIELE
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel 200 der Messschaltung 16. Die Messschaltung 200 umfasst einen Treiberverstärker 202 und eine jeweilige Messschaltung 204, 206, 208, 210, die mit dem Ausgangsanschluss jeder der peripheren Erfassungselektroden A-D verbunden ist. Der Treiberverstärker 202 treibt die Eingangssignale 28 durch die mittige Erfassungselektrode E hindurch an. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Eingangssignale 23 Rechteckwellenpulse. Jede der Messschaltungen 204-210 umfasst einen jeweiligen Integrator 212, 214, 216, 218, ein jeweiliges Filter 220, 222, 224, 226 und einen jeweiligen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler, A/D = analog-to-digital) 228, 230, 232, 234. Jeder der Integratoren 212-218 umfasst einen jeweiligen positiven Eingangsanschluss, der mit einer Referenzspannung (V_REF) verbunden ist, und einen jeweiligen negativen Anschluss, der mit dem entsprechenden Ausgangsanschluss verbunden ist, durch eine jeweilige negative Rückkopplungsschleife hindurch, die einen Rückkopplungskondensator C_F und einen Rücksetzschalter umfasst. Jedes der Filter 220-226 filtert die Ausgabe eines jeweiligen der Integratoren 212-218. Jeder der Analog/Digital-Wandler 228-234 tastet die aus einem jeweiligen der Filter 220-226 ausgegebenen gefilterten Signale ab. Das Verarbeitungssystem 18 empfängt die durch die Analog/Digital-Wandler 228-234 erzeugten digitalen Messwerte.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens, gemäß dem das Messsystem 16 die Messwerte 32 erzeugt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Messzyklusindex k optional auf 0 initialisiert (12, Block 240). Zu Beginn jedes Messzyklus (12, Block 242) wird der Messzyklusindex um 1 inkrementiert (12, Block 244). Die Messschaltung 16 legt das Eingangssignal V_IN,k über die peripheren Erfassungselektroden i (wobei i ∈ {A, B, C, D}) und die mittige Erfassungselektrode E an (12, Block 246). Dann erzeugt die Messschaltung 16 die Messwerte V_OUT,ki ( 12, Block 248). Die Messschaltung 16 wartet dann auf den nächsten Messzyklus, bevor sie den Vorgang wiederholt ( 12, Block 242).
Somit schließt der Prozessor 18 während jedes Messzyklus k die Rücksetzschalter der Integratoren 212-218 und legt einen Rechteckwellenpuls mit einem Betrag V_IN,k an die mittige Erfassungselektrode E an. Die Ausgangsanschlüsse jedes der Integratoren 212-218 erzeugen eine Spannung V_OUT,k, die durch Gleichung (1) gegeben ist: $V_{O U T, k} = \frac{C_{E Q, i}}{C_{F}} \cdot (V_{I N, k} - V_{R E F}) + V_{R E F}$
wobei C_F der Wert der Rückkopplungskondensatoren in den negativen Rückkopplungsschleifen der Integratoren 222-218 ist, C_EQ,i die Äquivalentseriensumme der Kapazität C_E der mittigen Erfassungselektrode E und der Kapazität C_i einer jeweiligen der peripheren Erfassungselektroden A-D ist und durch Gleichung (2) gegeben ist. $C_{E Q, i} = \frac{C_{i} \cdot C_{E}}{C_{i} + C_{E}}$
Gleichung (1) wird bezüglich C_EQ,i in Gleichung (3) umgeschrieben: $C_{E Q, i} = C_{F} \cdot \frac{(V_{O U T} - V_{R E F})}{V_{I N} - V_{R E F}} = K_{1} \cdot V_{O U T, i} + K_{2}$
wobei K₁ = C_F/ (V_IN,i - V_REF und K₂ = C_F · V_REF/ (V_IN,i - V_REF) . Da V_IN, V_REF und C_F bekannt sind, liefert die gemessene Ausgangsspannung V_OUT somit den Wert von C_EQ,i.
