DE102010012961B4 - Sensor device and method for approach and touch detection - Google Patents

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Abstract

Durch die Erfindung wird eine Sensoreinrichtung be, eine Empfangselektrode und eine Feldmesselektrode aufweist. Die Sensoreinrichtung bzw. die Empfangselektrode kann in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. In dem ersten Betriebsmodus wird die Annäherung bzw. die Berührung der Sendeelektrode und der Empfangselektrode durch eine Hand detektiert. Sobald die Annäherung bzw. die Berührung detektiert worden ist, schaltet die Sensoreinrichtung in den zweiten Betriebsmodus um, in welchem eine weitere Annäherung an die Sensoreinrichtung detektiert wird. In dem ersten Betriebsmodus wird die Empfangselektrode in einem Empfangsmodus betrieben, in dem zweiten Betriebsmodus wird die Empfangselektrode als weitere Sendeelektrode betrieben. Bereitgestellt wird durch die Erfindung auch ein Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.The invention will be a sensor device be, having a receiving electrode and a Feldmesselektrode. The sensor device or the receiving electrode can be operated in a first operating mode and in a second operating mode. In the first mode of operation, the approach of the transmitting electrode and the receiving electrode is detected by a hand. As soon as the approach or the touch has been detected, the sensor device switches to the second operating mode, in which a further approach to the sensor device is detected. In the first operating mode, the receiving electrode is operated in a receiving mode, in the second operating mode, the receiving electrode is operated as a further transmitting electrode. The invention also provides a method for approach and touch detection with a sensor device according to the invention.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Annäherungs- und Berührungsdetektion, insbesondere zur Detektion einer Annäherung an ein elektrisches Gerät bzw. einer Berührung eines elektrischen Gerätes durch ein Objekt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.The invention relates to a sensor device for approach and touch detection, in particular for detecting an approach to an electrical device or a touch of an electrical device by an object. Furthermore, the invention relates to a method for approach and touch detection with a sensor device according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik sind kapazitive Sensoreinrichtungen bekannt, welche beispielsweise an einem Handgerät angeordnet werden können, um eine Annäherung an das Handgerät durch eine Hand zu detektieren. Aufgrund einer Veränderung der dielektrischen Eigenschaften im Bereich der Sensorelektroden der kapazitiven Sensoreinrichtung kann auf eine Annäherung, beispielsweise einer Hand, an die Sensoreinrichtung geschlossen werden.In the prior art capacitive sensor devices are known, which can be arranged for example on a handset to detect an approach to the handset by a hand. Due to a change in the dielectric properties in the region of the sensor electrodes of the capacitive sensor device, an approximation, for example of a hand, to the sensor device can be concluded.

Nachteilig ist hierbei, dass nicht eindeutig zwischen einer Annäherung an das Handgerät und einem Berühren des Handgerätes unterschieden werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nach einer Detektion einer Berührung durch eine Hand eine weitere Annäherung an die Sensoreinrichtung, etwa einer zweiten Hand, nicht mehr zuverlässig detektierbar ist.The disadvantage here is that it can not be clearly distinguished between an approach to the handset and a touch of the handset. Another disadvantage is that after a detection of a touch by a hand, a further approach to the sensor device, such as a second hand, is no longer reliably detectable.

