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GEBIET DER ERFINDUNG
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Verschiedene
Ausführungsformen der hierin offenbarten Erfindung betreffen
das Gebiet der Eingabevorrichtungen im Allgemeinen, und im Speziellen
Mess- oder Erkennungssysteme mit kombinierter wechselseitiger Kapazität
und Radiofrequenz (RF), Vorrichtungen, Komponenten und Verfahren,
die insbesondere eine effiziente Anwendung in Touchscreen- oder
Touchpad-Vorrichtungen für portable elektronische Vorrichtungen.
Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung umfassen
diejenigen, die für eine Verwendung mit einem Finger und einem
beweglichen Taststift in portablen oder tragbaren Vorrichtungen
zugänglich sind, wie zum Beispiel Mobiltelefone, MP3 Player,
Personalcomputer, Spielkonsolen, Laptop Computer, PDAs und dergleichen. Einige
der hierin offenbarten Ausführungsformen können
für eine Verwendung in stationären Anwendungen,
wie zum Beispiel industrielle Kontrollgeräte, Waschmaschinen,
Heimtrainer und dergleichen, konfiguriert oder angepasst werden.
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HINTERGRUND
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Resistive
Touchscreens oder Touchpads sind im Stand der Technik bekannt und
finden häufig Anwendung in Touchscreens oder Touchpads,
die in Verbindung mit einem Taststift arbeiten. Wenn der Taststift
nach unten gegen den Touchscreen oder das Touchpad gedrückt
wird, werden die oberen und unteren Widerstandselektroden miteinander
in Kontakt gebracht, und die Position des Taststifts wird durch Berechnung
der Position bestimmt, an der die beiden Arrays kurzgeschlossen
wurden. Resistive Touchscreens vermindern typischerweise das durch
sie durchgehende Licht im Wesentlichen aufgrund der relativ großen
Mengen an Indiumzinnoxid (ITO; indium tin oxide), die erforderlich
sind, um die Widerstandselektroden zu bilden.
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Kapazitive
Touchscreen, wie sie zum Beispiel in IPHONEsTM gefunden
werden, weisen gegenüber resistiven Touchscreens zwei Vorteile
auf. Erstens funktionieren sie mit kaum Druck, der von einem Finger
ausgeübt wird, sodass sie keine mit Haftreibung assoziierten
Probleme aufweisen und komfortable zu verwenden sind. Dies ist insbesondere
wichtig für Schlag- und Drück-Handbewegungen,
bei denen die Finger über eine Berührungsoberfläche
gleiten müssen. Zweitens unterstützen einige kapazitive Touchscreens
gleichzeitig die Messung multipler Fingerpositionen (üblicherweise
bekannt als ”Multi-Touch” Vermögen).
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Der
wesentliche technische Nachteil herkömmlicher kapazitiver
Touchscreens oder Touchpads liegt im Fehlen der Unterstützung
für einen Taststift (zusätzlich zu einem Finger).
Ein Bewegungsstift stellt ein präziseres Zeigegerät
dar, erlaubt die Eingabe komplizierter Texte und Zeichen und verdunkelt den
Zielbereich weniger als ein Finger. Obwohl kapazitive Touchscreens
mit einem Taststift zum Funktionieren gebracht wurden, wird geglaubt,
dass dies nur mit einem elektronisch leitenden Taststift bewerkstelligt
wurde, dessen Spitze eine Größe aufweist, die mit
der eines menschlichen Fingers vergleichbar ist. Dies kann natürlich
die Vorteile, die durch die Verwendung eines Taststifts entstehen,
zunichte machen.
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Ein
weiterer wichtiger Aspekt von Touchscreens oder Touchpads hat mit
der speziellen Art der Technologie zu tun, die für die
Erkennung und Messung von Änderungen der Kapazität
verwendet wird. Zwei prinzipielle Technologien zur Erkennung und
Messung der Kapazität finden gegenwärtig in den
meisten Touchscreen- oder Touchpad-Vorrichtungen Verwendung. Zum
Beispiel verwenden zahlreiche Vorrichtungen, die von SYNAPTICS
TM hergestellt werden, Methoden zur Messung
der Selbstkapazität, so wie es auch Vorrichtungen mit integrierter Schaltung
(IC; integrated ciurcuit) machen, wie zum Beispiel das CYPRESS PSOC
TM. Selbstkapazität beinhaltet die
Messung der Selbstkapazität einer Reihe von Elektrodenpads
unter Verwendung eines Verfahrens wie zum Beispiel das, das im
U.S. Patent Nr. 5,543,588 von
Bisset et al. mit dem Titel ”Touch Pad Driven Handheld
Computing Device” vom 6. August 1996 beschriebene.
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Selbstkapazität
ist ein Maß, wie viel Ladung an einem Objekt, das bei einer
gegebenen Spannung gehalten wird, akkumuliert (Q = CV). Selbstkapazität wird
typischerweise durch Anlegen einer bekannten Spannung an eine Elektrode
und im Anschluss Verwenden eines Stromkreises zur Messung, wie viel Ladung
zu dieser selben Elektrode fließt, gemessen. Wenn extern
geerdete Objekte nahe an die Elektrode gebracht werden, wird zusätzliche
Ladung an die Elektrode gezogen. Als Ergebnis nimmt die Selbstkapazität
der Elektrode zu. Zahlreiche Berührungssensoren werden
so konfiguriert, dass das extern geerdete Objekt ein Finger ist.
Der menschliche Körper ist im Wesentlichen ein Kondensator
mit der Erde, typischerweise mit einer Kapazität von etwa
100 pF.
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Elektroden
in Touchpads mit Selbstkapazität sind üblicherweise
in Reihen und Spalten angeordnet. Durch Abfragen der ersten Reihen
und dann Spalten können die Positionen einzelner Störungen, die
zum Beispiel durch die Gegenwart eines Fingers induziert werden,
bestimmt werden. Um in einem Touchpad jedoch genaue Multi-Touch
Messungen zu bewerkstelligen, kann es erforderlich sein, mehrere Fingerberührungen
simultan zu messen. In so einem Fall können Reihen- und
Spalten-Verfahren zur Messung der Selbstkapazität zu nicht
schlüssigen Ergebnissen führen. Als Ergebnis leiden
einige Touchpad-Erkennungssysteme aus dem Stand der Technik an einer
grundlegenden Mehrdeutigkeit in Bezug auf die tatsächlichen
Positionen multipler Objekte, die gleichzeitig auf oder nahe dem
Touchscreen platziert werden.
