DE102009030495A1 - Electrode arrangement for capacitive sensor device or for capacitive sensor for detecting position or approach of object, has sensor electrode and shielding electrode, where sensor electrode is arranged on side of carrier material - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein System zum Erfassen der Position und/oder der Annäherung eines Objektes. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen der Position und/oder der Annäherung eines Objektes an einer Anzeigeeinrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Folie, auf welcher Bestandteile des System, insbesondere Elektroden angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer annäherungssensitiven Anzeigeeinrichtung unter Verwendung eines berührungssensitiven Bildschirms der Anzeigeeinrichtung und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Folie.The The invention relates to a system for detecting the position and / or the approach an object. In particular, the invention relates to a device for detecting the position and / or the approach of an object to a Display device using the electrical according to the invention Circuitry. Furthermore, the invention relates to a film, on which components of the system, in particular electrodes arranged are. Furthermore, the invention relates to a method for the production an approach-sensitive display using a touch-sensitive Screen of the display device and using the film according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Bei Bildschirmen bzw. Displays, insbesondere bei Computerbildschirmen, mobilen Kommunikationsgeräten oder Navigationsgeräten besteht der Wunsch, die Funktionalität der Bildschirme durch eine Erkennung der Annäherung an den Bildschirm oder eine Erkennung von Gesten in der Nähe des Bildschirms zu erweitern, um hierdurch beispielsweise Bildbewegungen wie das Blättern und/oder Drehen von auf dem Bildschirm dargestellten elektronischen Dokumenten von Hand zu steuern ohne dabei den Bildschirm zu berühren.at Screens or displays, in particular for computer screens, mobile communication devices or navigation devices There is a desire to have the functionality of the screens through one Detection of approach to the screen or a recognition of gestures near the screen to thereby, for example, image movements such as Scroll and / or turning on-screen electronic Manually control documents without touching the screen.
Hierfür sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt. Ein Lösungsansatz beruht auf optischen Verfahren mit Kameras und anschließender Bildverarbeitung, was jedoch aufwändig und rechenintensiv ist sowie häufig zu Problemen bei unterschiedlichen bzw. schlechten Beleuchtungsverhältnissen führt.For this are off Various solutions are known in the prior art. A solution is based on optical processes with cameras and subsequent image processing, what but expensive and compute-intensive as well as frequent to problems with different or poor lighting conditions leads.
Einen weiteren, weniger aufwändigen Lösungsansatz bieten sogenannte kapazitive Verfahren, bei denen eine Annäherung der Hand oder eines Fingers an den Bildschirm durch mehrere Elektroden eines kapazitiven Sensorsystems erfasst und die hierdurch entstehenden Kapazitätsänderungen an den Elektroden mittels eines geeigneten Verfahrens ausgewertet werden.a other, less expensive approach offer so-called capacitive procedures, where an approximation of Hand or finger to the screen through multiple electrodes of a capacitive sensor system detected and the resulting capacity changes evaluated at the electrodes by means of a suitable method become.
Besonderes nachteilig des auf einem kapazitiven Verfahren basierenden Lösungsansatzes ist, dass der Bildschirm auf Massepotential liegt. Damit wird die Empfindlichkeit der Elektroden, welche zur Gestenerfassung im Bildschirmbereich angeordnet sind, erheblich eingeschränkt, weil ein von den Elektroden emittiertes elektrisches Feld stark auf den geerdeten Bildschirm koppelt. Diese Koppelung ist insbesondere im Fall größerer Bildschirme von Nachteil. Besonders im Bereich der Bildschirmmitte hat die Annäherung eines Fingers oder einer Hand nur einen sehr geringen Einfluss auf eine Veränderung des von den Elektroden emittierten elektrischen Feldes und führt daher nur zu sehr schwachen Änderungen eines abgeleiteten Sensorsignals. Dies ist ein grundlegender Nachteil aller kapazitiven Sensoren zur Gestenerkennung bzw. zur Näherungsdetektion.special disadvantageous of the solution based on a capacitive method approach is that the screen is at ground potential. This will be the Sensitivity of the electrodes used for gesture detection in the screen area are arranged considerably limited, because one of the electrodes emitted electric field strongly on the grounded screen coupled. This coupling is especially in the case of larger screens disadvantageous. Especially in the area of the screen center has the approach of one Fingers or one hand only a very small effect on one change of the electric field emitted by the electrodes and therefore results only very weak changes a derived sensor signal. This is a fundamental disadvantage All capacitive sensors for gesture recognition and proximity detection.