Aus der DE 697 19 321 T2 und der DE 697 18 069 T2 ist ein kapazitiver Sensor mit einer Sendeelektrode und zwei Empfangselektroden bekannt. Die Sendeelektrode ist mit einer Wechselstrom-Quelle gekoppelt, um die Sendeelektrode mit einem Signal zu beaufschlagen. Die Empfangselektroden sind mit Empfängerstufen gekoppelt, um eine Änderung des elektrischen Feldes zwischen der Sendeelektrode und den Empfangselektroden zu detektieren. Ferner kann vorgesehen sein, eine Empfangselektrode mit einem AC-Signal zu beaufschlagen.From the DE 697 19 321 T2 and the DE 697 18 069 T2 For example, a capacitive sensor with a transmitting electrode and two receiving electrodes is known. The transmit electrode is coupled to an AC source to provide a signal to the transmit electrode. The receiving electrodes are coupled to receiver stages to detect a change in the electric field between the transmitting electrode and the receiving electrodes. Furthermore, it can be provided to apply a receiving electrode to an AC signal.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, welche es ermöglichen, ein Berühren eines Handgerätes, beispielsweise durch eine Hand, zu detektieren und nach dem Berühren des Handgerätes durch die Hand eine weitere Annäherung an das Handgerät, beispielsweise einer zweiten Hand, zuverlässig zu detektieren.The invention is therefore based on the object to provide solutions which make it possible to detect a touch of a handset, for example by a hand, and after touching the handset by hand, a further approach to the handset, such as a second hand, reliable to detect.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a sensor device and a method for approach and touch detection according to the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bereitgestellt wird demnach eine Sensoreinrichtung, umfassend zumindest eine Sendeelektrode, zumindest eine Empfangselektrode und zumindest eine Feldmesselektrode, wobei die Empfangselektrode in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. Die Sensoreinrichtung umfasst des Weiteren eine Auswerteeinrichtung, welche mit der Sendeelektrode, der Empfangselektrode und der Feldmesselektrode gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung ist ausgestaltet, die Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal zu beaufschlagen, in dem ersten Betriebsmodus ein an der Empfangselektrode abgegriffenes erstes elektrisches Signal auszuwerten, und in dem zweiten Betriebsmodus die Empfangselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal zu beaufschlagen, und ein an der Empfangselektrode abgegriffenes zweites elektrisches Signal auszuwerten. In dem ersten Betriebsmodus ist ein an der Sendeelektrode emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld in die Empfangselektrode und in die Feldmesselektrode einkoppelbar. In dem zweiten Betriebsmodus sind ein an der Sendeelektrode emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld und ein an der Empfangselektrode emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld in die Feldmesselektrode einkoppelbar.Accordingly, a sensor device is provided, comprising at least one transmitting electrode, at least one receiving electrode and at least one field sensing electrode, wherein the receiving electrode can be operated in a first operating mode and in a second operating mode. The sensor device further comprises an evaluation device, which is coupled to the transmitting electrode, the receiving electrode and the Feldmesselektrode. The evaluation device is designed to apply a first electrical alternating signal to the transmitting electrode, to evaluate a first electrical signal picked up at the receiving electrode in the first operating mode, and to apply a second alternating electrical signal to the receiving electrode in the second operating mode, and a tapped off at the receiving electrode evaluate second electrical signal. In the first operating mode, a first alternating electric field, which is emitted at the transmitting electrode, can be coupled into the receiving electrode and into the field measuring electrode. In the second operating mode, a first alternating electric field emitted at the transmitting electrode and a second alternating electric field emitted at the receiving electrode can be coupled into the field measuring electrode.

Damit wird es in vorteilhafter Weise möglich, eine kapazitive Sensoreinrichtung sowohl zur Annäherungs- als auch zur Berührungsdetektion zu verwenden, wobei insbesondere eine weitere Annäherung an die Sensoreinrichtung detektiert werden kann, nachdem ein Berühren der Sensoreinrichtung detektiert worden ist. Weil die Empfangselektrode in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei die Empfangselektrode in dem zweiten Betriebsmodus mit einem Wechselsignal beaufschlagt wird, kann die Detektionsgenauigkeit der Annäherungsdetektion in dem zweiten Betriebsmodus wesentlich verbessert werden.This makes it possible in an advantageous manner to use a capacitive sensor device both for proximity and for touch detection, wherein in particular a further approach to the sensor device can be detected after touching the sensor device has been detected. Because the receiving electrode is operable in a first mode of operation and in a second mode of operation wherein an alternating signal is applied to the receiving electrode in the second mode of operation, the detection accuracy of the proximity detection in the second mode of operation can be substantially improved.

In dem ersten Betriebsmodus kann das an der Empfangselektrode angegriffene erste elektrische Signal indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die Sensoreinrichtung sein. In dem zweiten Betriebsmodus kann das an der Feldmesselektrode abgegriffene zweite elektrische Signal indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die Sensoreinrichtung sein.In the first operating mode, the first electrical signal attacked at the receiving electrode may be indicative of an approach of an object to the sensor device. In the second mode of operation, the second electrical signal sensed at the field sensing electrode may be indicative of an approach of an object to the sensor device.

Besonders vorteilhaft ist es, dem ersten Betriebsmodus einen ersten Schwellenwert zuzuordnen und die Auswerteeinrichtung so auszugestalten, dass sie von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wechseln kann, sobald das erste elektrische Signal den ersten Schwellenwert überschreitet.It is particularly advantageous to assign a first threshold value to the first operating mode and to design the evaluation device in such a way that it switches from the first operating mode to the second operating mode Operating mode can change as soon as the first electrical signal exceeds the first threshold.