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Ein
Weg zur Überwindung der vorhergehenden Probleme in Systemen
mit Selbstkapazität ist die Bereitstellung eines Systems,
das kein Reihen und Spalten Tastschema verwendet, und das stattdessen konfiguriert
ist, um jede Touchpad-Elektrode einzeln zu messen. Solch ein System
ist in der
U.S. Patentpublikation
Nr. 2006/097991 von Hotelling et al. mit dem Titel ”Multipoint
Touchscreen” vom 11. Mai 2006 beschrieben. In dem in der
vorangehenden Patentpublikation von Hotelling offenbarten Touchpad-Erkennungssystem
ist jede Elektrode mit einem Pin (Anschlussstift) einer integrierten
Schaltung (IC) verbunden, entweder direkt mit einer Erkennungs-IC oder über
einen Multiplexer. Wie für Fchleute jedoch ersichtlich,
kann das individuelle verdrahten der Elektroden in solch einem System
beträchtliche Kosten zu einem Selbstkapazitäts-System
hinzufügen. Zum Beispiel ist in einem n × n Elektrodengitter
die erforderliche Anzahl an IC-Pins n2. (Der APPLE
TM IPOD
TM verwendet ein ähnliches Kapazitäts-Messsystem.)
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Die
Anzahl an Elektroden in einem Selbstkapazitäts-System kann
durch verschachtelte Elektroden reduziert werden. Eine Verschachtelung
kann einen größeren Bereich erzeugen, in dem ein
Finger von zwei benachbarten Elektroden erkannt wird, was eine bessere
Interpolation ermöglicht, und dadurch weniger Elektroden.
Derartige Muster können insbesondere in eindimensionalen
Sensoren effektiv sein, wie zum Beispiel den in den IPOD ”Click-Wheels” verwendeten.
Siehe zum Beispiel
U.S. Patent
Nr. 6,879,930 von Sinclair et al. mit dem Titel ”Capacitance
touch slider” vom 12. April 2005.
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Die
zweite grundlegende Technologie kapazitiver Erkennung und Messung,
die in Touchscreen- und Touchpad-Vorrichtungen verwendet wird, ist
die der wechselseitigen Kapazität, wobei Messungen unter
Verwendung eines gekreuzten Elektrodengitters durchgeführt
werden. Siehe zum Beispiel
U.S.
Patent Nr. 5,861,875 von Gerpheide mit dem Titel ”Methods and
Apparatus for Data Input” vom 19. Januar 1999 und die oben
zitierte
U.S. Patentpublikation
Nr. 2006/097991 von Hotelling et al. Bei der Messung der
wechselseitigen Kapazität wird die Kapazität zwischen
zwei Leitern gemessen, im Gegensatz zu einer Messung der Selbstkapazität,
bei der die Kapazität eines einzelnen Leiters gemessen
wird, und die von anderen Objekten in der Nähe beeinflusst
werden kann.
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In
einigen Systemen mit Messung wechselseitiger Kapazität
ist ein Array aus Erkennungselektroden auf einer ersten Seite eines
Substrats angeordnet und ein Array aus Ansteuerelektroden ist auf eines
zweiten Seite des Substrats angeordnet, welche der ersten Seite
gegenüberliegt, eine Spalte oder Reihe von Elektroden in
dem Ansteuerelektrodenarray wird zu einer bestimmten Spannung angesteuert, die
wechselseitige Kapazität einer einzelnen Reihe (oder Spalte)
des Erkennungselektrodenarrays wird gemessen, und die Kapazität
an einem einzelnen Reihe-Spalte-Schnittpunkt wird bestimmt. Durch
Abfragen aller Reihen und Spalten kann eine Karte für Kapazitätsmessungen
für alle Knoten in dem Gitter erzeugt werden. Wenn sich
der Finger eines Anwenders einem bestimmten Gitterpunkt nähert,
werden einige der elektrischen Feldlinien abgelenkt, die von oder
nahe dem Gitterpunkt ausgehen, wodurch typischerweise die wechselseitige
Kapazität der beiden Elektroden an dem Gitterpunkt abnimmt.
Da jede Messung nur einen einzelnen Gitterschnittpunkt überprüft,
entstehen bei multiplen Berührungen keine Messunklarheiten,
wie im Falle einiger Systeme mit Selbstkapazität. Um ferner
ein Muster von n × n Schnittstellen zu messen, werden in
einem derartigen System nur 2n Pins auf einem IC benötigt.
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Einige
Lösungen für die oben dargelegten Probleme werden
von den Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, die in der U.S.
Patentanmeldung Nr. 12/183,456 von Harley mit dem Titel ”Capacitive Touchscreen
or Touchpad for Finger or Stylus”, eingereicht am 31. July
2008 (nachfolgend als ”die '456 Patentanmeldung” bezeichnet)
offenbart werden. Die in der '456 Patentanmeldung offenbarten Vorrichtungen
und Verfahren erfordern allerdings ein Panel oder ein Schicht, die
von einem Taststift nach unten in eine unmittelbarere Nähe
zu einem darunter liegenden Elektrodenarray abgelenkt werden kann.
Unglücklicherweise können ablenkbare Panele, die
für diesen Zweck geeignet sind, zu einem erhöhten
Mangel an Zuverlässigkeit führen, da die in solchen
Vorrichtungen verwendeten Spuren an Indiumzinnoxid (ITO) dünn
und spröde sind, und folglich durch wiederholtes Biegen
anfällig sind zu brechen.
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Es
besteht Bedarf an einem kapazitiven Touchscreen für Fingerberührung
und Taststift, der die Vorteile der Technologie der wechselseitigen
Kapazität aufweist, aber die Nachteile der Technologie der
Selbstkapazität und ablenkbarer Panele vermeiden. Benötigt
wird ferner ein kapazitiver Touchscreen oder ein Touchpad, das die
Fähigkeit zur kraftfreien (zero-force) Multi-Touch Fingernavigation
eines herkömmlichen kapazitiven Touchscreeens in Kombination
mit einer Zeichen- und Texteingabe mittels Taststift und einem Navigationsvermögen ähnlich
dem resistiver Touchscreen aufweist. Benötigt wird ferner ein
kapazitiver Touchscreen oder ein Touchpad für Finger und
Taststift, das die Transmission des Lichts nicht absorbiert oder
auf andere Weise übermäßig beeinträchtigt,
und das eine kleinere Grundfläche, Volumen oder Dicke aufweist.
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Weitere
Details betreffend verschiedene Aspekte einiger Vorrichtungen und
Verfahren nach dem Stand der Technik werden dargelegt in: (1)
U.S. Patent Nr. 4,550,221 an
Mabusth mit dem Titel ”Touch Sensitive Control Device” vom
29. Oktober 1985; (2)
U.S. Patent
Nr. 4,686,332 von Greanias mit dem Titel ”Combined
Finger Touch and Stylus Detection System for Use an the Viewing
Surface of a Visual Display Device” vom 11. August 1987;
(3)
U.S. Patent Nr. 5,305,017 von
Gerpheide mit dem Titel ”Methods and Apparatus for Data
Input” vom 19. April 1994; (4)
U.S. Patent Nr. 5,670,755 von Kwon
mit dem Titel ”Information Input Apparatus Having Functions
of Both Touch Panel and Digitizer, and Driving Method Therefor” vom
23. September 1997; (5)
U.S.
