DE102009061064B4

DE102009061064B4 - Detektionseinrichtung für ein elektrisches Handgerät sowie Handgerät mit einer Detektionseinrichtung

Info

Publication number: DE102009061064B4
Application number: DE102009061064A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Unterreitmayer
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: DE102009061064A1; DE102009032357B3

Abstract

Detektionseinrichtung, insbesondere für ein Handgerät (40), umfassend eine Sendeelektrode (SE), eine Empfangselektrode (EE) und eine Kompensationselektrode (KE), wobei – die Sendeelektrode (SE) und die Kompensationselektrode (KE) galvanisch miteinander gekoppelt (30) sind, und – die Sendeelektrode (SE) mit einer ersten elektrischen Wechselspannung (U1) beaufschlagbar ist, sodass von der Sendeelektrode (SE) ein erstes elektrisches Wechselfeld (WS) abstrahlbar ist, wobei die erste elektrische Wechselspannung (U1) über die galvanische Koppelung in die Kompensationselektrode (KE) einkoppelbar ist, und wobei die Kompensationselektrode (KE) mit einer zweiten elektrischen Wechselspannung (U2) beaufschlagbar ist, wobei von der Kompensationselektrode (KE) ein zweites elektrisches Wechselfeld (WK) abstrahlbar ist, welches aus der ersten elektrischen Wechselspannung (U1) und der zweiten elektrischen Wechselspannung (U2) resultiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektionseinrichtung für ein elektrisches Handgerät zur Detektion eines Umgreifens des Handgeräts durch eine Hand, so dass bei einem Umgreifen des Handgeräts durch die Hand das elektrische Handgerät vorzugsweise von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus überführbar ist, sowie auf ein Verfahren zur Detektion eines Umgreifens des Handgeräts durch eine Hand.
In der Technik von elektrischen Geräten und insbesondere von elektrischen Handgeräten besteht der anhaltende Wunsch nach einer verbesserten Energieeffizienz. Insbesondere bei tragbaren Handgeräten, wie etwa Fernbedienungen, welche zur Energieversorgung austauschbare Batterien oder Akkumulatoren vorsehen, ist ein solcher Wunsch verstärkt vorhanden, da Batterien oder Akkumulatoren häufig gewechselt werden müssen. Eine verbesserte Energieeffizienz würde zum einen den Leistungsverbrauch senken, was zu einer höheren Lebensdauer der Batterien oder Akkumulatoren führt, und zum anderen einen vorteilhaften ökologischen Effekt mit sich bringen, da weniger Batterien oder Akkumulatoren der Entsorgung zugeführt werden müssten.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Handgeräte bei Nichtgebrauch in einen so genannten Schlafmodus zu versetzen. Im Schlafmodus werden alle Funktionen des Handgerätes deaktiviert, welche nur während einer Bedienphase des Gerätes benötigt werden. Damit kann die Leistungsaufnahme des Gerätes deutlich reduziert werden. Bei Gebrauch des Handgerätes wird dieses in einen Aktivmodus versetzt, in welchem die volle Funktionsfähigkeit des Gerätes zur Verfügung steht.
Um ein Handgerät einerseits in den Schlafmodus zu versetzen und andererseits von Schlafmodus in den Aktivmodus zu bringen, ist es bekannt, Schalter vorzusehen, mit welchen der jeweilige Modus manuell aktivierbar ist. Dies hat den Nachteil, dass Handgeräte auch beim Nichtgebrauch, wie etwa bei einer Computermaus, oft im Aktivmodus verbleiben, da eine manuelle Aktivierung bzw. Deaktivierung des Aktivmodus relativ umständlich erscheint oder einfach vergessen wird. Die gewünschte Verbesserung der Energieeffizienz wird dadurch zu einem großen Teil nicht erreicht.