Dem zweiten Betriebsmodus kann ein zweiter Schwellenwert zugeordnet werden, wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet sein kann, den zweiten Schwellenwert in Abhängigkeit von dem ersten Schwellenwert zu wählen. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der zweite Schwellenwert, dessen Überschreiten beispielsweise eine Aktion in einem elektrischen Handgerät auslösen kann, im Wesentlichen immer im gleichen Abstand eines Objektes zu der Sensoreinrichtung entspricht. Das bedeutet, dass der zweite Schwellenwert immer so gewählt wird, dass die dem Schwellenwert zugeordnete Aktion immer bei dem gleichen Abstand eines an sich an die Sensoreinrichtung annäherndes Objekt ausgelöst wird.The second operating mode may be assigned a second threshold value, wherein the evaluation device may be configured to select the second threshold value as a function of the first threshold value. This advantageously achieves the effect that the second threshold value, the crossing of which, for example, can trigger an action in an electrical hand-held device, essentially always corresponds at the same distance from an object to the sensor device. This means that the second threshold is always chosen such that the action associated with the threshold is always triggered at the same distance from an object approaching the sensor device.

Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhafterweise ausgestaltet, ein erstes Detektionssignal bereitzustellen, sobald das erste elektrische Signal den ersten Schwellenwert überschreitet, und ein zweites Detektionssignal bereitzustellen, sobald das zweite elektrische Signal den zweiten Schwellenwert überschreitet.The evaluation device is advantageously designed to provide a first detection signal as soon as the first electrical signal exceeds the first threshold value, and to provide a second detection signal as soon as the second electrical signal exceeds the second threshold value.

Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung eine Kompensationselektrode aufweisen, welche mit der Auswerteeinrichtung koppelbar ist. Die Auswerteeinrichtung kann ausgestaltet sein, in dem ersten Betriebsmodus die Kompensationselektrode mit einem dritten elektrischen Wechselsignal zu beaufschlagen, wobei die Phase und/oder die Amplitude des dritten elektrischen Wechselsignals verschieden von der Phase und/oder der Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals ist.Furthermore, the sensor device can have a compensation electrode, which can be coupled to the evaluation device. The evaluation device can be configured to apply a third alternating electrical signal to the compensation electrode in the first operating mode, the phase and / or the amplitude of the third alternating electrical signal being different from the phase and / or the amplitude of the first alternating electrical signal.

Vorteilhafterweise sind die Kompensationselektrode, die Empfangselektrode und die Feldmesselektrode so relativ zueinander angeordnet, dass ein an der Kompensationselektrode emittiertes elektrisches Wechselfeld im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode eingekoppelt werden kann.Advantageously, the compensation electrode, the receiving electrode and the Feldmesselektrode are arranged relative to each other so that an electric alternating field emitted at the compensation electrode can be coupled substantially only in the receiving electrode.

Mit Hilfe des an der Kompensationselektrode emittierten elektrischen Wechselfeldes kann die Sensivität der Sensoreinrichtung in dem ersten Betriebsmodus eingestellt werden.With the aid of the alternating electric field emitted at the compensation electrode, the sensitivity of the sensor device can be adjusted in the first operating mode.

Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung bereitgestellt, wobei die Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal beaufschlagt wird, so dass an der Sendeelektrode ein erstes elektrisches Wechselfeld emittiert wird, welches in die Empfangselektrode und in die Feldmesselektrode einkoppelbar ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein an der Empfangselektrode abgegriffenes erstes elektrisches Signal ausgewertet wird, und wobei in dem zweiten Betriebsmodus die Empfangselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal beaufschlagt wird, so dass an der Empfangselektrode ein zweites elektrisches Wechselfeld emittiert wird, welches in die Feldmesselektrode einkoppelbar ist, und ein an der Feldmesselektrode abgegriffenes zweites elektrisches Signal ausgewertet wird.The invention also provides a method for approach and touch detection with a sensor device according to the invention, wherein the transmitting electrode is acted on by a first alternating electrical signal, so that a first alternating electric field is emitted at the transmitting electrode, which can be coupled into the receiving electrode and into the field measuring electrode is, wherein in the first operating mode, a tapped off at the receiving electrode first electrical signal is evaluated, and wherein in the second operating mode, the receiving electrode with a second alternating electrical signal is applied, so that at the receiving electrode, a second alternating electric field is emitted, which in the Feldmesselektrode can be coupled, and a tapped at the Feldmesselektrode second electrical signal is evaluated.