Des Weiteren besteht der Wunsch, berührungssensitive Bildschirme um die Funktionalität einer Annäherungs- bzw. Gestenerkennung zu erweitern, um so auch bei berührungssensitiven Bildschirmen Anwendungen berührungslos von Hand zu steuern bzw. zu bedienen.Of Further, there is a desire to be touch-sensitive Screens for functionality an approximation or gesture recognition to extend, so even in touch-sensitive Screens applications contactless to be controlled or operated by hand.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine System zum Erfassen der Position und/oder der Annäherung eines Objektes, insbesondere einer Hand oder eines Fingers, bereitzustellen, welche die genannten Nachteile zumindest teilweise vermeidet und eine verbesserte Empfindlichkeit des kapazitiven Sensorsystems sowie eine nachträgliche Erweiterung berührungsempfindlicher Anzeigeeinrichtungen um annäherungssensitive Funktionalität ermöglicht.task The invention is therefore a system for detecting the position and / or approach an object, in particular a hand or a finger, which avoids the disadvantages mentioned at least partially and an improved sensitivity of the capacitive sensor system as well an afterthought Extension of touch-sensitive Display devices are proximity-sensitive functionality allows.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System bzw. einer elektrischen Schaltungsanordnung und einer Vorrichtung zum Erfassen von Gesten, der Position und/oder der Annäherung eines Objektes an einer Anzeigeeinrichtung gelöst.According to the invention this Task with a system or an electrical circuit arrangement and a device for detecting gestures, the position and / or the approach an object solved on a display device.
Danach wird ein System bzw. eine Schaltungsanordnung bereitgestellt zum Erfassen einer Position, einer Geste und/oder der Annäherung eines Objektes, mit zumindest einem kapazitiven Sensor, umfassend eine Sensorelektrode, einen mit der Sensorelektrode gekoppelten Resonanzkreis und einen Generator zur Beaufschlagung des unter Einschluss der Sensorelektrode und des Resonanzkreises gebildeten Systems mit einer elektrischen Spannung, wobei eine Phasenverschiebung einer elektrischen Spannung des Resonanzkreises gegenüber einer elektrischen Spannung des Generators indikativ für die Annäherung und/oder die Position des Objektes an die Sensorelektrode ist, wobei zumindest eine Schirmelektrode in einem vorbestimmten Abstand zur Sensorelektrode anordenbar ist, zur Abschirmung eines Elektrodenfeldes der Sensorelektrode gegen Masse, wobei zumindest eine Koppelelektrode zwischen der Sensorelektrode und der Schirmelektrode anordenbar ist und mit der Schirmelektrode koppelbar ist, und wobei der Ausgang des zumindest einen kapazitiven Sensors über eine Verstärkerschaltung auf die Koppelelektrode schaltbar ist, um die Koppelelektrode und die Schirmelektrode im Wesentlichen auf das elektrische Potential der Sensorelektrode zu bringen.Thereafter, a system or circuit is provided for detecting a position, a gesture and / or the approach of an object, comprising at least one capacitive sensor comprising a sensor electrode, a resonant circuit coupled to the sensor electrode, and a generator for biasing the sensor electrode and an electrical voltage of the resonant circuit, wherein a phase shift of an electrical voltage of the resonant circuit relative to a voltage of the generator indicative of the approach and / or the position of the object to the sensor electrode, wherein at least one shield electrode at a predetermined distance to the sensor electrode can be arranged, for shielding an electrode array of the sensor electrode to ground, wherein at least one coupling electrode between the sensor electrode and the shield electrode can be arranged and coupled to the shield electrode, and wherein the Au Sgang the at least one capacitive sensor via an amplifier circuit to the coupling electrode is switchable to the coupling electrode and the shield electrode in We considerably to the electrical potential of the sensor electrode.
Dieses System bzw. diese Schaltungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine verbesserte Empfindlichkeit des kapazitiven Sensorsystems gegenüber herkömmlichen kapazitiven Sensorsystems gewährleistet wird. Durch das Bereitstellen einer Koppelelektrode können in besonders vorteilhafter Weise auch Bildschirme mit resistiven berührungsempfindlichen Displays auf gerüstet werden zu Bildschirmen mit Gesten- und Annäherungsdetektion.This System or this circuit is characterized in particular characterized in that an improved sensitivity of the capacitive sensor system over conventional ensured capacitive sensor system becomes. By providing a coupling electrode can in particularly advantageously also screens with resistive touch-sensitive Displays to be equipped to screens with gesture and proximity detection.
Die Verstärkerschaltung kann als Treiberschaltung ausgestaltet sein, wobei die Treiberschaltung ausgestaltet ist, den Strom an der Koppelelektrode zu treiben und die Koppelelektrode mit einer zur Elektrodenspannung der Sensorelektrode phasengleichen elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Damit kann ein nahezu feldfreier Raum zwischen den Sensorelektroden und der Schirmelektrode erzeugt werden, was sich wiederum positiv auf die Empfindlichkeit des kapazitiven Sensorsystems auswirkt.The amplifier circuit can be configured as a driver circuit, wherein the driver circuit is configured to drive the current to the coupling electrode and the coupling electrode with a to the electrode voltage of the sensor electrode To apply in-phase electrical voltage. So that can an almost field-free space between the sensor electrodes and the Shield electrode are generated, which in turn has a positive effect on the Sensitivity of the capacitive sensor system.