Aus der EP 1 093 225 A2 ist ein kapazitiver Näherungsschalter bekannt, der zwei Signalsender und einen Signalempfänger aufweist. Den beiden Signalsendern ist jeweils eine Sendeelektrode zugeordnet. Dem Signalempfänger ist eine Empfangselektrode bzw. eine Gegenelektrode zugeordnet. Die zwischen den Sendeelektroden und der Empfangselektrode ausgebildeten Kapazitäten sind durch Betätigungsobjekt änderbar. Die Signalsender generieren Signale, die um 180° phasenverschoben sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lösungen bereitzustellen, mit welchen ein Umgreifen des Handgeräts durch eine Hand zuverlässig detektierbar ist, um so das Handgerät nur im Falle eines Umgreifens beispielsweise in einen Aktivmodus zu versetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Detektionseinrichtung für ein elektrisches Handgerät bzw. ein Handgerät mit einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung, sowie durch ein Verfahren zur Detektion eines Umgreifens des Handgeräts durch eine Hand nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Bereitgestellt wird demnach eine Detektionseinrichtung für ein elektrisches Handgerät zur Detektion eines Umgreifens des Handgerätes durch eine Hand, wobei die Detektionseinrichtung eine Sendeelektrode, eine Empfangselektrode und eine Kompensationselektrode aufweist, wobei die Sendeelektrode und die Kompensationselektrode galvanisch miteinander gekoppelt sind, wobei die Sendeelektrode, die Empfangselektrode und die Kompensationselektrode getrennt voneinander am Handgerät anordenbar sind und wobei die Empfangselektrode und die Kompensationselektrode derart zueinander am Handgerät anordenbar sind, dass sie in eine kapazitive Koppelung bringbar sind. Die Sendeelektrode ist mit einer ersten elektrischen Wechselspannung beaufschlagbar ist, sodass von der Sendeelektrode ein erstes elektrisches Wechselfeld abstrahlbar ist, wobei die erste elektrische Wechselspannung über die galvanische Koppelung in die Kompensationselektrode einkoppelbar ist, und wobei die Kompensationselektrode mit einer zweiten elektrischen Wechselspannung beaufschlagbar ist, wobei von der Kompensationselektrode ein zweites elektrisches Wechselfeld abstrahlbar ist, welches aus der ersten elektrischen Wechselspannung und der zweiten elektrischen Wechselspannung resultiert,

– wobei das zweite elektrisches Wechselfeld in die Empfangselektrode einkoppelbar ist, um dort einen ersten Strom zu erzeugen, und
– wobei das erste elektrische Wechselfeld, wenn das Handgerät von einer Hand umgriffen wird, in die Empfangselektrode einkoppelbar ist, um dort einen zweiten Strom zu erzeugen, wobei der aus dem ersten Strom und dem zweiten Strom resultierende Gesamtstrom indikativ für ein Umfassen des Handgerätes ist.

Mit der galvanischen Koppelung der Sendeelektrode mit der Kompensationselektrode wird erreicht, dass das an der Kompensationselektrode abgestrahlte und in die Empfangselektrode eingekoppelte elektrische Wechselfeld abhängig von der Wechselspannungen, mit welcher die Kompensationselektrode und die Sendeelektrode beaufschlagt werden, sind. Das an der Empfangselektrode eingekoppelte elektrische Wechselfeld erzeugt dort einen Strom, welcher als Schwellwert dienen kann. Dieser Strom ist einstellbar, indem die elektrische Wechselspannung an der Kompensationselektrode gegenüber der Wechselspannung an der Sendeelektrode geändert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Wechselspannung und die zweite Wechselspannung die gleiche Signalform aufweisen und zueinander phasenverschoben sind.
Die Sendeelektrode und die Empfangselektrode können mit einer Auswerteelektronik gekoppelt sein, welche ausgestaltet ist, aus einer Änderung des Gesamtstromes ein Umgreifen des Handgerätes durch die Hand zu detektieren.
Die Sendeelektrode und die Empfangselektrode sind vorzugsweise derart am Handgerät anordenbar, dass sie bei auf einer Ablagefläche abgelegtem Handgerät die Ablagefläche nicht berühren.
Der Abstand zwischen Sendeelektrode und Ablagefläche und/oder der Abstand zwischen Empfangselektrode und Ablagefläche wird dabei vorzugsweise derart gewählt, dass die Impedanz zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, wobei die Impedanz zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode gebildet wird aus

– der Impedanz zwischen Sendeelektrode und Ablagefläche,
– der Impedanz der Ablagefläche, und
– der Impedanz zwischen Ablagefläche und Empfangselektrode,

Die Sendeelektrode, die Kompensationselektrode und die Empfangselektrode können auf der Oberfläche des Handgerätes angeordnet sein.
Die Sendeelektrode und die Kompensationselektrode sind mit einem Signalgenerator gekoppelt sind, wobei die Sendeelektrode und die Kompensationselektrode über einen ersten, vorzugsweise einstellbaren Phasenschieber miteinander gekoppelt sind und/oder wobei der Signalgenerator über einen zweiten, vorzugsweise einstellbaren Phasenschieber miteinander gekoppelt sind.