Dem ersten Betriebsmodus kann ein erster Schwellenwert zugeordnet werden, welcher indikativ für eine Berührung der Sensoreinrichtung durch ein Objekt ist, wobei die Sensoreinrichtung von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wechselt, sobald das erste elektrische Signal den ersten Schwellenwert überschreitet.The first mode of operation may be associated with a first threshold indicative of contact of the sensor device with an object, the sensor device changing from the first mode of operation to the second mode of operation as soon as the first electrical signal exceeds the first threshold.

Dem zweiten Betriebsmodus kann ein zweiter Schwellenwert zugeordnet werden, welcher indikativ für eine Annäherung des Objektes an die Sensoreinrichtung ist, wobei der zweite Schwellenwert in Abhängigkeit vom ersten Schwellenwert gewählt wird.The second operating mode may be assigned a second threshold which is indicative of an approach of the object to the sensor device, wherein the second threshold value is selected in dependence on the first threshold value.

In dem ersten Betriebsmodus kann die Kompensationselektrode mit einem dritten elektrischen Wechselsignal beaufschlagt werden, wobei die Phase und/oder die Amplitude des dritten elektrischen Wechselsignals verschieden von der Phase und/oder der Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals ist.In the first operating mode, the compensation electrode can be supplied with a third alternating electrical signal, wherein the phase and / or the amplitude of the third alternating electrical signal is different from the phase and / or the amplitude of the first alternating electrical signal.

Bereitgestellt wird durch die Erfindung auch ein elektrisches Handgerät mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Das Handgerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Computermaus, eine Fernbedienung, ein Eingabemittel für eine Spielkonsole, ein mobiler Kleincomputer, oder dergleichen sein.The invention also provides an electric hand-held device with a sensor device according to the invention. The handset may be, for example, a mobile phone, a computer mouse, a remote control, an input device for a game console, a mobile minicomputer, or the like.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention and specific embodiments of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:

1 drei Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, welche in einem ersten Betriebsmodus (Berührungsdetektion) betrieben werden; 1 three sensor electrodes of a sensor device according to the invention, which are operated in a first operating mode (touch detection);

2a, 2b Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, welche in einem zweiten Betriebsmodus (Annäherungsdetektion) betrieben werden; 2a . 2 B Sensor electrodes of a sensor device according to the invention, which are operated in a second operating mode (proximity detection);

3 eine weitere Ausgestaltung von Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung für den Betrieb in dem ersten Betriebsmodus (Berührungsdetektion); 3 a further embodiment of sensor electrodes of a sensor device according to the invention for operation in the first operating mode (touch detection);

4 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung; 4 a block diagram of a possible embodiment of the sensor device according to the invention;

5 eine Anordnung der Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät; und 5 an arrangement of the sensor electrodes of a sensor device according to the invention on an electrical hand-held device; and

6a, 6b Beispiele für eine Anordnung der Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Feldmesselektroden für die Annäherungsdetektion. 6a . 6b Examples of an arrangement of the sensor electrodes of a sensor device according to the invention on an electric hand-held device, each with a different number of field sensing electrodes for approach detection.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt drei Sensorelektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, welche in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden. Als erster Betriebsmodus wird jener Betriebsmodus bezeichnet, in welchem ein Berühren der Sensoreinrichtung durch eine Hand detektiert wird. Die Sensorelektroden können an oder in einem elektrischen Handgerät angeordnet sein, um ein Berühren bzw. ein Umgreifen des elektrischen Handgerätes zu detektieren. Beispiele einer Anordnung der Sensorelektroden an einem Handgerät werden mit Bezug auf die 5 und 6 näher beschrieben. 1 shows three sensor electrodes of a sensor device according to the invention, which are operated in a first operating mode. The first operating mode is the operating mode in which a touch of the sensor device is detected by a hand. The sensor electrodes may be arranged on or in an electrical hand-held device in order to detect touching or embracing of the electrical hand-held device. Examples of an arrangement of the sensor electrodes on a handset will be described with reference to FIGS 5 and 6 described in more detail.