Die beaufschlagte elektrische Spannung kann dabei betragsmäßig kleiner sein als die Elektrodenspannung der Sensorelektrode.The acted upon electrical voltage can be smaller in amount be as the electrode voltage of the sensor electrode.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schirmelektrode und die Koppelelektrode kapazitiv koppelbar sind. Damit ist ein nachträgliches Aufrüsten eines Bildschirms, welcher bereits leitfähige Strukturen, z. B. zur Berührungsdetektion aufweist, mechanisch besonders einfach machbar.Advantageous it is when the shield electrode and the coupling electrode capacitive can be coupled. This is a subsequent upgrade of a Screen, which already conductive structures, eg. B. for contact detection has mechanically particularly easy to do.
Der Ausgang des zumindest einen kapazitiven Sensors kann über einen Multiplexer mit der Treiberschaltung gekoppelt sein.Of the Output of the at least one capacitive sensor can via a Multiplexer be coupled to the driver circuit.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die induktive Komponente des Resonanzkreises durch einen Gyrator gebildet wird, wobei der Gyrator einen über einen Kondensator rückgekoppelten Operationsverstärker umfasst, welcher am Eingang des kapazitiven Sensors als virtuelle Induktivität wirkt, wobei die virtuelle Induktivität zusammen mit der am Eingang des kapazitiven Sensors angeschlossenen Sensorelektrode und deren Lastkapazität gegen Masse einen Parallelschwingkreis bildet.Especially It is advantageous if the inductive component of the resonant circuit is formed by a gyrator, wherein the gyrator one over a Condenser feedback operational amplifiers comprising at the input of the capacitive sensor as virtual inductance acts, with the virtual inductor together with the input the capacitive sensor connected sensor electrode and their load capacity forms a parallel resonant circuit to ground.
Der Ausgang des Operationsverstärkers kann mit der Treiberschaltung gekoppelt werden und am Ausgang des Operationsverstärkers kann ein Dämpfungsglied, vorzugsweise ein ohmscher Spannungsteiler, angeordnet sein.Of the Output of the operational amplifier can can be coupled to the driver circuit and at the output of the operational amplifier an attenuator, preferably an ohmic voltage divider, be arranged.
Bereit gestellt wird auch eine Vorrichtung zum Erfassen von Gesten, der Position und/oder der Annäherung eines Objektes an einer Anzeigeeinrichtung, mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei die Schirmelektrode in ein transparentes Schutzmaterial eingebettet ist, welches an der Anzeigeeinrichtung anordenbar ist, und wobei die Schirmelektrode der Abschirmung des Elektrodenfelds der Sensorelektrode gegenüber der geerdeten Anzeigeeinrichtung dient.ready is also provided a device for detecting gestures, the Position and / or approach an object on a display device, with a circuit arrangement according to the invention, wherein the shield electrode embedded in a transparent protective material is, which can be arranged on the display device, and wherein the shield electrode of the shield of the electrode field of the sensor electrode across from the grounded display device is used.
Die Schirmelektrode und die zumindest eine Sensorelektrode kann jeweils in ein Trägermaterial eingebettet sein und die Träger können an der der Anzeigeeinrichtung abgewandten Oberfläche des transparenten Schutzmaterials angeordnet sein. Das Trägermaterial kann ein transparentes Trägermaterial sein.The Shield electrode and the at least one sensor electrode can each embedded in a carrier material his and the porters can on the surface of the transparent protective material facing away from the display device be arranged. The carrier material can be a transparent carrier material be.
Die Anzeigeeinrichtung kann ein berührungssensitiver Bildschirm sein und die Schirmelektrode und/oder die zumindest eine Sensorelektrode können durch die leitfähigen Schichten des berührungssensitiven Bildschirms gebildet werden, wobei die leitfähigen Schichten des berührungssensitiven Bildschirms im Zeitmultiplexverfahren mit einer Auswerteeinheit zur Berührungsdetektion und mit einer Auswerteeinheit zur Annäherungsdetektion gekoppelt sind.The Display device can be a touch-sensitive Screen and the screen electrode and / or the at least one Sensor electrode can through the conductive Layers of touch-sensitive Screen are formed, wherein the conductive layers of the touch-sensitive screen in time-division multiplexing with an evaluation unit for touch detection and coupled to an evaluation unit for proximity detection are.
Dabei kann die Schirmelektrode die Koppelelektrode umfassen.there For example, the shield electrode may comprise the coupling electrode.