Vorzugsweise umfasst die Auswerteelektronik eine Steuerungseinrichtung, welche so ausgelegt ist, dass bei einem vorbestimmten Gesamtstrom ein Einschaltmodus und/oder ein Aktivmodus des Handgerätes herbeiführbar ist.
Der erste Strom an der Empfangselektrode ist durch Änderungen der Phase zwischen der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung einstellbar ist. Dies wird vorteilhafter Weise durch die Phasenschieber bewerkstelligt.
Bereitgestellt wird auch ein Handgerät mit einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung.
Die Sendeelektrode, die Empfangselektrode und die Kompensationselektrode können dabei auf der Oberfläche oder nahe unterhalb der Oberfläche des Handgerätes angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, die Sendeelektrode an einer ersten Seitenwandung des Handgerätes anzuordnen, und die Empfangselektrode und die Kompensationselektrode an einer, der ersten Seitenwandung gegenüberliegenden zweiten Seitenwandung anzuordnen.
Das Handgerät kann ein Mobiltelefon, eine Computermaus oder dgl. sein.
Des Weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Detektion des Umgreifens eines Handgerätes durch eine Hand mit einer Detektionseinrichtung bereitgestellt, wobei die Detektionseinrichtung zumindest eine Sendeelektrode, eine Empfangselektrode und eine Kompensationselektrode aufweist, wobei die Sendeelektrode galvanisch mit der Kompensationselektrode gekoppelt ist und wobei die Kompensationselektrode kapazitiv mit der Empfangselektrode koppelbar ist, wobei

– die Sendelektrode mit einer ersten elektrischen Wechselspannung beaufschlagt wird, sodass an der Sendelektrode ein erstes elektrisches Wechselfeld abgestrahlt wird, und wobei die erste elektrische Wechselspannung über die galvanische Koppelung zumindest teilweise in die Kompensationselektrode eingekoppelt wird;
– die Kompensationselektrode mit einer zweiten elektrischen Wechselspannung beaufschlagt wird, sodass an der Kompensationselektrode ein zweites elektrisches Wechselfeld abgestrahlt wird und in die Empfangselektrode eingekoppelt wird, wobei das in die Empfangselektrode eingekoppelte zweite elektrische Wechselfeld in der Empfangselektrode einen ersten Strom erzeugt; und wobei
– eine Gesamtstrom in der Empfangselektrode ausgewertet wird, wobei der Gesamtstrom aus dem ersten Strom und einem zweiten Strom resultiert, wobei der zweite Strom durch kapazitives Einkoppeln des ersten elektrischen Wechselfeldes in die Empfangselektrode erzeugt wird, wenn eine Hand das Handgerät umgreift, und wobei der Gesamtstrom indikativ für ein Umfassen des Handgerätes durch die Hand ist.

An dem Handgerät können mehrere erfindungsgemäße Detektionseinrichtungen vorgesehen sein, um beispielsweise das Umgreifen des Handgeräts an verschiedenen Stellen des Handgeräts zuverlässig zu detektieren.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
1 eine Prinzipsskizze eines Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung;
2 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung aus 1 mit einer Hand, wobei das Umgreifen eines Handgeräts durch ein über die Hand an einer Empfangselektrode der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung eingekoppeltes elektrisches Wechselfeld detektiert wird; und
3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung an einem Handgerät.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung für ein elektrisches Handgerät.
Die Detektionseinrichtung umfasst im Wesentlichen eine Sendeelektrode SE, eine Kompensationselektrode KE, eine Empfangselektrode EE, einen Signalgenerator 10, sowie eine Auswerteelektronik 20.
Die Sendeelektrode SE und die Kompensationselektrode KE werden jeweils mit einer elektrischen Wechselspannung, welche von dem Generator 10 bereitgestellt wird, beaufschlagt bzw. eingeprägt. Dabei bildet sich sowohl an der Sendeelektrode SE als auch an der Kompensationselektrode KE ein elektrisches Wechselfeld WS bzw. WK aus. Die elektrische Wechselspannung, welche von dem Generator 10 bereitgestellt wird, weist eine Frequenz von etwa zwischen 50 kHz und 300 kHz auf. Bevorzugt weist die Wechselspannung eine Frequenz zwischen 75 kHz und 150 kHz auf.
Die Sendeelektrode SE und die Kompensationselektrode KE werden dabei am Handgerät so angeordnet, dass das an der Sendeelektrode SE abgestrahlte elektrische Wechselfeld WS nicht in die Kompensationselektrode KE bzw. in die Empfangselektrode EE eingekoppelt wird ist. Um ein Einkoppeln des elektrischen Wechselfeldes WS in die Kompensationselektrode KE bzw. Empfangselektrode EE zu verhindern, kann auch die Elektrodengeometrie der Sendeelektrode bzw. der Kompensationselektrode KE und/oder der Empfangselektrode EE entsprechend angepasst werden.