Die Sensoreinrichtung umfasst eine Sendeelektrode SE, eine Empfangselektrode EE und eine Feldmesselektrode FE. In dem ersten Betriebsmodus, d. h. in dem Betriebsmodus, in welchem das Berühren der Sensoreinrichtung bzw. das Berühren eines elektrischen Handgerätes, in welchem die Sensoreinrichtung angeordnet ist, durch eine Hand detektiert wird, wird die Sendeelektrode SE mit einer ersten elektrischen Wechselgröße einer bestimmten Frequenz und Amplitude beaufschlagt. Die erste elektrische Wechselgröße kann von einem hier nicht gezeigten Signalgenerator bereitgestellt werden. Die erste elektrische Wechselgröße wird im Folgenden als erstes Wechselsignal oder als erstes elektrisches Wechselsignal bezeichnet.The sensor device comprises a transmitting electrode SE, a receiving electrode EE and a field measuring electrode FE. In the first mode of operation, i. H. In the operating mode, in which the touch of the sensor device or the touch of an electrical handset, in which the sensor device is arranged, is detected by a hand, the transmitting electrode SE is acted on by a first electrical alternating quantity of a specific frequency and amplitude. The first electrical variable can be provided by a signal generator, not shown here. The first electrical alternating variable is referred to below as the first alternating signal or as the first electrical alternating signal.

Das an der Sendeelektrode SE beaufschlagte elektrische Wechselsignal WS1 weist eine Frequenz von etwa zwischen 50 kHz und 300 kHz auf. Bevorzugt weist das an der Sendeelektrode SE beaufschlagte erste elektrische Wechselsignal eine Frequenz zwischen 75 kHz und 150 kHz auf.The electrical alternating signal WS1 applied to the transmitting electrode SE has a frequency of approximately between 50 kHz and 300 kHz. The first electrical alternating signal applied to the transmitting electrode SE preferably has a frequency between 75 kHz and 150 kHz.

Die Sendeelektrode SE bzw. das an ihr beaufschlagte erste elektrische Wechselsignal WS1 sind so ausgelegt, dass das von der Sendeelektrode SE emittierte elektrische Wechselfeld WS in die Empfangselektrode EE einkoppelbar ist. Insbesondere ist die Sendeelektrode SE bzw. das an ihr beaufschlagte erste elektrische Wechselsignal WS1 so ausgelegt, dass das an der Sendeelektrode SE emittierte elektrische Wechselfeld WS bei einer Annäherung, etwa einer Hand, an die Sensorelektrode SE und an die Empfangselektrode EE über die sich annähernde Hand in die Empfangselektrode EE einkoppelt. Das in die Empfangselektrode EE eingekoppelte elektrische Wechselfeld WS bewirkt, dass zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE ein Feldstrom fließt, welcher als Indikator für die Annäherung einer Hand an die Sendelektrode SE und an die Empfangselektrode EE bzw. für ein Berühren der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE durch eine Hand verwendet wird.The transmitting electrode SE or the first alternating electrical signal WS1 applied to it are designed so that the alternating electric field WS emitted by the transmitting electrode SE can be coupled into the receiving electrode EE. In particular, the transmitting electrode SE or the first alternating electrical signal WS1 applied to it is designed such that the alternating electric field WS emitted at the transmitting electrode SE approaches the sensor electrode SE and the receiving electrode EE via the approaching hand when approaching, for example by hand coupled into the receiving electrode EE. The coupled into the receiving electrode EE alternating electric field WS causes between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE a field current flows, which serves as an indicator for the approach of a hand to the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE or for touching the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE is used by a hand.

Beim Fehlen einer Hand, d. h. wenn sich keine Hand der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE annähert bzw. wenn die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE nicht von einer Hand berührt werden, weist der zwischen diesen beiden Elektroden SE, EE fließende Feldstrom einen Pegel auf, welcher unterhalb eines vorbestimmten Schaltpegels liegt. Erst bei einem ausreichend kleinen Abstand einer Hand zu den Elektroden SE, EE übersteigt der zwischen den beiden Elektroden SE und EE fließende Feldstrom den vorbestimmten Schaltpegel, so dass eine Annäherung an diese beiden Elektroden detektiert wird.In the absence of a hand, d. H. when no hand approaches the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE or when the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE are not touched by one hand, the field current flowing between these two electrodes SE, EE has a level which is below a predetermined switching level , Only at a sufficiently small distance of a hand to the electrodes SE, EE exceeds the field current flowing between the two electrodes SE and EE the predetermined switching level, so that an approximation to these two electrodes is detected.