Bereitgestellt wird auch eine Folie, aufweisend eine Sensorelektroden oder eine Mehrzahl von Sensorelektroden und zumindest eine Koppelelektrode, wobei die Sensorelektroden auf einer Seite der zumindest einen Koppelelektrode und in einem vorbestimmten Abstand zur zumindest einen Koppelelektrode angeordnet sind und wobei die Folie Anschlüsse aufweist zum Anschließen der Sensorelektroden an eine Auswerteeinheit und zum Anschließen der Sensorelektroden und der zumindest einen Koppelelektrode an eine Treiberschaltung zur Herstellung eines im Wesentlichen feldfreien Raumes zwischen den Sensorelektroden und der zumindest einen Koppelelektrode.Provided is also a film comprising a sensor electrodes or a Plurality of sensor electrodes and at least one coupling electrode, wherein the sensor electrodes on one side of the at least one coupling electrode and at a predetermined distance from the at least one coupling electrode are arranged and wherein the film has connections for connecting the Sensor electrodes to an evaluation and for connecting the Sensor electrodes and the at least one coupling electrode to a Driver circuit for producing a substantially field-free Space between the sensor electrodes and the at least one coupling electrode.
Bereitgestellt wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer annäherungssensitiven Anzeigeeinrichtung mit einem berührungssensitiven Bildschirm, wobei der berührungssensitive Bildschirm leitfähige Strukturen zur Detektion einer Berührung aufweist, umfassend einen Schritt zum Aufbringen einer erfindungsgemäßen Folie auf den berührungssensitiven Bildschirm, wobei die zumindest eine Koppelelektrode dem Bildschirm zugewandt wird und wobei die zumindest eine Koppelelektrode mit den leitfähigen Strukturen des berührungssensitiven Bildschirms in eine kapazitive Koppelung bringbar sind.Provided is also a method of making an approach sensitive Display device with a touch-sensitive Screen, wherein the touch-sensitive Screen conductive Having structures for detecting a touch, comprising a Step for applying a film according to the invention to the touch-sensitive Screen, wherein the at least one coupling electrode to the screen is facing and wherein the at least one coupling electrode with the conductive one Structures of touch-sensitive Screen can be brought into a capacitive coupling.
Die Folienanschlüsse und die leitfähigen Strukturen des berührungssensitiven Bildschirms werden mit einer Auswerteeinheit zur Annäherungsdetektion gekoppelt, wobei die leitfähigen Strukturen im Zeitmultiplexverfahren mit der Auswerteeinheit zur Annäherungsdetektion und mit einer Auswerteeinheit zur Berührungsdetektion gekoppelt werden.The film connections and the conductive structures of the touch-sensitive screen are coupled to an evaluation unit for approach detection, wherein the conductive structures are coupled in time-division multiplexing with the evaluation unit for proximity detection and with a detection unit for touch detection.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the Description, the drawings and claims removed.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.In the drawing embodiments are schematically simplified and will be described in the following description explained in more detail.
Es zeigt:It shows:
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention
Die Anordnung umfasst Sensorelektroden E1 bis En, welche jeweils mit einem zugehörigen kapazitiven Sensor S1 bis Sn gekoppelt sind. Über dem Bildschirm bzw. Display D ist ein transparentes Schutzmaterial SM angeordnet. Das Schutzmaterial SM kann entweder aus Glas oder aus einer Folie aus Kunststoff gefertigt sein. Andere hierfür geeignete Materialien können ebenfalls verwendet werden.The Arrangement comprises sensor electrodes E1 to En, each with an associated one capacitive sensor S1 to Sn are coupled. Above the screen or display D is a transparent protective material SM arranged. The protective material SM Can be made of either glass or plastic be. Other for this suitable materials can also be used.
An der Unterseite oder der Oberseite (oder nahe unterhalb einer Oberfläche) des Glases bzw. der Folie ist eine schwach leitende Schicht aufgebracht, die als Schirmelektrode SE der Abschirmung des von den Sensorelektroden S1 bis Sn emittierten elektrischen Feldes gegenüber dem geerdeten Bildschirm D dient. Diese leitende Schicht wirkt gegenüber dem geerdeten Bildschirm D jeweils dann als Abschirmung bzw. als Schirmelektrode SE, wenn die an den Sensorelektroden E1 bis En anliegende Elektrodenspannung annähernd gleich der an der Schirmelektrode SE anliegenden Spannung ist. Die Schirmelektrode SE und Sensorelektroden E1 bis En liegen dann auf annähernd gleichem Potential, sodass der Raum zwischen der Schirmelektrode SE und den Sensorelektroden E1 bis En nahezu feldfrei wird.At the bottom or the top (or near below a surface) of the Glass or the film is applied a weakly conductive layer, as shielding electrode SE of the shielding of the sensor electrodes S1 to Sn emitted electric field with respect to the grounded screen D serves. This conductive layer acts opposite the grounded screen D in each case as a shield or as a shield electrode SE, if the voltage applied to the sensor electrodes E1 to En electrode voltage nearly is equal to the voltage applied to the shield electrode SE. The Shield electrode SE and sensor electrodes E1 to En are then on nearly same potential, so that the space between the shield electrode SE and the sensor electrodes E1 to En is almost field-free.