Erfindungsgemäß ist die Sendeelektrode SE mit der Kompensationselektrode KE galvanisch gekoppelt, was in 1 durch die Verbindung 30 zwischen den beiden Elektroden SE und KE dargestellt ist. Damit wird die an der Sendeelektrode eingeprägte elektrische Wechselspannung auch in die Kompensationselektrode KE eingeprägt. Die galvanische Koppelung der Sendeelektrode SE mit der Kompensationselektrode KE kann über einen ohmschen Widerstand R erfolgen, welcher die an der Sendeelektrode SE beaufschlagte elektrische Wechselspannung dämpft. Die Kompensationselektrode KE ist ebenfalls über einen ohmschen Widerstand R mit dem Signalgenerator 10 gekoppelt. Auch hierbei bewirkt der ohmsche Widerstand eine Signaldämpfung der von dem Signalgenerator 10 bereitgestellten elektrischen Wechselspannung.
Zudem erfolgt die Koppelung des Signalgenerators 10 mit der Kompensationselektrode KE über einen Phasenschieber Δφ₂, welcher die Phase der Wechselspannung, mit welcher die Kompensationselektrode KE beaufschlagt wird, gegenüber der Phase der Wechselspannung, mit welcher die Sendeelektrode SE beaufschlagt wird, verschiebt. Dadurch wird erreicht, dass die Kompensationselektrode KE mit zwei Wechselspannungen beaufschlagt wird, deren Signalform im Wesentlichen identisch ist, welche aber zueinander phasenverschoben sind. Das an der Kompensationselektrode KE abgestrahlte elektrische Wechselfeld WK resultiert damit aus der Überlagerung der beiden zueinander phasenverschobenen Wechselspannungen, mit denen die Kompensationselektrode KE beaufschlagt wird.
Die Koppelung der Sendelektrode SE mit der Kompensationselektrode KE kann ebenfalls über einen Phasenschieber Δφ₁ erfolgen. Die Phasenschieber Δφ₁ und Δφ₂ können als einstellbare Phasenschieber ausgestaltet sein.
In einer konkreten Ausführungsform ist nur einer der beiden Phasenschieber Δφ₁ bzw. Δφ₂ notwendig, um zu gewährleisten, dass die beiden Wechselspannungen, mit denen die Kompensationselektrode KE beaufschlagt wird, zueinander phasenverschoben sind. Die Verwendung beider Phasenschieber Δφ₁ und Δφ₂ hat allerdings den Vorteil, dass mehr Freiheitsgrade für die Einstellung der Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselspannungen vorhanden sind.
Die Empfangselektrode EE ist so zur Kompensationselektrode KE angeordnet, dass das an der Kompensationselektrode KE abgestrahlte elektrische Wechselfeld WK an der Empfangselektrode EE einkoppelbar ist. Die Empfangselektrode ist dabei nicht mit der Kompensationselektrode KE galvanisch gekoppelt.
Das an der Empfangselektrode EE eingekoppelte elektrische Wechselfeld WK der Kompensationselektrode KE bewirkt, dass an der Empfangselektrode EE ein Strom I₁ erzeugt wird. Der an der Empfangselektrode durch das eingekoppelte elektrische Wechselfeld WK erzeugte Strom I₁ definiert einen Pegel, bei dem ein Umschalten des Handgeräts von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus vorgenommen werden kann. Der an der Empfangselektrode EE erzeugte Strom I₁ kann dabei von einer Auswerteelektronik 20, welche mit der Empfangselektrode EE gekoppelt ist, überwacht bzw. ausgewertet werden.
Der Strom I₁ an der Empfangselektrode EE bzw. der Pegel, bei welchem eine Modusänderung des Handgeräts durchgeführt wird, kann durch Änderung der Phase zwischen der Wechselspannung, mit welcher die Sendeelektrode beaufschlagt wird, und der Wechselspannung, mit welcher die Kompensationselektrode beaufschlagt wird, eingestellt werden. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungen kann wahlweise mit dem Phasenschieber Δφ₁ oder mit dem Phasenschieber Δφ₂ bewerkstelligt werden. Es ist daher auch ausreichend, lediglich einen der beiden Phasenschieber vorzusehen. Für bestimmte Anwendungen kann es auch vorteilhaft sein, anstelle eines einstellbaren auch einen nicht einstellbaren Phasenschieber, beispielsweise ein RC-Glied, vorzusehen.