Patent Nr. 5,844,506 von Binstead mit dem Titel ”Multiple
Input Proximity Detector and Touchpad System” vom 1. Dezember
1998; (6)
U.S. Patent Nr. 6,002,389 von Kasser
mit dem Titel ”Touch and Pressure Sensing Method and Apparatus” vom
14. Dezember 1999; (7)
U.S. Patent
Nr. 6,097,991 von Hamel et al. mit dem Titel ”Automatic
Identification of Audio Bezel” vom 1. August 2000; (8)
U.S. Patent Nr. 6,879,930 von
Sinclair et al. mit dem Titel ”Capacitance Touch Sensor” vom
12. April 2005; (9)
U.S. Patent
Nr. 7,202,859 von Speck et al. mit dem Titel ”Capacitive
Sensing Pattern” vom 10. April 2007; (10)
U.S. Patent Nr. 7,436,393 von Hong
et al. mit dem Titel ”Touch Panel for Display Device” vom
14. Oktober 2008; (11)
U.S. Patentpublikation
Nr. 2006/0097991 A1 von Hotelling et al. mit dem Titel ”Multipoint
Touchscreen” vom 11. Mai 2006; (12)
U.S. Patentpublikation Nr. 2008/0042985 von
Katsuhito et al. mit dem Titel ”Information Processing
Apparatus, Operation Input Method, and Sensing Device” vom
21. Februar 2008; (13)
U.S.
Patentpublikation Nr. 2008/0055256 von Kwong et al. mit
dem Titel ”Touch Screen Controller with Embedded Overlay” vom
6. März 2008; und (14)
U.S.
Patentpublikation Nr. 2008/0246496 von Hristov et al. mit
dem Titel ”Two-Dimensional Position Sensor” vom
9. Oktober 2008. Jede der oben beschriebenen Patente und Patentanmeldungen
wird hiermit jeweils in Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung
bereitgestellt, die aufweist: einen wechselseitig Kapazität
erfassenden Touchscreen oder Touchpad zur kombinierten Erkennung
von Finger und beweglichem Taststift (a mutual capacitance combined
finger and active stylus sensing touchscreen or touchpad), wobei
der Touchscreen oder Touchpad aufweist: eine äußere Berührungsoberfläche,
zumindest ein unterhalb der Berührungsoberfläche
angeordnetes Substrat, eine erste Mehrzahl von wechselseitig kapazitiven
Ansteuerelektroden, die in ersten Reihen oder Spalten auf dem zumindest
einen Substrat angeordnet sind, und eine zweite Mehrzahl von wechselseitig
kapazitiven Erkennungselektroden, die in zweiten Reihen oder Spalten
auf dem zumindest einen Substrat angeordnet sind, wobei die ersten
Reihen oder Spalten nicht mit den zweiten Reihen oder Spalten parallel
sind; eine die Elektroden ansteuernde und erkennende Schaltung,
die operativ mit den Ansteuer- und Erkennungselektroden verbunden
ist, und die konfiguriert ist, um zumindest einige der Ansteuerelektroden
dadurch schaltbar für eine Funktion entweder als Ansteuerelektroden
in einem ersten Modus der Fingerberührung oder als zusätzliche
Erkennungselektroden in einem zweiten Modus der Berührung
mit einem beweglichen Taststift zu konfigurieren; und einen beweglichen Taststift,
der eine den Taststift ansteuernde Schaltung aufweist, die konfiguriert
ist, um ein Bewegungssignal von dem Taststift auszugeben, wenn der Touchscreen
oder das Touchpad in dem zweiten Modus betrieben wird, wobei die äußere
Berührungsoberfläche für einen Anwender
konfiguriert ist, um den Finger oder den Taststift darauf und quer
darüber zu platzieren und zu bewegen, die ersten und zweiten Mehrzahlen
an Elektroden einen Elektrodenarray bilden, und die Elektroden ansteuernde
und erkennende Schaltung und der Elektrodenarray zusammen konfiguriert
sind, um dadurch eine erste Fingerposition auf der äußeren
Berührungsoberfläche kapazitiv detektieren zu
können, wenn der erste Modus betrieben wird, und um dadurch
eine zweite Position eines Bewegungssignals auf der äußeren
Berührungsoberfläche kapazitiv detektieren zu
können, wenn der zweite Modus betrieben wird.
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In
einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erkennung
einer Position eines Fingers oder eines beweglichen Taststifts auf
einem Touchscreen oder Touchpad bereitgestellt, das Verfahren aufweisend:
Detektieren einer ersten Position des Fingers auf dem Touchscreen
oder Touchpad, wenn sich eine wechselseitige Kapazität
zwischen einer ersten Mehrzahl an Elektroden und einer zweiten Mehrzahl
von Elektroden nahe der ersten Position ändert, wobei die
ersten und zweiten Mehrzahlen an Elektroden in dem Touchscreen oder
Touchpad einen Elektrodenarray bilden; und Detektieren einer zweiten
Position des beweglichen Taststifts auf dem Touchscreen oder Touchpad,
wenn ein vom beweglichen Taststift ausgegebenes Bewegungssignal
von der ersten Mehrzahl an Elektroden und der zweiten Mehrzahl von
Elektroden nahe der zweiten Position detektiert wird
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Weitere
Ausführungsformen werden hierin offenbart oder werden für
Fachleute ersichtlich, nachdem sie die Beschreibung und die Zeichnungen
gelesen und verstanden haben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene
Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindungen
werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen
ersichtlich.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Ausführungsform
eines kapazitiven Touchscreen- oder Touchpad-Systems 10 und
eines korrespondierenden Elektrodenarrays 62.
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2 zeigt
eine zweidimensionale Aufsicht auf das kapazitive Touchscreen- oder
Touchpad-System 10 und den korrespondierenden Elektrodenarray 62 aus 1.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines kapazitiven
Touchscreen- oder Touchpad-Systems 10 mit einem beweglichen Taststift 64.
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4 zeigt
eine die Elektroden ansteuernde und erkennende Schaltung 72 und
einen Elektrodenarray 62 gemäß einer
Ausführungsform bei Betrieb in einem ersten Modus der Fingerberührung.
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5 zeigt
eine die Elektroden ansteuernde und erkennende Schaltung 72 und
einen Elektrodenarray 62 gemäß einer
Ausführungsform bei Betrieb in einem zweiten Modus mit
einem beweglichen Taststift.
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6 zeigt
eine die Elektroden ansteuernde und erkennende Schaltung 72 gemäß einer
Ausführungsform.
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7 zeigt
eine Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung 100,
Touchscreen 10 und beweglichem Taststift 64.
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8 veranschaulicht
eines Ausführungsform eines Verfahrens, das einen ersten
Fingermodus und einen zweiten Modus mit einem beweglichen Taststift
aufweist.
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Die
Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche
Teile oder Schritte.
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GENAUE BESCHREIBUNG EINIGER
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFOMEN
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Durch
Bezugnahme werden hierin jeweils in ihrer Gesamtheit aufgenommen:
(1) U.S. Patentanmeldung Nr. 12/024,057 von Harley et al. mit dem
Titel ”Single Layer Mutual Capacitance Sensing Systems,
Devices, Components, and Methods”, eingereicht am 31. Januar
2008; und (2) U.S. Patentanmeldung Nr. 12/183,456 von Harley mit
dem Titel ”Capacitive Touchscreen or Touchpad for Finger
and Stylus”, eingereicht am 31. Juli 2008.