Die Schirmelektrode SE kann dabei Bestandteil der Anzeigeinrichtung bzw. des Bildschirms D sein, während die Sensorelektroden E1 bis En unabhängig von der Schirmelektrode SE auf dem Bildschirm D angebracht werden können bzw. nachträglich angebracht werden können.The Screen electrode SE can be part of the display device or the screen D while the sensor electrodes E1 to En independent of the shield electrode SE on the screen D can be attached or attached later can be.
Um auch bei einem von der Schirmelektrode SE unabhängigen Anbringen der Sensorelektroden E1 bis En zu gewährleisten, dass diese auf im Wesentlichen dem gleichen Potential liegen bzw. dass zwischen diesen ein im Wesentlicher feldfreier Raum gebildet wird, wird jeweils einer der Sensorausgänge der kapazitiven Sensoren S1 bis Sn über einen Multiplexer MUX und einer Treiberschaltung T auf eine Koppelelektrode SEK geschaltet.In order to ensure that the sensor electrodes E1 to En are mounted at essentially the same potential even in the case of an attachment of the sensor electrodes independent of the shield electrode SE, or that a substantially field-free space is formed between them, one of the sensor outputs of the capacitive sensors S1 to is respectively formed Sn connected via a multiplexer MUX and a driver circuit T to a coupling electrode SE K.
Die Koppelelektrode SEK wird dabei derart angeordnet, dass sie zwischen den Sensorelektroden E1 bis En und der Schirmelektrode SE liegt und vorzugsweise mit der Schirmelektrode SE in kapazitive Koppelung bringbar ist. In einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Schirmelektrode SE galvanisch mit der Koppelelektrode SEK gekoppelt sein.The coupling electrode SE K is arranged in such a way that it lies between the sensor electrodes E1 to En and the shield electrode SE and can preferably be brought into capacitive coupling with the shield electrode SE. In another embodiment, not shown here, the shield electrode SE can be galvanically connected to the coupling electrode SE K be coupled.
Die Treiberschaltung T ist dabei ausgestaltet, den Strom der Koppelelektrode SEK zu treiben und die Koppelelektrode SEK mit einer Spannung zu beaufschlagen, welche phasengleich zur an den Sensorelektroden E1 bis En anliegenden Elektrodenspannung ist. Das so an der Koppelelektrode SEK erzeugte Signal wird kapazitiv über das Glas oder die Folie auf die elektrisch leitende Schicht bzw. auf die Schirmelektrode SE gekoppelt. Damit wird gewährleistet, dass sich in jedem Fall ein im Wesentlichen feldfreier Raum zwischen den Sensorelektroden E1 bis En und der Schirmelektrode SE ausbildet.The driver circuit T is configured to drive the current of the coupling electrode SE K and to apply a voltage to the coupling electrode SE K , which is in phase with the electrode voltage applied to the sensor electrodes E1 to En. The signal thus generated at the coupling electrode SE K is capacitively coupled via the glass or the film to the electrically conductive layer or to the screen electrode SE. This ensures that, in any case, a substantially field-free space is formed between the sensor electrodes E1 to En and the shield electrode SE.
Die kapazitive Ankopplung von der Oberseite des Glases bzw. der Folie ist aus Sicht einer kostengünstigen Produktion besonders vorteilhaft, da die gesamte Konfiguration aus Sensorelektroden E1 bis En und Koppelelektrode SEK zur Ankoppelung an die Schirmelektrode SE von oben einfach auf den Bildschirm D aufgesetzt werden kann. Dies spielt vor allem auch unter dem Aspekt der Nachrüstung von Bildschirmen mit einer Annäherungsfunktionalität eine wichtige Rolle.The capacitive coupling of the upper side of the glass or the film is particularly advantageous from the point of view of low-cost production, since the entire configuration of sensor electrodes E1 to En and coupling electrode SE K can be simply placed on the screen D from above for coupling to the screen electrode SE , This also plays an important role in terms of retrofitting screens with proximity functionality.
Die
Wirkungsweise der in
Zwischen einer Sensorelektrode E und der Koppelelektrode SEK wirkt eine Kapazität C1. Eine weitere Kapazität C2 wird zwischen der Koppelelektrode SEK und der zur Abschirmung dienenden leitfähigen Schicht bzw. Schirmelektrode SE im Glas bzw. in der Folie SM gebildet. Die Schirmelektrode SE wiederum weist eine Kapazität C3 gegenüber dem geerdeten Bildschirm D auf.Between a sensor electrode E and the coupling electrode SE K acts a capacitance C 1 . Another capacitance C 2 is formed in the glass or in the film SM between the coupling electrode SE K and the conductive layer or shielding electrode SE serving for shielding. The shield electrode SE in turn has a capacitance C 3 with respect to the grounded screen D.