Der Abstand der Sendeelektrode SE zur Kompensationselektrode KE und/oder die Wechselspannung, mit welcher die Sendeelektrode SE beaufschlagt wird, sind so gewählt, dass das an der Sendeelektrode SE abgestrahlte elektrische Wechselfeld WS nicht in die Kompensationselektrode KE einkoppelt. Nur so kann sicher gewährleistet werden, dass der in der Empfangselektrode EE erzeugte Strom I₁ ohne Umgreifen durch eine Hand nicht über einen vorbestimmten Wert steigt, welcher ein Umschalten des Handgeräts in einen Aktivmodus bewirken würde.
2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung aus 1, wobei eine Hand H ein Einkoppeln des an der Sendeelektrode SE abgestrahlten elektrischen Wechselfelds in die Empfangselektrode EE ermöglicht. Die Detektionseinrichtung selbst ist im Wesentlichen identisch zur Detektionseinrichtung nach 1. Die Detektionseinrichtung in 2 weist nur einen Phasenschieber Δφ₂ auf, über welchen der Signalgenerator 10 mit der Kompensationselektrode KE gekoppelt ist. Mit dem Phasenschieber Δφ₂ wird gewährleistet, dass das Signal an der Kompensationselektrode KE phasenverschoben zum Signal an der Sendeelektrode SE ist.
Nähert sich nun eine Hand H der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE bzw. berührt die Hand H diese beiden Elektroden, führt dies dazu, dass das an der Sendeelektrode abgestrahlte elektrische Wechselfeld WS über die Hand H an der Empfangselektrode EE eingekoppelt wird. Das an der Empfangselektrode EE eingekoppelte elektrische Wechselfeld WS erzeugt in der Empfangselektrode EE einen zweiten Strom I₂. Der aus dem Strom I₁ und dem Strom I₂ resultierende Gesamtstrom I_G bzw. die Änderung des Gesamtstromes I_G kann von der Auswerteelektronik 20 detektiert werden. Der Gesamtstrom I_G bzw. die Stromänderung kann einer Steuerungseinrichtung (in 2 nicht dargestellt) bereitgestellt werden, welche dann anhand des Stroms I_G bzw. der Stromänderung eine vorbestimmte Aktion im Handgerät veranlassen kann. Diese vorbestimmte Aktion kann beispielsweise das Umschalten des Handgeräts von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus sein.
Auf diese Weise können auch verschiedene Schwellen definiert werden. So kann etwa eine erste Schwelle definiert werden, welche größer als der Strom I₁ ist. Bei Überschreiten dieser Schwelle bzw. wenn der Strom in der Empfangselektrode EE diese Schwelle überschreitet kann das Handgerät von einem Schlafmodus in einen Aufweckmodus überführt werden. Eine zweite Schwelle, welche größer als die erste Schwelle ist, kann vorgesehen sein, um das Handgerät von dem Aufweckmodus in einen Aktivmodus umzuschalten.
Die unterschiedlichen Schaltschwellen bzw. Ströme in der Empfangselektrode EE können etwa dadurch erreicht werden, dass kurz vor dem Umgreifen des Handgeräts durch eine Hand über die Koppelwirkung der Hand bereits ein Strom in der Empfangselektrode fließt, welcher größer ist als der Strom der ersten Schwelle aber kleiner ist als der Strom der zweiten Schwelle. Umgreift die Hand das Handgerät schließlich vollständig, ist die durch die Hand bewirkte kapazitive Koppelung zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode so groß, dass das über die Hand H an der Empfangselektrode EE eingekoppelte elektrische Wechselfeld WS der Sendeelektrode SE ausreicht, um den Gesamtstrom, welcher in der Empfangselektrode EE fließt, über die zweite Schwelle zu heben.
Die Schwelle bzw. die Schwellen können hierbei als absolute Schwellwerte oder als relative Schwellwerte bezüglich des Stroms I₁ in der Auswerteelektronik 20 bzw. in einer Steuereinrichtung hinterlegt werden.
3 zeigt ein Handgerät 40, mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung der Elektroden an dem Handgerät 40. Das Handgerät 40 ist in 3 in einer Ansicht von unten, einer Ansicht von vorne sowie jeweils in einer Ansicht von der Seite dargestellt.