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Bezug
Nehmend auf die 1 und 2 wird in
einigen Ausführungsformen eine elektronische Vorrichtung 100 (siehe
zum Beispiel 7) bereitgestellt, die einen
wechselseitig Kapazität erfassenden Touchscreen oder Touchpad 10 (mutual
capacitance touchscreen or touchpad) aufweist, der/das eine kombinierte
Fingernavigation und Navigation mit einem beweglichen Taststift
und Zeicheneingabefähigkeit. Gemäß einer
solchen Ausführungsform sind die ersten bzw. zweiten Mehrzahlen von
Erkennungs- bzw. Ansteuerelektroden 65 bzw. 63 in
oder auf zumindest einem Substrat 16 und 18 angeordnet
und bilden einen Array 62, der konfiguriert ist, um dadurch
die Detektion einer ersten Position, die einem Finger entspricht,
oder einer zweiten Position, die einem beweglichen Taststift entspricht, zu
ermöglichen. Die Ansteuerelektroden in dem Array sind konfiguriert,
um als Ansteuerelektroden zu operieren, wenn der Touchscreen oder
das Touchpad in einem ersten Modus der Fingerberührung
betrieben wird, und um als zusätzliche Erkennungselektroden
zu operieren, wenn der Touchscreen oder das Touchpad in einem zweiten
Modus mit einem beweglichen Taststift betrieben wird. Anzumerken
ist, dass andere Konfigurationen der Erkennungs- und Ansteuerelektroden
verwendet werden können, wie zum Beispiel Anordnen der
Erkennungs- und Ansteuerelektroden im Wesentlichen in einer einzigen
Ebene.
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Weiterhin
Bezug nehmend auf die 1 und 2 wird ein
wechselseitig Kapazität erfassender Touchscreen oder Touchpad 10 offenbart,
das Erkennungs- und Ansteuerelektroden aufweist, die in gegenüberliegenden
ersten und zweiten, im Wesentlichen parallelen Ebenen auf oberen
und unteren oder unteren und oberen Substraten angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen bedeckt der Elektrodenarray 62 das
Display im Wesentlichen gleichmäßig und verursacht
dadurch kein Gittermuster, das auf einem Display oder Bildschirm
sichtbar ist. Da die Erkennungsmessungen jedoch auf wechselseitiger
Kapazität basieren, kann eine Erkennungskonfiguration mit
Reihen und Spalten verwendet werden, die eingesetzt werden kann,
um die Pin-Zahl für ein n × n Elektrodengitter
auf nur 2n zu reduzieren. Weiterhin ist solch eine Elektrodenarraykonfiguration
einer Anordnung als verschachtelte Finger zuträglich, was
die Möglichkeit der Verwendung von Interpolationstechniken
zur Bestimmung der Position eines Taststifts oder eines Fingers
des Anwenders erhöht, und die Erfordernisse an die Pin-Zahl
in Bezug auf Erkennungs- oder Messsysteme mit wechselseitiger Kapazität
gemäß dem Stand der Technik weiter vermindert.
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1 und 2 zeigen
eine Ausführungsform eines wechselseitig Kapazität
erfassenden Erkennungstouchscreens oder -touchpads 10,
wobei ein Elektrodenarry 62 auf einem oberen Substrat 16 als
eine erste Mehrzahl an Elektroden und auf einem unteren Substrat 18 als
eine zweite Mehrzahl an Elektroden konfiguriert ist. Die Substrate 16 und 18 weisen
typischerweise Glas, Kunststoff, Acryl oder jedes andere geeignete
optisch transparente Material auf. Die Abstände zwischen
den Reihen oder Spalten der ersten Mehrzahl an Elektroden und der
zweiten Mehrzahl an Elektroden liegt am meisten bevorzugt zwischen
etwa 1 mm und etwa 10 mm. Die Ausführungsforen des in den 1 bis 3 dargestellten
Touchscreens oder Touchpads 10 operieren am meisten bevorzugt
entsprechend den Prinzipien der wechselseitigen Kapazität.
Kapazitäten werden zwischen den einzelnen Erkennungs- und
Ansteuerelektroden etabliert, zum Beispiel zwischen den Elektroden 21–25 und 41–46 oder
zwischen den Elektroden 41–46 und 21–25,
je nach den Umständen, mit Hilfe einer Ansteuerspannungseingabe,
um die Elektroden 21–25 oder 41–46 anzusteuern.
In einem ersten Modus der Fingerberührung drückt
ein Finger eines Anwenders die Berührungsoberfläche 14 der
Berührungsschicht 104 ein (siehe die 1 und 3), welche
auf dem Array 62 aufliegt.
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In
einigen Ausführungsformen ist die Abdeckschicht 104 auf
dem oberen Substrat 16 und zwischen dem Array 62 und
dem Finger des Anwenders oder dem Taststift 64 angeordnet
(siehe zum Beispiel 3). In anderen Ausführungsformen
(in den Zeichnungen nicht dargestellt) ist das obere Substrat 16 alleine
für den Finger des Anwenders oder den Taststift konfiguriert,
um die Oberfläche davon einzudrücken, und die
Abdeckschicht 104 wird gänzlich weggelassen.
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Wenn
der Finger des Anwenders in Kontakt mit oder in unmittelbarere Nähe
der Berührungsoberfläche 14 ist, und
wenn der Touchscreen oder das Touchpad 10 in dem ersten
Modus der Fingerberührung betrieben wird, koppelt er das
von einer Ansteuerelektrode in unmittelbarster Nähe davon
bereitgestellte Ansteuersignal und reduziert im Allgemeinen proportional
die Menge an Kapazität zwischen solch einer Ansteuerelektrode
und ihrer korrespondierenden nahen Erkennungselektrode. Das heißt,
wenn sich der Finger des Anwenders quer über die Berührungsoberfläche 14 bewegt,
wird der Anteil des in Bezug auf die einzelnen Erkennungselektroden 41 bis 46 durch
den Finger gekoppelten Ansteuersignals reduziert und variiert, wodurch
eine zweidimensionale Messung einer Position des Fingers des Anwenders oberhalb
des eletrodenarrays 62 bereitgestellt wird.
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Zu
beachten ist jedoch, dass sich abhängig von der Dicke der
Berührungsschicht 104 und anderer Faktoren die
Kapazität zwischen Ansteuer- und Erkennungselektroden tatsächlich
erhöhen kann, wenn ein Finger eines Anwenders das Ansteuersignal
koppelt, indem er in die Nähe davon gebracht wird. Folglich
ist es im Allgemeinen genauer zu sagen dass sich solch eine Kapazität ändert,
wenn der Finger des Anwenders in die Nähe des Ansteuersignals
gebracht wird.
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Auf
diese Weise wird im Anschluss die Kapazität an einem einzelnen
Reihe-Spalte-Schnittpunkt, der der Position des Fingers des Anwenders
entspricht, bestimmt, wenn der Touchscreen oder das Touchpad 10 in
einem ersten Modus der Fingerberührung betrieben wird.