Für die Abschirmwirkung
der Schirmelektrode SE ist die an der Schirmelektrode SE anliegende Spannung
uS maßgeblich.
Bei einer Ausgangsspannung uT am Treiber
T ergibt sich die Spannung uS dann aus
Da die Ausgangsspannung uT des Treibers T näherungsweise der Elektrodenspannung uE an der Sensorelektrode E entspricht, ergibt sich eine umso bessere Abschirmwirkung, je kleiner das Verhältnis C3/C2 ist. Dies lässt sich durch konstruktive Maßnahmen, etwa durch Wahl geeigneter Abstände zwischen den Sensorelektroden E und der Schirmelektrode SE erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass man bereits bei einem Verhältnis von 1 für C3/C2 eine hohe Abschirmwirkung erzielt.Since the output voltage u T of the driver T approximately corresponds to the electrode voltage u E at the sensor electrode E, the better the shielding effect, the smaller the ratio C 3 / C 2 . This can be achieved by constructive measures, for example by selecting suitable distances between the sensor electrodes E and the shield electrode SE. It has been found that even at a ratio of 1 for C 3 / C 2 achieved a high shielding effect.
Aus
Die
Verwendung einer leitfähigen
Schicht bzw. einer Schirmelektrode SE im Glas bzw. auf einer Folie
SM bietet zudem die Möglichkeit,
mit dem erfindungsgemäßen System
nach
Die
Berührung
des Glases oder der Folie SM bewirkt stets eine sprunghafte oder
sehr schnelle Verringerung der Spannung uS an
der Schirmelektrode SE, da die Schirmelektrode SE über eine
vom Finger ausgehende Kopplungskapazität CS und über die Körperkapazität CK gegen Erde zusätzlich kapazitiv belastet wird.
Diese Verringerung der Spannung uS ist gleichbedeutend
einer Erhöhung
der an einer Sensorelektrode E wirksamen Lastkapazität. Dementsprechend ändert sich
auch die Signalspannung des Sensors S sprunghaft oder sehr schnell.
Gleichzeitig bewirkt eine Berührung
des Bildschirms auch eine kapazitive Kopplung zur Sensorelektrode
E, die in
In Verbindung mit den übrigen Sensorelektroden kann damit die Koordinate des Fingers auf dem Bildschirm bestimmt werden. Dies ist jedoch mit hinreichender Genauigkeit nur dann möglich, wenn die Kopplung CS des Fingers gegenüber der Schirmelektrode SE im Vergleich zur Kopplung CE des Fingers auf die Sensorelektrode E nicht zu stark überwiegt.In conjunction with the other sensor electrodes, the coordinate of the finger on the screen can thus be determined. However, this is possible with sufficient accuracy only if the coupling C S of the finger relative to the screen electrode SE in comparison to the coupling C E of the finger on the sensor electrode E is not too strong.
Dies lässt sich durch eine entsprechende Gestaltung der Elektrodenkonfiguration erreichen, indem die Schirmelektrode SE näher oder weiter entfernt von der dem Bildschirm abgewandten Oberfläche des Glases oder der Folie SM angeordnet wird. Wir die Schirmelektrode SE weiter entfernt von der zu berührenden Oberfläche des Glases oder der Folie SM angeordnet, erhält man erfindungsgemäß die Möglichkeit einer unterscheidbaren Berührung auf dem Bildschirm. Die genaue Elektrodenkonfiguration hängt jeweils von der Größe des Bildschirms ab.This can be achieved by an appropriate design of the electrode configuration, in the screen electrode SE is arranged closer or farther away from the surface of the glass or film SM facing away from the screen. If the screen electrode SE is arranged further away from the surface to be contacted of the glass or the film SM, according to the invention the possibility of distinguishable contact on the screen is obtained. The exact electrode configuration depends on the size of the screen.
Die
in
Amplituden- und Phasenänderung können zur Detektion einer Annäherung an den kapazitiven Sensor S bzw. an dessen Sensorelektrode E verwendet werden. Am vorteilhaftesten wird jedoch die Phasenlage ausgenutzt, da man damit weitgehend unabhängig von möglichen Amplitudenänderungen des Generatorsignals bleibt und zudem eine noch größere Empfindlichkeit hinsichtlich Kapazitätsänderungen der Sensorelektrode E erreicht. Ferner kann bei Anwendung des Phasenverfahrens die Spannung am Resonanzkreis niedrig gehalten werden, was sich vorteilhaft auf die Feldemission an der Sensorelektrode E auswirkt und damit auch die EMV-Problematik bezüglich der Strahlungsemission vermindert. Des Weiteren ist ein Phasenverfahren auch unempfindlicher gegen von außen einwirkende Störungen auf der Empfangsseite.amplitude and phase change can to Detection of an approach to the capacitive sensor S or at the sensor electrode E used become. Most advantageously, however, the phase position is exploited, because you are largely independent of possible amplitude changes the generator signal remains and also an even greater sensitivity regarding capacity changes of the Sensor electrode E reached. Furthermore, when using the phase method the voltage at the resonant circuit are kept low, which is advantageous on the field emission at the sensor electrode E and thus also the EMC problem regarding the Radiation emission reduced. Furthermore, it is a phase method also insensitive to external disturbances on the Reception side.