An einer ersten Seitenwandung 41 ist die Sendeelektrode SE angeordnet. An der zweiten, der ersten Seitenwandung 41 gegenüber liegenden Seitenwandung 42 ist die Empfangselektrode EE und die Kompensationselektrode KE angeordnet.
Wie auch in 3 erkennbar ist, sind die Kompensationselektrode KE und die Empfangselektrode EE galvanisch voneinander getrennt. Ebenfalls erkennbar ist, dass die Sendelektrode SE und die Kompensationselektrode KE erfindungsgemäß galvanisch miteinander gekoppelt sind.
Sämtliche Elektroden können, wie in 3 gezeigt, auf der Oberfläche des Handgeräts 40 angeordnet sein. In einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform können sämtliche oder einige der Elektroden auch direkt unterhalb der Oberfläche des Handgeräts 40 angeordnet sein, was hinsichtlich der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Detektionseinrichtung nur dahingehend Auswirkung hat, dass entweder das Signal, mit welchem die Sendeelektrode SE und/oder die Kompensationselektrode KE beaufschlagt werden, oder der Phasenschieber Δφ₁ und/oder Δφ₂ entsprechend angepasst werden müssen.
Eine Anordnung der Elektroden direkt unterhalb der Oberfläche des elektrischen Handgeräts 40 hat auf die Funktionsweise der Detektionseinrichtung ansonsten keinerlei Auswirkungen, da die Detektion des Umgreifens einer Hand anhand feldelektrischer Wechselwirkungen zwischen den Elektroden erfolgt. Allerdings hat die Anordnung der Elektroden direkt unterhalb der Oberfläche des Handgeräts 40 den Vorteil, dass die Elektroden vor äußeren Einflüssen geschützt sind.
Die Elektroden sind hier so angeordnet, dass diese, wenn das Handgerät 40 auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche abgelegt wird, die Oberfläche nicht berühren. Der Abstand der Elektroden zur Oberfläche bzw. die Elektrodenflächen werden so gewählt, dass die Impedanz zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Damit wird gewährleistet, dass das an der Sendeelektrode SE abgestrahlte elektrische Wechselfeld WS über die elektrisch leitfähige Ablagefläche nicht in die Empfangselektrode EE eingekoppelt wird.
Die Impedanz zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode wird dabei aus der Impedanz zwischen Sendeelektrode und Ablagefläche, der Impedanz der Ablagefläche und der Impedanz zwischen Ablagefläche und Empfangselektrode gebildet. Damit wird gewährleistet, dass, selbst wenn das Handgerät 40 auf einer elektrisch leitfähigen Ablagefläche abgelegt wird, der Strom I0 in der Empfangselektrode EE nicht über einen bestimmten ersten Schwellwert steigt, und so ungewollt beispielsweise eine Aktivierung des Handgeräts auslösen würde.
Die Elektroden können beispielsweise an der linken und rechten Seite eines Mobiltelefons angeordnet werden, so dass das Mobiltelefon, sobald es von einer Hand umgriffen wird, in einen Aktivmodus umschaltet. Wird das Mobiltelefon wieder abgelegt und entfernt sich die Hand vom Mobiltelefon, schaltet sich dieses automatisch wieder in einen Schlafmodus, da der Strom an der Empfangselektrode EE absinkt und somit auch den Schwellwert für den Aktivmodus wieder unterschreitet.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung bzw. die erfindungsgemäße Detektionseinrichtung können bei allen Handgeräten Anwendung finden, welche im Wesentlichen bei Gebrauch mit einer Hand umgriffen werden können. So kann auch eine Computermaus mit der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung ausgestattet werden.
Denkbar ist auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung bzw. der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung bei Gegenständen, welche einen Griff aufweisen, wobei an dem Griff die drei Elektroden entsprechend der Erfindung angeordnet werden können.
Es können auch mehrere der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtungen in einem Handgerät vorgesehen sein, um so auch die Position der Hand an dem Handgerät während des Umgreifens zu detektieren. Alternativ hierzu kann können auch mehrere Empfangselektroden EE vorgesehen sein, welche jeweils kapazitiv mit der Kompensationselektrode koppelbar sind und jeweils mit der Auswerteeinheit 20 gekoppelt sind. Damit kann auch ein Umschalten des Handgerätes von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus realisiert werden, wenn in mindestens zwei Empfangselektroden ein Strom fließt, der eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Selbstverständlich kann auch eine Detektionseinrichtung mit einer Sendeelektrode, mehreren Kompensationselektroden und mehreren Empfangselektroden bereitgestellt werden, wobei die Kompensationselektroden jeweils über einen Phasenschieber mit dem Signalgenerator gekoppelt sind. Jeder Phasenschieber kann eine unterschiedliche Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung, mit welcher die Sendeelektrode geprägt wird, und der Wechselspannung mit welcher die Kompensationselektrode geprägt wird, bewirken. Damit fließt in jeder Empfangselektrode (bei Nicht-Gebrauch bzw. wenn das Handgerät nicht von einer Hand umgriffen wird) ein unterschiedlich größer Strom, welcher jeweils eine Schaltschwelle für die Kompensationselektrode repräsentiert.