Indem alle Reihen und Spalten des Arrays 62 abgefragt werden,
kann eine Karte der Kapazitätsmessungen für alle
Knoten in dem Gitter erzeugt werden. Da jede Messung nur einen einzelnen
Gitterschnittpunkt überprüft, entstehen bei multiplen
Berührungen keine Messunklarheiten, wie im Falle einiger
Systeme mit Selbstkapazität. Um ferner ein Muster von n × n
Schnittstellen zu messen, werden in dem in den 1 bis 3 dargestellten Systems 10 nur
2n Pins auf einem IC benötigt. Folglich kann der Touchscreen
oder das Touchpad 10 konfiguriert werden, um die Reihen 41–45 und 21–25 abzufragen,
und dadurch zumindest eine Position des Fingers des Anwenders zu
detektieren. Der Touchscreen oder das Touchpad 10 kann
auch konfiguriert werden, um die von den Reihen und/oder Spalten
bereitgestellten Signale an einen Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 zu
multiplexen (siehe zum Beispiel 4).
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Zu
beachten ist, dass die ersten oder zweiten Mehrzahlen an Elektroden
als Ansteuer- oder Erkennungselektroden konfiguriert sein können,
und dass solche Mehrzahlen an Elektroden als verschachtelte Reihen
(wie in den 1 und 2 gezeigt)
konfiguriert sein können, als Reihen und Spalten, die sich einander
senkrecht schneiden, oder eine beliebige aus einer Reihe anderer,
Fachleuten bekannten oder in den oben zitierten Patenten und Patentanmeldungen
offenbarten Elektrodenkonfigurationen annehmen können.
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Der
Touchscreen oder das Touchpad 10 können ferner
konfiguriert werden, um multiple Berührungspositionen auf
dem Elektrodenarray 62 gleichzeitig oder im Wesentlichen
gleichzeitig zu erkennen. In einer Ausführungsform wird
ein Hauptrechner wird bei einer Frequenz von zum Beispiel 60 Hz
auf den neuesten Stand gebracht. Alle Reihen und Spalten des Arrays 62 werden
sequentiell abgefragt, um die Positionen beliebiger Fingerpositionen
zu bestimmen. Zu beachten ist, dass während des Betriebs
in einem ersten Modus der Touchscreen oder das Touchpad 10 konfiguriert
sein kann, um multiple Positionen der Fingerberührung gleichzeitig
oder im Wesentlichen gleichzeitig über dem Elektrodenarray 62 zu
erkennen, dass aber nur eine Position des beweglichen Taststifts
zu einer Zeit über dem Elektrodenarray 62 erkannt
werden kann, wenn der Touchscreen oder das Touchpad 10 in
einem zweite Modus mit beweglichem Taststift betrieben wird.
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In
der in den 1 und 2 veranschaulichten
Ausführungsform sind die Erkennungselektroden 41–46 in
Spalten angeordnet, und die Ansteuerelektroden 21–25 sind
in Reihen angeordnet, obwohl die Elektroden 41–46 auch
als Ansteuerelektroden konfiguriert sein können, und die
Elektroden 21–25 als Erkennungselektroden
konfiguriert sein können. Zum Beispiel wird während
der Erkennung Elektrode 21 angesteuert, und Erkennungsmessungen
werden an allen Elektroden 41–46 vorgenommen.
Anschließend wird die Ansteuerelektrode 22 angesteuert,
gefolgt von einer weiteren Serie of Erkennungsmessungen an den Erkennungselektroden 41–46.
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Weiterhin
Bezug nehmend auf die 1 und 2 zeigt
der Elektrodenarray 62 eine gute Ansteuer- und Erkennungselektrodeninteraktion
sowie Sensitivität, da die elektrostatischen Feldlinien
an den Grenzen zwischen nebeneinander liegender einzelner Ansteuer-
und Erkennungselektroden konzentriert sind. Das vom Elektrodenarray 62 erzeugte
Gesamtsignal wird durch verschachtelte Teile der einzelnen Ansteuer-
und Erkennungselektroden 21–25 und 41–46 erhöht.
Für Fachleute wird jetzt ersichtlich, dass zahlreiche verschiedene
Elektrodenverschachtelungs- und Elektrodenarraykonfigurationen verwendet
werden können, die sich von den gezeigten oder explizit
in den Zeichnungen oder der Beschreibung beschriebenen unterscheiden,
und doch in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
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In
einer Ausführungsform, in der die oben in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen
Prinzipien verwendet werden, werden die Werte für die einzelnen
Kapazitäten, die mit den auf den Substraten 16 bzw. 18 befestigten
Erkennungselektroden 41 bis 46 bzw. Ansteuerelektroden 21 bis 25 assoziiert sind,
durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 (siehe
zum Beispiel 6) überwacht oder gemessen,
wie auch die Betriebszustände jeglicher zusätzlicher
Schalter, die in Verbindung damit bereitgestellt werden könnten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein 125 kHz Rechteckansteuersignal
durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 (siehe
zum Beispiel 6) an die Ansteuerelektroden 21 bis 25 angelegt,
so dass das Ansteuersignal kontinuierlich an die Elektroden 21 bis 25 angelegt
wird, obwohl Fachleute verstehen, dass auch andere Arten von Ansteuersignalen
erfolgreich verwendet werden können. In der Tat braucht
das Ansteuersignal nicht durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 zugeführt
werden und wird in einigen Ausführungsformen durch einen
separaten Ansteuersignalschaltkreis bereitgestellt. In einer bevorzugten
Ausführungsform sind jedoch der Ansteuersignalschaltkreis
und der Kapazitätserkennungsschaltkreis in einem einzigen Schaltkreis
oder integrierten Schaltkreis enthalten.
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Der
Elektrodenarray 62 kann eine oder mehr Erdungsverfolgungen
(ground traces) aufweisen, die zum Beispiel zwischen der einzelnen
Ansteuerelektrode 21 und der einzelnen Erkennungselektrode 41 in
einer singulären Erkennungszelle angeordnet sind. Die direkte
Kopplung eines elektrischen Feldes zwischen der Ansteuerelektrode 21 und
der Erkennungselektrode 41 wird dabei vermindert, so dass
die Mehrheit der Kopplungsfeldlinien in dem elektrischen Feld von
einem Finger oder Taststift unterbrochen werden können
anstatt direkt zwischen den Elektroden 21 und 41 gezogen
zu werden, ein Effekt, der in der Gegenwart von Feuchtigkeit oder
Wasserdampf besonders ausgeprägt werden kann. Eine derartige Ausführungsform
blockiert ferner kurze starke elektrische Felder für eine
Projektion durch eine darüberliegende Glas- oder Kunststoffschicht,
wodurch im System 10 ungewollte Kapazität reduziert
wird. In anderen Ausführungsformen ist im Elektrodenarray 62 keine
derartige Erdungsverfolgung eingeschlossen. Weitere Details betreffend
die Verwendung eines Erdleiters können in der U.S. Patentanmeldung
Nr. 11/945,832 von Harley mit dem Titel ”Capacitive Sensing
Input Device with Reduced Sensitivity to Humidity and Condensation”,
eingereicht am 27. November 2007, gefunden werden, die in ihrer
Gänze durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird.