Die
für einen
Resonanzkreis eines kapazitiven Sensors S erforderliche induktive
Komponente kann mittels eines Gyrators realisiert werden. Die Grundstruktur
eines Gyrators für
einen kapazitiven Sensors in einem erfindungsgemäßen System ist mit Bezug auf
Ein über einen
Kondensator CF rückgekoppelter Operationsverstärker OP
wirkt am Eingang als virtuelle Induktivität L = R2·CF, die zusammen mit der dort angeschlossenen
Sensorelektrode E und deren Lastkapazität CL gegen
Masse einen Parallelschwingkreis bildet und dadurch als sensitives
Element hinsichtlich der beschriebenen Phasenverschiebung wirkt.
Gleichzeitig dient der Ausgang des Operationsverstärkers OP
dazu, die über
den Multiplexer MUX von
Da über die
Kapazität
C1 zwischen der Sensorelektrode E und der
Koppelelektrode SEK von
Bei
Verwendung des in
Diese Anordnung hat zudem den Vorteil, über diese Rückkopplung den Schwingkreis zu entdämpfen und somit eine hohe Kreisgüte zu erreichen, was wiederum eine hohe Annäherungsempfindlichkeit gewährleistet. Diese einfache und kostengünstige elektronische Realisierung eines Parallelschwingkreises ermöglicht auch eine Integration des gesamten Systems in einem ASIC.These Arrangement also has the advantage of this feedback the resonant circuit to de-steam and thus a high quality of the circle to reach, which in turn ensures a high proximity sensitivity. This simple and inexpensive electronic realization of a parallel resonant circuit also allows an integration of the entire system in an ASIC.
Entsprechend
der in
Ein
Beispiel für
eine Anordnung bestehend aus vier linienförmigen Elektroden EX1, EX2, EY1, EY2 in einem Mehrlagenaufbau
ist in
Der
Schichtenaufbau der in
Die Sensorelektrode E und mehrere Koppelelektroden SEK sind in einem Trägermaterial B eingebettet. Das Trägermaterial kann beispielsweise eine Folie, welche durchsichtig sein kann, sein. Die Koppelelektroden SEK sind galvanisch miteinander verbunden und werden von derselben Treiberschaltung T getrieben.The sensor electrode E and a plurality of coupling electrodes SE K are embedded in a carrier material B. The carrier material may be, for example, a film which may be transparent. The coupling electrodes SE K are galvanically connected to each other and are driven by the same driver circuit T.
Die an der Oberseite des Trägermaterials randseitig angeordnete Koppelelektrode ermöglicht hierbei eine Abschirmwirkung nach außen zum Randbereich des Displays D. Die an der Unterseite des Trägermaterials angeordnet Koppelelektrode dient zusammen mit der in das Glas oder die Folie SM eingelassene Schirmelektrode SE dazu die Sensorelektrode SE gegen das Display abzuschirmen.The at the top of the substrate edge arranged coupling electrode allows this a shielding effect to the outside to the edge area of the display D. The at the bottom of the substrate arranged coupling electrode is used together with the in the glass or the film SM let screen electrode SE to the sensor electrode Protect SE against the display.
Die streifenförmige Anordnung hat den Vorteil, dass die Koordinaten der Position eines Fingers mit einem einfachen Algorithmus für ein X/Y-Koordinatensystem auf der Display-Oberfläche berechnet werden können, da z. B. die Signale, welche an den X-Elektroden EX1 und EX2 entstehen, unabhängig von den Signalen an den Y-Elektroden EY1 und EY2 sind.The striped arrangement has the advantage that the coordinates of the position of a finger can be calculated with a simple algorithm for an X / Y coordinate system on the display surface, since z. For example, the signals generated at the X-electrodes EX 1 and EX 2 are independent of the signals at the Y-electrodes EY 1 and EY 2 .
Eine
Koordinatenberechnung mit vier streifenförmigen Sensorelektroden kann
beispielsweise anhand einer Auswertung der Phasenlage ΦX bzw. ΦY der X-Elektroden
bzw. der Y-Elektroden erfolgen. Dazu wird vorteilhaft die Phasendifferenz
und die Phasensumme der X- bzw. der Y-Elektrodenpaare ermittelt,
also
Damit
ist auch eine Linearisierung der Koordinatenbestimmung möglich, da
sich bei der Differenzbildung im Allgemeinen ein nichtlinearer Verlauf der
Phasendifferenz ergibt. Für
die Linearisierung kann zunächst
(für jedes
Elektrodenpaar) eine Funktion
Mit
der in
Ebenso lässt sich erfindungsgemäß das System in ein bestehendes Display integrieren, indem bereits im Display vorhandene elektrisch leitfähige Strukturen auch für das erfindungsgemäße System verwendet werden.As well let yourself according to the invention the system integrate into an existing display by already in the display existing electrically conductive Structures also for the system according to the invention be used.