Bei dem in 11 veranschaulichten Ausführungsbeispiel treibt die Messschaltung 200 die Eingangssignale 28 durch die mittige Erfassungselektrode E und misst die resultierenden Erfassungssignale 30 aus den Ausgangsanschlüssen der peripheren Erfassungselektroden A-D. Andere Ausführungsbeispiele der Messschaltung 16 (in 1 gezeigt) können die Eingangssignale 28 durch jede der peripheren Erfassungselektroden A-D treiben und die resultierenden Erfassungssignale 30 aus dem Ausgangsanschluss der mittigen Erfassüngselektrode E auf eine zeitgemultiplexte Weise messen.
EXEMPLARISCHE VERARBEITUNGSSYSTEM-AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens, gemäß dem das Verarbeitungssystem 18 die Anzeigesteuersignale 20 aus den Messsignalen 32 erzeugt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermittelt das Verarbeitungssystem 18 einen Differenzwert (Δ_P) zwischen (i) Messwerten, die in einem gegebenen Messzyklus k für periphere Erfassungselektroden auf einer Seite einer Koordinatenachse P erzeugt werden (z.B. P ∈ {x,y}), und (ii) Messwerten, die in dem gegebenen Messzyklus k für periphere Erfassungselektroden auf einer gegenüberliegenden Seite der Koordinatenachse P erzeugt werden (13, Block 260). Das Verarbeitungssystem 18 normiert den Differenzwert (Δ_P) bezüglich einer Summe aller Messwerte, die in dem gegebenen Messzyklus k erzeugt, werden, um (Δ_P) zu erzeugen (13, Block 262). Das Verarbeitungssystem 18 gibt den normierten Differenzwert (Δ_P) aus (13, Block 264). Falls nicht für alle Koordinatenachsen Koordinaten ermittelt wurden (13, Block 266), wird der Prozess für die nächste Koordinatenachse wiederholt (13, Blöcke 260-264). Andernfalls wartet das Verarbeitungssystem 18 auf den nächsten Messzyklus (13, Block 268), bevor es den Prozess wiederholt (13, Blöcke 258-266).
Somit ermittelt das Verarbeitungssystem bezüglich der x-Achse und der y-Achse, die in 9 definiert sind, die Differenzwerte Δ_x und Δ_y gemäß Gleichungen (4) und (5): $\begin{matrix} Δ_{x} = (C_{E Q, B} + C_{E Q, D}) - (C_{E Q, A} + C_{E Q, C}) \\ = K_{1} \cdot (V_{O U T, B} + V_{O U T, D} - V_{O U T, A} - V_{O U T, C}) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Δ_{y} = (C_{E Q, A} + C_{E Q, B}) - (C_{E Q, C} + C_{E Q, D}) \\ = K_{1} \cdot (V_{O U T, A} + V_{O U T, B} - V_{O U T, C} - V_{O U T, D}) \end{matrix}$
Die normierten Differenzwerte Δ_x und Δ_y werden gemäß Gleichungen (6) und (7) unter der Annahme, dass V_REF auf ein Nullpotential eingestellt ist, berechnet: $\begin{matrix} {\bar{Δ}}_{x} = \frac{(C_{E Q, B} + C_{E Q, D}) - (C_{E Q, A} + C_{E Q, C})}{C_{E Q, A} + C_{E Q, B} + C_{E Q, C} + C_{E Q, D}} \\ = \frac{(V_{O U T, B} + V_{O U T, D}) - (V_{O U T, A} - V_{O U T, C})}{V_{O U T, A} + V_{O U T, B} + V_{O U T, C} + V_{O U T, D}} \end{matrix}$
$\begin{matrix} {\bar{Δ}}_{y} = \frac{(C_{E Q, A} + C_{E Q, B}) - (C_{E Q, C} + C_{E Q, D})}{C_{E Q, A} + C_{E Q, B} + C_{E Q, C} + C_{E Q, D}} \\ = \frac{(V_{O U T, A} + V_{O U T, B}) - (V_{O U T, C} + V_{O U T,D})}{V_{O U T, A} + V_{O U T, B} + V_{O U T, C} + V_{O U T,D}} \end{matrix}$
Diese normierten Differenzwerte Δ _x und Δ _y - können skaliert werden, um Werte zu erzeugen, die den x- und y-Koordinaten des verschiebbaren Bauglieds in der Betriebszone entsprechen. Ein Normieren der Differenzwerte Δ_x und Δ_y gemäß den Gleichungen (6) und (7) verringert die Wirkung von unbeabsichtigten ausgeübten Kräften, die dazu tendieren, das Ziel zu neigen, und anderen Variationen bezüglich des Zwischenraums, der die Zielelektrode und die Erfassungselektroden trennt.