-
In
einer Ausführungsform, und wie in 3 gezeigt,
ist die Berührungsschicht, das Deckglas oder die Kunststoffschicht 104 über
dem Elektrodenarray 62 angeordnet und etwa 0.15 mm dick,
und in bevorzugten Ausführungsformen zwischen etwa 0.05 mm
und etwa 0.5 mm dick. Der Elektrodenarray 62 stellt eine
Kapazitätsänderung von annähernd 0.25 pF
bereit, nachdem ein Finger eines Anwenders in seine Nähe
gebracht wurde, wenn der Touchscreen oder das Touchpad 10 in
einem ersten Modus der Fingerberührung betrieben wird.
-
3 zeigt
ferner einen beweglichen Taststift 64, der einen an seinem
distalen Ende angeordneten Schaltknopf (barrel button) 67 aufweist.
In einer Ausführungsform des beweglichen Taststifts 64 ist
der Schaltknopf oder Schalter 67 am distalen Ende davon
angeordnet und konfiguriert, um in die Oberfläche 14 des
Touchscreens oder Touchpads 10 einzugreifen, wenn ein Anwender
den Taststift 64 verwendet, um zu schreiben oder um Zeichen
oder Symbole auszuwählen, die auf dem Touchscreen oder
Touchpad 10 angezeigt oder dargestellt werden. Der Schaltknopf
oder Schalter 67 kann auch konfiguriert werden, um den
Betrieb des Touchscreens oder Touchpads 10 in einem zweiten
Modus mit einem beweglichen Taststift einzuschalten oder anzusteuern, wenn
er gedrückt ist oder auf oder nahe der Oberfläche 14 platziert
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der bewegliche
Taststift 64 einen Taststiftansteuerschaltkreis auf, der
konfiguriert ist, um ein von diesem ausgegebenes Bewegungssignal 69 zu
generieren, wobei das Bewegungssignal 69 ein Radiofrequenz-
oder RF-Signal ist. Ein derartiger Taststiftansteuerschaltkreis
kann in einen integrierten Schaltkreis eingebaut sein, der in dem
beweglichen Taststift 64 angeordnet ist, und kann durch
verschiedene Mittel angetrieben werden, wie zum Beispiel eine oder
mehr primäre oder wieder aufladbare Batterien, die in dem
beweglichen Taststift 64 enthalten sind, oder einen oder
mehr Kondensatoren, die von einem Kondensatorladeschaltkreis geladen
werden können, wenn der bewegliche Taststift 64 in
einen Taststifthalter oder in eine in der Vorrichtung 100 gebildete
Aufnahme platziert wird. Falls die eine oder mehr Batterien, die
in dem beweglichen Taststift 64 verwendet werden, wieder
aufladbar sind, können sie von einem Batterieladeschaltkreis
geladen werden, wenn der bewegliche Taststift 64 in einen
Taststifthalter oder in eine in der Vorrichtung 100 gebildete
Aufnahme platziert wird. Repräsentative RF Frequenzen des
von dem Taststiftansteuerschaltkreis generierten Bewegungssignals 69 können
im Bereich zwischen etwa 120 kHz und etwa 130 kHz liegen. Zu beachten ist,
dass in einer bevorzugten Ausführungsform das von dem beweglichen
Taststift 64 ausgegebene Bewegungssignal 69 die
Amplitude, Phase und Frequenz eines bevorzugten Rechteckausgangssignal von
den Ansteuerelektroden 63 imitiert, wenn solche Ansteuerelektroden
in dem ersten Modus der Fingerberührung betrieben werden.
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Der
bewegliche Taststift 64 ist betriebsbereit, wenn der Touchscreen
oder das Touchpad 10 in dem zweiten Modus mit dem beweglichen
Taststift betrieben wird, wobei alle ersten Reihen oder Spalten
der Ansteuerelektroden 63 (die in dem zweiten Modus als
Erkennungselektroden operieren) und alle zweiten Reihen oder Spalten
der Erkennungselektroden 65 im Wesentlichen simultan vom
Elektrodenerkennungsschaltkreis 72 abgefragt werden (siehe
die 4 und 5). Das heißt, die
Ansteuerelektroden 63 werden vom Betrieb als Ansteuerelektroden
in einem ersten Modus der Fingerberührung in einen Betrieb
als Erkennungselektroden in einem zweiten Modus mit einem Taststift
umgewandelt, in dem sämtliche Elektroden 63 und 65 als
Erkennungselektroden operieren. Ein Operieren auf diese Weise erfordert, dass
A/D Wandler für jede der Signalleitungen, die zu den Ansteuerelektroden
weitergeleitet werden, in ähnlicher Weise bereitgestellt
werden, in der A/D Wandler derzeit in dem AVAGOTM AMRI-2000
integrierten Schaltkreis bereitgestellt werden. IN einer Ausführungsform,
und wie oben erwähnt, ist das von dem beweglichen Taststift 64 ausgegebene
Bewegungssignal 69 ein Radiofrequenz(RF)-Signal. Die Position
des Bewegungssignals 69 auf dem Touchscreen oder Touchpad 10 wird
von den Ansteuerelektroden 65 (umgewandelt für
einen Betrieb als zusätzliche Erkennungselektroden, wenn
der Touchscreen oder das Touchpad 10 in dem zweiten Modus
mit dem beweglichen Taststift betrieben wird) und der Erkennungselektroden 63 erkannt.
Die genaue Position des Schaltknopfs oder Schalters 67 auf
dem Touchscreen oder Touchpad 10 wird vorzugsweise zwischen
nebeneinander liegenden Elektroden entsprechend Fachleuten bekannten
Verfahren zur Positionsinterpolation interpoliert.
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Der
zweite Modus des Touchscreens oder Touchpads 10 mit einem
beweglichen Taststifts kann auf eine Reihe unterschiedlicher Arten
aktiviert werden, wie zum Beispiel durch Entfernen des beweglichen
Taststifts 64 aus einem Taststifthalter, die in die transportable
elektronische Vorrichtung 100 integriert ist, durch Einschalten
des Schaltknopfes oder Schalters 67, der an oder nahe der
Spitze des beweglichen Taststifts 64 angeordnet ist, oder
durch Ausschalten des Schaltknopfes oder Schalters 67,
der an oder nahe der Spitze des beweglichen Taststifts 64 angeordnet
ist. Alternative kann der bewegliche Taststift 64 von einem
Anwender eingeschaltet werden, indem ein Schalter an der Spitze
oder Seite des beweglichen Taststifts 64 in ähnlicher
Weise gedrückt oder anderweitig eingeschaltet wird, wie
sie zum Beispiel beim Einschalten für den Gebrauch eines
Kugelschreibers verwendet wird. Fachleute werden jetzt erkennen,
dass unzählige andere Verfahren verwendet werden können,
um ein Umschalten des Betriebs des Touchscreens oder Touchpads 10 vom
ersten Modus in den zweiten Modus, oder umgekehrt, zu veranlassen.