Das Handgerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon oder eine Computermaus sein, wobei das Mobiltelefon oder die Computermaus nach dem Umgreifen, von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus und nach dem Entfernen der Hand von dem Aktivmodus in den Schlafmodus umgeschaltet werden.

Claims

Detektionseinrichtung, insbesondere für ein Handgerät (40), umfassend eine Sendeelektrode (SE), eine Empfangselektrode (EE) und eine Kompensationselektrode (KE), wobei – die Sendeelektrode (SE) und die Kompensationselektrode (KE) galvanisch miteinander gekoppelt (30) sind, und – die Sendeelektrode (SE) mit einer ersten elektrischen Wechselspannung (U₁) beaufschlagbar ist, sodass von der Sendeelektrode (SE) ein erstes elektrisches Wechselfeld (WS) abstrahlbar ist, wobei die erste elektrische Wechselspannung (U₁) über die galvanische Koppelung in die Kompensationselektrode (KE) einkoppelbar ist, und wobei die Kompensationselektrode (KE) mit einer zweiten elektrischen Wechselspannung (U₂) beaufschlagbar ist, wobei von der Kompensationselektrode (KE) ein zweites elektrisches Wechselfeld (WK) abstrahlbar ist, welches aus der ersten elektrischen Wechselspannung (U₁) und der zweiten elektrischen Wechselspannung (U₂) resultiert.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeelektrode (SE), die Empfangselektrode (EE) und die Kompensationselektrode (KE) getrennt voneinander am Handgerät (40) anordenbar sind und wobei die Empfangselektrode (EE) und die Kompensationselektrode (KE) derart zueinander am Handgerät anordenbar sind, dass sie in eine kapazitive Koppelung bringbar sind.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei – das zweite elektrisches Wechselfeld (WK) in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist, um dort einen ersten Strom (I₁) zu erzeugen, und – das erste elektrische Wechselfeld (WS), wenn das Handgerät (40) von einer Hand (H) umgriffen wird, in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist, um dort einen zweiten Strom (I₂) zu erzeugen, wobei der aus dem ersten Strom (I₁) und dem zweiten Strom (I₂) resultierende Gesamtstrom (I_G) Indikativ für ein Umfassen des Handgerätes ist.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Wechselspannung (U₁) und die zweite Wechselspannung (U₂) die gleiche Signalform aufweisen und zueinander phasenverschoben sind.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Wechselspannung (U₂) gegenüber der ersten Wechselspannung (U₁) gedämpft ist.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Empfangselektrode (EE) mit einer Auswerteelektronik (20) gekoppelt sind, welche ausgestaltet ist, aus einer Änderung des Gesamtstromes (I_G) ein Umgreifen des Handgerätes durch die Hand (H) zu detektieren.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Empfangselektrode (EE) derart am Handgerät (40) anordenbar sind, dass sie bei auf einer Ablagefläche abgelegtem Handgerät (40) die Ablagefläche nicht berühren.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 7, wobei der Abstand zwischen Sendeelektrode (SE) und Ablagefläche und/oder der Abstand zwischen Empfangselektrode (EE) und Ablagefläche derart gewählt wird, dass die Impedanz zwischen Sendeelektrode (SE) und Empfangselektrode (EE) einen vorbestimmten Wert (Z) nicht überschreitet, wobei die Impedanz zwischen Sendeelektrode (SE) und Empfangselektrode (EE) gebildet wird aus – der Impedanz zwischen Sendeelektrode (SE) und Ablagefläche, – der Impedanz der Ablagefläche, und – der Impedanz zwischen Ablagefläche und Empfangselektrode (EE), und wobei der vorbestimmte Wert (Z) und/oder die Elektrodengeometrie der Sendeelektrode, der Kompensationselektrode (KE) und/oder der Empfangselektrode (EE) so gewählt werden, dass das an der Sendelektrode (SE) abgestrahlte elektrische Wechselfeld (WS) nicht in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeelektrode (SE), die Kompensationselektrode (KE) und die Empfangselektrode (EE) auf der Oberfläche oder nahe unterhalb der Oberfläche des Handgerätes (40) anordenbar sind.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Kompensationselektrode (KE) mit einem Signalgenerator (10) gekoppelt sind, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Kompensationselektrode (KE) über einen ersten, vorzugsweise einstellbaren Phasenschieber (Δφ₁) miteinander gekoppelt sind und/oder wobei der Signalgenerator (10) und die Kompensationselektrode (KE) über einen zweiten, vorzugsweise einstellbaren Phasenschieber (Δφ₂) miteinander gekoppelt sind.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteelektronik (20) eine Steuerungseinrichtung umfasst, welche so ausgelegt ist, dass bei einem vorbestimmten Gesamtstrom (I_G), welcher betragsmäßig größer ist als der erste Strom (I₁), ein Umschalten des Handgerätes in einen Einschaltmodus oder einen Aktivmodus herbeiführbar ist.