Bei den in Verbindung mit 3A-8B beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst die Zielelektrode eine periphere Zielelektrodenstruktur, die eine mittige Zielelektrodenstruktur umgibt, die eine verschiebbare Elektrode 56 umfasst, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden Zielelektrodenstruktur zu der Erfassungselektrodenstruktur hin und von derselben weg bewegbar ist. Bei manchen dieser Ausführungsbeispiele überlappt die mittige Erfassungselektrode E die verschiebbare Elektrode 56 in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds in der Betriebszone vollständig. Bei diesen Ausführungsbeispielen beeinflusst die vertikale Bewegung der verschiebbaren Elektrode 56 lediglich die Kapazität C_E der mittigen Erfassungselektrode E. Deshalb beeinflusst die Kapazität C_E die Messungen, die für alle peripheren Erfassungselektroden durchgeführt werden. Folglich beeinflusst die Kapazität C_E die Ermittlung der x- und y-Koordinaten des verschiebbaren Bauglieds nur minimal, da diese Koordinaten bezüglich der Gesamtkapazität normiert sind.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können vertikale (bzw. z-Achsen-)Kräfte, die auf das verschiebbare Bauglied ausgeübt werden, dadurch gemessen werden, dass die Gesamtkapazität (C_τ) aus den Messwerten 32 ermittelt wird. Angenommen, dass V_REF auf ein Nullpotential gesetzt wird, wird (C_τ) durch Gleichung (8) wiedergegeben: $\begin{matrix} C_{τ} = C_{E Q, A} + C_{E Q, B} + C_{E Q, C} + C_{E Q, D} \\ = K_{1} \cdot (V_{O U T, A} + V_{O U T, B} + V_{O U T,C} + V_{O U T, D}) \end{matrix}$
Das Verarbeitungssystem 18 erfasst eine Bewegung der verschiebbaren Elektrode 56 hin zu der mittigen Erfassungselektrode 56 auf der Basis einer Summe aller Messwerte, die in dem gegebenen Messzyklus erzeugt werden. Insbesondere verringert die vertikale Verschiebung der verschiebbaren Elektrode den Zwischenraum unter der verschiebbaren Elektrode und erhöht dadurch die durch das Verarbeitungssystem 18 gemessene Gesamtkapazität.
14 zeigt einen konstruierten Graphen der Gesamtkapazität C_τ, die als Funktion der Zeit während eines Zeitraums aufgetragen ist, wenn der Benutzer auf die verschiebbare Elektrode 56 während eines Zeitraums T₁ eine Berührungskraft und während eines Zeitraums T₂ eine Auswahlkraft ausübt. Bei manchen Ausführungsbeispielen erzeugt das Verarbeitungssystem 18 ein Berührungszustandssignal, das ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Summe aller Messwerte, die in einem gegebenen Messzyklus erzeugt werden, eine erste Schwelle C_TOUCH übersteigt, angibt, dass das verschiebbare Bauglied durch eine externe Kraft kontaktiert wurde. Das Verarbeitungssystem 18 erzeugt ferner ein AuswahlzustandsSignal, das ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Summe aller Messwerte, die in dem gegebenen Messzyklus erzeugt werden, eine zweite Schwelle C_SELECT, die größer ist als die erste Schwelle C_TOUCH, übersteigt, angibt, dass das verschiebbare Bauglied gedrückt wurde, um eine Auswahl zu treffen.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Ausführungsbeispiele, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, liefern Zeigevorrichtungen vom Verschiebungstyp und Verfahren, die eine kapazitive Erfassung der Position des verschiebbaren Bauglieds auf eine Art und Weise umfassen, die unbeabsichtigte Neigungskräfte und andere unbeabsichtigte Zwischenraumvariationen über die Kapazitiverfassungsstruktur hinweg kompensieren. Manche dieser Ausführungsbeispiele sind auch in der Lage, mit hoher Genauigkeit Benutzereingaben zu detektieren, die sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung auf das verschiebbare Bauglied angewendet werden. Insbesondere sind manche dieser Ausführungsbeispiele in der Lage, durch Kraft bewirkte Verschiebungen des verschiebbaren Bauglieds in drei Abmessungen ohne ein wesentliches Übersprechen zwischen den lateralen Messungen und den vertikalen Messungen zu messen. Diese Messungen können ohne jegliche verdrahtete elektrische Verbindungen mit dem verschiebbaren Bauglied vorgenommen werden. Außerdem können diese Messungen über die gesamte Bandbreite einer lateralen Migration in der Betriebszone vorgenommen werden.