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Der
bewegliche Taststift 64 kann für einen kabellosen
Betrieb konfiguriert sein oder für einen Betrieb mit einem
Kabel, das den Taststift 64 mit der Vorrichtung 100 verbindet.
In einigen Ausführungsformen ist de bewegliche Taststift
batterielos und kann zum Beispiel konfiguriert sein, um elektromagnetische
Energie von einem bereichsgemäßen Lesegerät
(in-range reader) des Typs zu erhalten, der in einigen RFID Systemen
verwendet wird. Der bewegliche Taststift 64 kann ferner
konfiguriert werden, um eine darin angeordnete integrierte Schaltung
zu versorgen, welche die erhaltene elektromagnetische Energie als
Versorgungsquelle verwendet. Verschiedene induktive Mittel und Verfahren,
die Fachleuten bekannt sind, können ebenfalls verwendet
werden, um den beweglichen Taststift 64 zu versorgen. In
einer anderen Ausführungsform werden RF oder andere kontoll-kodierte
Signale, die von geeigneten, in der Vorrichtung 100 angeordneten
Schaltungen generiert werden, an den beweglichen Taststift 64 übertragen, wo
sie dekodiert und in ein Bewegungssignal 69 zur Emission
vom beweglichen Taststift 64 umgewandelt werden. Die zur
Versorgung der Taststiftansteuerschaltung notwendige elektrische
Energie kann von dem kodierten Signal erhalten werden, das von der Vorrichtung 100 übertragen
und vom beweglichen Taststift 64 empfangen wurde. Das vom
beweglichen Taststift 64 ausgegebene Bewegungssignal 69 kann ferner
konfiguriert werden, um eine kodierte Frequenz- oder Phaseninformation
zu enthalten, die vom Elektrodenansteuer- und -erkennungsschaltkreis 72 verwendet
werden kann, um Synchronie zwischen dem beweglichen Taststift 64 und
dem Touchscreen oder Touchpad 10 aufrechtzuerhalten.
-
Bezug
nehmend auf 4 wird ein Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 gezeigt,
wenn der Elektrodenarray 62 und der Schaltkreis 72 in
einem ersten Modus der Fingerberührung betrieben werden.
In einem derartigen ersten Modus weisen die Ansteuerelektroden 63 diesen
in sequentieller Weise bereitgestellte Ansteuersignale auf, wobei
die Ansteuersignale mit den Erkennungselektroden 65 interagieren
und von diesen erkannt werden. In einer Ausführungsform
werden die Werte für die einzelnen Kapazitäten,
die mit den Erkennungselektroden 65 bzw. Ansteuerelektroden 63 assoziiert
sind, durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 (siehe
zum Beispiel 6) überwacht oder gemessen,
wie auch die Betriebszustände jeglicher zusätzlicher
Schalter, die in Verbindung damit bereitgestellt werden könnten.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform wird ein 125 kHz Rechteckansteuersignal
durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 (siehe
zum Beispiel 6) an die Ansteuerelektroden 63 angelegt, so
dass das Ansteuersignal kontinuierlich an die Ansteuerelektroden
Ansteuer_1 bis Ansteuer_8 angelegt wird, obwohl Fachleute verstehen,
dass auch andere Arten von Ansteuersignalen erfolgreich verwendet
werden können. In der Tat braucht das Ansteuersignal nicht
durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 zugeführt
werden und wird in einigen Ausführungsformen durch einen
separaten Ansteuersignalschaltkreis bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind jedoch der Ansteuersignalschaltkreis und der Kapazitätserkennungsschaltkreis in
einem einzigen Schaltkreis oder integrierten Schaltkreis 72 enthalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die
genaue Position des Fingers eines Anwenders auf dem Touchscreen
oder Touchpad 10 in Bezug auf den Elektrodenarray 62 zwischen
den Elektroden interpoliert.
-
Bezug
nehmend auf 5 wird ein Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 gezeigt,
wenn der Elektrodenarray 62 und der Schaltkreis 72 in
einem zweiten Modus mit einem beweglichen Taststift betrieben werden.
In einem derartigen zweiten Modus weisen die Ansteuerelektroden 63 keine
an diese bereitgestellten Ansteuersignale auf und operieren stattdessen
als Erkennungselektroden Erkennung_13 bis Erkennung_20 zusätzlich
zu den Erkennungselektroden Erkennung_1 bis Erkennung_12. In einer
Ausführungsform werden die Werte für die einzelnen
Kapazitäten, die mit den Erkennungselektroden 65 bzw.
den als Erkennungselektroden operierenden Ansteuerelektroden 63 assoziiert
sind, durch den Kapazitätserkennungsschaltkreis 72 (siehe
zum Beispiel 6) überwacht oder gemessen,
wie auch die Betriebszustände jeglicher zusätzlicher
Schalter, die in Verbindung damit bereitgestellt werden könnten.
Wenn der Touchscreen oder das Touchpad 10 und der Schaltkreis 72 in
dem zweiten Betriebsmodus mit beweglichem Taststift operieren, werden
alle Elektroden Erkennung_1 bis Erkennung_20 aktiviert, um nur als
Erkennungselektroden zu operieren, und konfiguriert, um die Position des
Bewegungssignals 69 auf dem Touchscreen oder Touchpad zu
detektieren. Das heißt, alle ersten Reihen oder Spalten
der Ansteuerelektroden, die als Erkennungselektroden operieren,
und alle zweiten reihen oder Spalten der Erkennungselektroden werden
von der Elektrodenansteuer- und -erkennungsschaltung 72 gleichzeitig
abgefragt, wenn der Touchscreen oder das Touchpad im zweiten Modus
betrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die
Erkennungselektroden Erkennung_1 bis Erkennung_20 und der Schaltkreis 72 konfiguriert, um
die Position des stärksten Bewegungssignals 69, das
vom beweglichen Taststift 64 auf oder nahe dem Touchscreen
oder Touchpad ausgegeben wird, zu detektieren und zu interpolieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der
Ansteuersignalschaltkreis und der Kapazitätserkennungsschaltkreis in
einen einzigen Schaltkreis oder eine integrierte Schaltung 72 eingebaut.
Zu beachten ist auch, dass die Elektrodenansteuer- und -erkennungsschaltung 72 in
den 4 und 5 ferner A/D Wandler für
jeder der ersten reihen oder Spalten der Ansteuerelektroden 63 aufweist,
wobei die A/D Wandler konfiguriert sind, um ein Betreiben der ersten
Reihen oder Spalten der Ansteuerelektroden 63 als Erkennungselektroden
zu ermöglichen, wenn der Touchscreen oder das Touchpad
im zweiten Modus betrieben wird.