Detektionseinrichtung nach Anspruch 11, wobei das Umschalten bewirkt wird, wenn der Gesamtstrom (I_G) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, wobei der Schwellenwert ein absoluter Schwellenwert oder ein relativer Schwellenwert bezüglich des ersten Stroms (I₁) ist.
Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Strom (I₁) an der Empfangselektrode (EE) durch Änderungen der Phase zwischen der ersten Wechselspannung (U₁) und der zweiten Wechselspannung (U₂) einstellbar ist.
Handgerät (40), insbesondere Mobiltelefon, mit zumindest einer Detektionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Handgerät nach Anspruch 14, wobei die Sendeelektrode (SE), die Empfangselektrode (EE) und die Kompensationselektrode (KE) auf der Oberfläche oder nahe unterhalb der Oberfläche des Handgerätes (40) angeordnet sind.
Handgerät nach Anspruch 14 oder 15, wobei – die Sendeelektrode (SE) an einer ersten Seitenwandung (41) des Handgerätes (40) angeordnet ist, und – die Empfangselektrode (EE) und die Kompensationselektrode (KE) an einer, der ersten Seitenwandung (41) gegenüberliegenden zweiten Seitenwandung (42) angeordnet sind.
Verfahren zur Detektion des Umgreifens eines Handgerätes durch eine Hand mit einer Detektionseinrichtung, welche zumindest eine Sendeelektrode (SE), eine Empfangselektrode (EE) und eine Kompensationselektrode (KE) aufweist, wobei die Sendeelektrode (SE) galvanisch mit der Kompensationselektrode (KE) gekoppelt ist, wobei – die Sendelektrode (SE) mit einer ersten elektrischen Wechselspannung (U₁) beaufschlagt wird, sodass an der Sendelektrode (SE) ein erstes elektrisches Wechselfeld (WS) abgestrahlt wird, und wobei die erste elektrische Wechselspannung (U₁) über die galvanische Koppelung zumindest teilweise in die Kompensationselektrode (KE) eingekoppelt wird; – die Kompensationselektrode (KE) mit einer zweiten elektrischen Wechselspannung (U₂) beaufschlagt wird, sodass an der Kompensationselektrode (KE) ein zweites elektrisches Wechselfeld (WK) abgestrahlt wird und in die Empfangselektrode (EE) eingekoppelt wird, wobei das in die Empfangselektrode (EE) eingekoppelte zweite elektrische Wechselfeld (WK) in der Empfangselektrode (EE) einen ersten Strom (I₁) erzeugt; und – ein Gesamtstrom (I_G) in der Empfangselektrode (EE) ausgewertet wird, wobei der Gesamtstrom (I_G) aus dem ersten Strom (I₁) und einem zweiten Strom (I₂) resultiert, wobei der zweite Strom (I₂) durch kapazitives Einkoppeln des ersten elektrischen Wechselfeldes (WS) in die Empfangselektrode (EE) erzeugt wird, wenn eine Hand (H) das Handgerät umgreift, und wobei der Gesamtstrom (I_G) indikativ für ein Umfassen des Handgerätes durch die Hand ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Wechselspannung (U₁) und die zweite Wechselspannung (U₂) die gleiche Signalform aufweisen und zueinander phasenverschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Wechselspannung (U₂) gegenüber der ersten Wechselspannung (U₁) gedämpft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei – ein Einschaltmodus und/oder ein Aktivmodus des Handgerätes herbeigeführt wird, wenn der Gesamtstrom einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet; und/oder – ein Schlafmodus des Handgerätes herbeigeführt wird, wenn der Gesamtstrom einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.