Andere Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzumfang der Patentansprüche.

Claims

Zeigevorrichtung (10), die folgende Merkmale aufweist: eine Erfassungselektrodenstruktur (54), die eine Anordnung von peripheren Erfassungselektroden (A-D) in einer peripheren Region, die eine mittige Erfassungselektrode (E) umgeben, aufweist; ein verschiebbares Bauglied, das in einer Betriebszone (44) über die Erfassungselektrodenstruktur (54) bewegbar (42) ist und eine Zielelektrode (52) aufweist, die den Erfassungselektroden (A-D) zugewandt ist und zumindest einen jeweiligen Abschnitt der mittigen Erfassungselektrode (E) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) überlappt; und eine Messschaltung (16), die mit den Erfassungselektroden (A-E) gekoppelt ist und dahin gehend wirksam ist, Messwerte zu erzeugen, die Überlappungsgrade zwischen der Zielelektrode (52) und jeweiligen der Erfassungselektroden (A-E) angeben; wobei die Messschaltung (16) in einem gegebenen Messzyklus dahin gehend wirksam ist, einen jeweiligen Messwert für jede der peripheren Erfassungselektroden (A-D) zu erzeugen, indem sie ein jeweiliges Eingangssignal über die entsprechende periphere Erfassungselektrode (A-D) und die mittige Erfassungselektrode (E) anlegt, wobei jeder der Messwerte einen jeweiligen Überlappungsgrad zwischen der Zielelektrode (52) und der entsprechenden peripheren Erfassungselektrode (A-D) angibt, wobei die Zielelektrode (52) die mittige Erfassungselektrode (E) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) vollständig überlappt, und sich die Erfassungselektroden (A-E) über eine Erfassungsregion hinweg erstrecken, die die Zielelektrode (52) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) vollständig überlappt, wobei die Zeigevorrichtung (10) ferner ein Verarbeitungssystem (18) aufweist, das dahin gehend wirksam ist, Anzeigesteuersignale (20) aus den Messwerten zu erzeugen, wobei die Zielelektrode in einem unverformten Gleichgewichtszustand allgemein konvex ist und in einem vorgespannten Zustand, bei dem die Zielelektrode durch eine ausgeübte Kraft neben die Erfassungselektrodenstruktur gedrückt wird, allgemein planar ist; und das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Berührungszustandssignal zu erzeugen, das ausgehend von den Messwerten, die während einer Bewegung der Zielelektrode von dem Gleichgewichtszustand in den vorgespannten Zustand durch die Messschaltung erzeugt werden, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) durch eine äußere Kraft kontaktiert wurde, wobei die Zielelektrode (120) eine periphere Zielelektrodenstruktur (121) aufweist, die eine mittige Zielelektrodenstruktur umgibt, die eine verschiebbare Elektrode (126) aufweist, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden peripheren Zielelektrodenstruktur (121) hin zu der Erfassungselektrodenstruktur (54) und weg von derselben bewegbar ist, und das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Auswahlzustandssignal zu erzeugen, das ausgehend von den Messwerten, die während einer Bewegung der mittigen Zielelektrodenstruktur zu der Erfassungselektrodenstruktur (54), nachdem die periphere Zielelektrodenstruktur (121) neben die Erfassungselektrodenstruktur (54) gedrückt wurde, durch die Messschaltung erzeugt werden, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) gedrückt wurde, um eine Auswahl zu treffen.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der die Zielelektrode (80) eine periphere Zielelektrodenstruktur (82) umfasst, die eine mittige Zielelektrodenstruktur (84) umgibt, die eine verschiebbare Elektrode (86) aufweist, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden peripheren Zielelektrodenstruktur (82) zu der Erfassungselektrodenstruktur (54) hin und weg von derselben bewegbar ist.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, bei der die mittige Erfassungselektrode (E) die verschiebbare Elektrode (86) in jeder Position des verschiebbaren Bauglieds (42) in der Betriebszone (44) vollständig überlappt.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die mittige Zielelektrodenstruktur (84) einen elastischen Wiederherstellungsmechanismus umfasst, der die verschiebbare Elektrode (86) mit der peripheren Zielelektrodenstruktur (82) verbindet, wobei der Wiederherstellungsmechanismus dahin gehend wirksam ist, die verschiebbare Elektrode (86) ansprechend auf eine Ausübung einer externen Kraft auf die verschiebbare Elektrode (86) hin in eine Gleichgewichtsposition zu drücken.
Zeigevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner einen dielektrischen Abstandshalter zwischen der Zielelektrode und der Erfassungselektrodenstruktur (54) aufweist.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, bei der der dielektrische Abstandshalter diskrete dielektrische Filme aufweist, die an jeweiligen beabstandeten Oberflächenbereichen der Zielelektrode (52), die der Erfassungselektrodenstruktur (54) zugewandt sind, befestigt sind, wobei die dielektrischen Filme frei über Oberflächen der Erfassungselektrodenstruktur (54) gleiten können.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 6, bei der die jeweiligen der diskreten dielektrischen Filme an peripheren Oberflächenbereichen der Zielelektrode (52) und an zumindest einem mittigen Oberflächenbereich der Zielelektrode (52) befestigt sind.
Zeigevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Zielelektrode (120) elastisch ist und sich ansprechend auf eine Kraft, die auf das verschiebbare Bauglied (42) ausgeübt wird und die Zielelektrode (120) neben die Erfassungselektrodenstruktur (54) drückt, an Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur (54) anpasst.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 8, bei der die Zielelektrode (120) eine mittige Zielelektrodenstruktur (126) umfasst, die von einer peripheren Zielelektrodenstruktur (121) umgeben ist, die diskrete Segmente (122) aufweist, die einzeln an die Oberflächenbereiche der Erfassungselektrodenstruktur (54) anpassbar sind.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 9, bei der in einem unverformten Zustand jedes der Segmente der peripheren Zielelektrodenstruktur (121) zu der Erfassungselektrodenstruktur (54) hin abgewinkelt ist.
Zeigevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, einen Differenzwert zwischen (i) Messwerten, die in dem gegebenen Messzyklus für periphere Erfassungselektroden (A-D) erzeugt werden, die Positionen aufweisen, die lediglich auf einer Seite einer Koordinatenachse definiert sind, die bezüglich der Betriebszone (44) definiert ist, und (ii) Messwerten, die in dem gegebenen Messzyklus für periphere Erfassungselektroden (A-D) erzeugt werden, die Positionen aufweisen, die lediglich auf einer gegenüberliegenden Seite der Koordinatenachse definiert sind, zu bestimmen und einen jeweiligen Verschiebungswert zu bestimmen, indem es den Differenzwert bezüglich einer Summe aller Messwerte, die in dem gegebenen Messzyklus erzeugt werden, normiert.
Zeigevorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der: die Zielelektrode (80) eine periphere Zielelektrodenstruktur (82) aufweist, die eine mittige Zielelektrodenstruktur (84) umgibt, die eine verschiebbare Elektrode (86) aufweist, die im Wesentlichen unabhängig von der umgebenden Zielelektrodenstruktur (82) zu der Erfassungselektrodenstruktur (54) hin und von derselben weg bewegbar ist; und das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, eine Bewegung der verschiebbaren Elektrode (86) zu der mittigen Erfassungselektrode (E) hin auf der Basis einer Summe aller Messwerte, die in dem gegebenen Messzyklus erzeugt werden, zu detektieren.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, bei der das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Berührungszustandssignal zu erzeugen, das ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Summe aller in dem gegebenen Messzyklus erzeugten Messwerte eine erste Schwelle übersteigt, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) durch eine äußere Kraft kontaktiert wurde.
Zeigevorrichtung (10) gemäß Anspruch 13, bei der das Verarbeitungssystem (18) dahin gehend wirksam ist, ein Auswahlzustandssignal zu erzeugen, das ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Summe aller in dem gegebenen Messzyklus erzeugten Messwerte eine zweite Schwelle, die größer ist als die erste Schwelle, übersteigt, angibt, dass das verschiebbare Bauglied (42) gedrückt wurde, um eine Auswahl zu treffen.