-
6 zeigt
eine Ausführungsform eines Schaltkreises zur Ansteuerung
und Erkennung des Touchscreens oder Touchpads 10. Zum Beispiel kann
eine modifizierte AVAGOTM AMRI-2000 integrierte
Schaltung verwendet werden, um die Funktionen des Kapazitätserkennungsschaltkreises 72 auszuüben,
wobei eine derartige integrierte Schaltung im Einklang mit den oben
in Bezug auf die Konfiguration der Ansteuerelektroden 63 dargelegten
Lehren modifiziert wird, so dass diese als Ansteuerelektroden operieren
können, wenn der Topuchscreen oder das Touchpad 10 in
dem ersten Modus betrieben wird, sowie als zusätzliche
Erkennungselektroden, wenn der Topuchscreen oder das Touchpad 10 in
dem zweiten Modus betrieben wird.
-
Während
des Betriebs in dem ersten Modus der Fingerberührung wird
vom Signalgenerator 74 eine AC Spannungsform mit niedriger
Impedanz (zum Beispiel ein 100 kHz Rechtecksignal) an die Ansteuerelektrode 21 (nicht
gezeigt in 6, aber in den 1 und 2)
bereitgestellt. Ein Operationsverstärker 76 mit
einem Feedback-Kondensator 78 ist mit einer Erkennungselektrode
verbunden und hält die Erkennungsleitung in der virtuellen
Masse (virtual ground). Der Verstärker 76 fungiert
als Aufladung für den Spannungswandler und stellt eine Spannungsmessung
der durch den Kondensator 78 induzierten Ladung bereit.
Durch den Demodulator 82 wird eine synchrone Demodulation
bewirkt und mit nachfolgender Filterung verwendet, um Niedrigfrequenz-Amplitudenänderungen,
die durch Änderungen in der erkannten Kapazität
verursacht werden, zu entnehmen. Ein variabler Kondensator 84 zeigt
die wechselseitige Kapazität zwischen den Ansteuer- und
Erkennungselektroden an, wenn er durch die Gegenwart eines Fingers
moduliert wird. Der Feedback-Kondensator 78 bestimmt die
Verstärkung des Touchscreens oder Touchpads 10.
Fachleute werden erkennen, dass zahlreiche andere Schaltungen als die
in 6 gezeigte verwendet werden können, um den
Elektrodenarray 62 der Erfindung anzusteuern und zu erkennen.
-
Die
vom Elektrodenarray 62 und der Schaltung 72 bereitgestellten
Ausgangssignale werden vorzugsweise zum Beispiel über einen
serielle I2C-kompatible oder Serial Pheripheral Interface (SPI)
Datenbus an einen Hautprozessor geleitet. Zum Beispiel kann eine
modifizierte AVAGOTM AMRI-2000 integrierte
Schaltung programmiert werden, um über derartige Datenbusse
Ausgangssignale an einen Hauptprozessor bereitzustellen. Der Hauptprozessor
kann die von der AMRI-2000 integrierten Schaltung bereitgestellte
Information verwenden, um ein Display zu regeln.
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7 zeigt
eine Ausführungsform einer portablen handgeführten
elektronischen Vorrichtung 100, die einen Touchscreen oder
ein Touchpad 10 aufweist, eine Tastatur 110 und
einen beweglichen Taststift 64, der einen Schaltknopf oder
Schalter 67 aufweist. Der bewegliche Taststift kann in
einem Taststifthalter oder einer Aufnahme, die in der Vorrichtung 100 angeordnet
ist, untergebracht sein, wenn er nicht in Gebrauch ist. Beispiele
für portable handgeführte elektronische Vorrichtungen,
in die ein Touchscreen oder Touchpad 10 integriert sein
kann, umfassen LCDs, Computerdisplays, Laptop-Coputer, Personal Data
Assistants (PDAs), Mobiltelefone, Radios, MP3 Player, tragbare Musikanlagen
und andere Vorrichtungen.
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8 veranschaulicht
eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines
Touchscreens oder Touchpads, welches die Schritte 200 bis 270 aufweist.
In Schritt 200 wird bestimmt, ob der bewegliche Taststift 64 in
dem Taststifthalter oder der Aufnahme ist. Falls der bewegliche
Taststift 64 in dem Taststifthalter oder der Aufnahme ist,
oder falls der zweite Betriebsmodus mit dem beweglichen Taststift
anderweitig nicht aufgenommen wird, wird die Vorrichtung 100 weiter
in dem ersten Modus der Fingerberührung betrieben, wie
in den Schritten 210 bis 230 dargestellt, wobei
die Position oder der Ort des Fingers eines Anwenders auf dem Touchpad
oder Touchscreen 10 bestimmt wird. Falls der bewegliche Taststift 64 nicht
in dem Taststifthalter oder der Aufnahme ist, oder falls der zweite
Betriebsmodus mit dem beweglichen Taststift anderweitig aufgenommen wird,
wird die Vorrichtung 100 weiter in dem zweiten Modus mit
dem beweglichen Taststift betrieben, wie in den Schritten 240 bis 270 dargestellt,
wobei die Position oder der Ort des beweglichen Taststifts auf dem
Touchpad oder Touchscreen 10 bestimmt wird.
-
Während
angenommen wird, dass die primäre Verwendung des Touchscreens
oder Touchpads 10 wahrscheinlich im Kontext relativ kleiner
portabler Vorrichtungen sowie den Touchpads und Touchscreens davon
liegt, können sie ebenfalls in Kontext von größeren
Vorrichtungen wertvoll sein, wie zum Beispiel Tastaturen von Desktop-Computern
oder andere wenig tragbare Vorrichtungen, wie zum Beispiel Heimtrainer,
industrielle Kontrollgeräte, Waschmaschinen, und dergleichen.
Während in ähnlicher Weise angenommen wird, dass
viele Ausführungsformen der Erfindung am wahrscheinlichsten
für die Bedienung mit einem Finger eines Anwenders konfiguriert sind,
können einige Ausführungsformen auch für
die Bedienung mit anderen Vorrichtungen oder Körperteilen
konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die Erfindung auf oder in der
Handauflage einer Tastatur angeordnet sein und vom Ballen der Hand
des Anwenders eingeschaltet werden. Weiterhin ist die Erfindung
in ihrem Umfang nicht darauf beschränkt, in Spalten angeordnete
Elektroden anzusteuern und in Reihen angeordnete Elektroden zu erkennen.
Stattdessen sind Reihen und Spalten in Bezug auf Erkennungs- und
Ansteuerelektroden austauschbar.
-
Zu
beachten ist ferner, dass im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
Verfahren zur Herstellung und Produktion der hierin beschriebenen verschiedenen
Komponenten, Vorrichtungen und Systeme eingeschlossen sind.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sollten vielmehr als
Beispiele betrachtet werden, und nicht als einschränkend
für den Schutzbereich der Erfindung. Zusätzlich
zu den vorigen Ausführungsformen zeigt eine Durchsicht
der genauen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen,
dass es weitere Ausführungsformen gibt. Demzufolge fallen
viele Kombinationen, Permutationen, Abwandlungen und Modifikationen,
die hierin nicht explizit dargestellt sind, nichtsdestotrotz in
den Schutzbereich der Erfindung.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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