Damit können beispielsweise resistive berührungsempfindliche Displays einfach um die genannte Funktionalität erweitert werden, indem die bereits vorhandenen leitfähigen Strukturen des berührungsempfindlichen Displays genutzt werden.In order to can for example, resistive touch-sensitive Displays can simply be extended by the mentioned functionality by the already existing conductive Structures of the touch-sensitive Displays are used.
Erfindungsgemäß können diese
beiden leitfähigen
Schichten
Erfindungsgemäß bestehen mehrere Möglichkeiten der Realisierung, wobei immer mindestens eine leitfähige Schicht des berührungsempfindlichen Displays entweder als Sensorelektrode E oder als Schirmelektrode SE genutzt wird.According to the invention, there are several possibilities of realization, wherein always at least one conductive layer of the touch-sensitive Displays is used either as a sensor electrode E or as a shield electrode SE.
Eine
erste Möglichkeit
besteht darin, die untere, dem Bildschirm D zugewandte Schicht
Eine
weitere, in
Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, mindestens eine leitfähige Schicht des resistiven
berührungsempfindlichen
Displays als Schirmelektrode SE zu verwenden und die Sensorelektrode
E in Form einer zusätzlichen
leitfähigen
Folie
Alternativ kann auch eine Folie mit mehreren voneinander unabhängigen Sensorelektroden E bzw. eine Folie mit segmentierten Sensorelektroden E auf den Touchscreen aufgebracht werden, beispielsweise mit 4 oder 16 quadratisch oder rechteckig ausgestalteten Sensorelektroden. Möglich sind auch mehrere parallel verlaufende streifenförmig ausgestaltete Sensorelektroden, sodass vorteilhaft etwa die X-Position des sich annähernden Fingers detektierbar ist. Mit steigender Anzahl der Sensorelektroden lässt sich die Auflösung der Detektion, etwa einer Geste weiter erhöhen.alternative can also be a foil with several independent sensor electrodes E or a film with segmented sensor electrodes E on the touch screen be applied, for example, with 4 or 16 square or rectangular sensor electrodes. Several are possible in parallel running strip-shaped designed sensor electrodes, so advantageously about the X position of the approaching Finger is detectable. With increasing number of sensor electrodes let yourself the resolution the detection, about a gesture further increase.
Dies hat den Vorteil, dass mindestens eine Elektrodenfläche des erfindungsgemäßen Systems eingespart werden kann, die volle Funktionalität der Annäherungs- bzw. Gestenerkennung durch Verwenden der leitfähigen Strukturen des Touchscreens dennoch mit einer besseren Empfindlichkeit als bei Systemen aus dem Stand der Technik bereitgestellt werden kann. Dadurch ergibt sich auch eine erheblich einfachere mechanische Integration, was gleichbedeutend mit einer erheblichen Kostenreduktion im Herstellungsprozess sowie bei den Materialkosten ist.This has the advantage that at least one electrode surface of the saved according to the invention system can use the full functionality of gesture recognition by using the conductive one Structures of the touchscreen yet with a better sensitivity as provided in prior art systems can. This also results in a much simpler mechanical Integration, which means a significant cost reduction in the manufacturing process as well as in the material costs.
Das erfindungsgemäße System zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität, insbesondere bei der Anpassung an verschiedene Displaygrößen aus, ohne dass die Empfindlichkeit bei größeren Displays abnimmt. Es können vielfältige anwendungsspezifische Elektrodenkonfigurationen zur Erfassung auch komplizierter Gesten realisiert werden. Die Erfassung der Annäherung erfolgt mittels eines Phasenverfahrens, wobei die hierzu notwendige Funktion eines Parallelschwingkreises mit einem einzigen Operationsverstärker zur Erzeugung einer virtuellen Induktivität erzeugt wird. Diese rein elektronische Lösung ermöglicht daher auch eine Platz sparende und kostengünstige Integration in einem ASIC für ein Vielfach-Elektrodensystem.The inventive system is characterized by a high degree of flexibility, especially in the adaptation to different display sizes, without that the sensitivity decreases with larger displays. It can diverse Application-specific electrode configurations for detecting even complicated gestures will be realized. The detection of the approach takes place by means of a Phase method, with the necessary function of a parallel resonant circuit with a single operational amplifier to create a virtual inductance is produced. This purely electronic solution therefore also allows a place saving and cost effective Integration in an ASIC for a multiple electrode system.
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