In dem ersten Betriebsmodus ist die in 1 gezeigte Feldmesselektrode FE inaktiv, d. h. dass an der Feldmesselektrode FE weder ein Wechselsignal beaufschlagt wird, noch ein elektrisches Signal an der Feldmesselektrode FE abgegriffen wird. Die Feldmesselektrode FE ist dazu vorgesehen, eine Annäherung, beispielsweise einer weiteren Hand, an die Sensoreinrichtung zu detektieren, nachdem in dem ersten Betriebsmodus eine Annäherung an die Sendeelektrode SE und an die Empfangselektrode EE bzw. ein Berühren der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE durch eine Hand detektiert worden ist.In the first operating mode, the in 1 shown field measuring electrode FE inactive, ie that at the field sensing electrode FE neither an alternating signal is applied, nor an electrical signal at the field sensing electrode FE is tapped. The Feldmesselektrode FE is intended to detect an approach, such as another hand, to the sensor device, after in the first mode of operation, an approach to the transmitting electrode SE and to the receiving electrode EE or touching the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE by a Hand has been detected.

Sobald der zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE fließende Feldstrom einen vorbestimmten Schwellenwert bzw. einen vorbestimmten Schaltpegel überschreitet, wechselt die Sensoreinrichtung von dem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus. In dem zweiten Betriebsmodus wird eine weitere Annäherung, etwa einer zweiten Hand an die Sensoreinrichtung detektiert. Die Detektion einer weiteren Annäherung an die Sensoreinrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf die 2a und 2b näher erläutert.As soon as the field current flowing between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE exceeds a predetermined threshold value or a predetermined switching level, the sensor device changes from the first operating mode into a second operating mode. In the second operating mode, a further approach, for example a second hand to the sensor device is detected. The detection of a further approach to the sensor device will be described below with reference to FIGS 2a and 2 B explained in more detail.

2a zeigt die in 1 gezeigten Sensorelektroden SE, EE, FE, welche in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. In diesem zweiten Betriebsmodus wird die Sendeelektrode SE mit einem ersten elektrischen Wechselsignal WS1 beaufschlagt, so dass an der Sendeelektrode SE ein elektrisches Wechselfeld WS emittiert wird. In dem zweiten Betriebsmodus wird die Empfangselektrode EE ebenfalls als eine Sendeelektrode verwendet, d. h. an der Empfangselektrode EE wird ein zweites elektrisches Wechselsignal WS2 beaufschlagt, so dass an der Empfangselektrode EE ein elektrisches Wechselfeld WE emittiert wird. 2a shows the in 1 shown sensor electrodes SE, EE, FE, which are operated in the second operating mode. In this second operating mode, the transmitting electrode SE is subjected to a first alternating electrical signal WS1, so that an alternating electric field WS is emitted at the transmitting electrode SE. By doing second operating mode, the receiving electrode EE is also used as a transmitting electrode, ie at the receiving electrode EE, a second alternating electrical signal WS2 is applied, so that at the receiving electrode EE an alternating electric field WE is emitted.

Die an der Sendeelektrode SE und an der Empfangselektrode EE beaufschlagten elektrischen Wechselsignale WS1, WS2 sind so ausgelegt, dass die an der Sendeelektrode SE bzw. an der Empfangselektrode EE abgestrahlten elektrischen Wechselfelder WS bzw. WE in die Feldmesselektrode FE einkoppeln. Die elektrischen Wechselsignale WS1, WS2 sind insbesondere so ausgelegt, dass die an der Sendeelektrode SE bzw. an der Empfangselektrode EE abgestrahlten elektrischen Wechselfelder WS und WE dann in die Feldmesselektrode FE einkoppeln, wenn sich ein Objekt, beispielsweise eine Hand, der Sensoreinrichtung annähert, so dass die elektrischen Wechselfelder WS, WE über die sich annähernde Hand in die Feldmesselektrode FE einkoppeln.The alternating electrical signals WS1, WS2 impinged on the transmitting electrode SE and on the receiving electrode EE are designed in such a way that the alternating electric fields WS or WE radiated at the transmitting electrode SE or at the receiving electrode EE are coupled into the field measuring electrode FE. The electrical alternating signals WS1, WS2 are in particular designed such that the alternating electric fields WS and WE emitted at the transmitting electrode SE or at the receiving electrode EE then couple into the field measuring electrode FE when an object, for example a hand approaches the sensor device the alternating electric fields WS, WE are coupled into the field measuring electrode FE via the approaching hand.

Die elektrischen Wechselsignale WS1 und WS2 können identisch sein, d. h. sie können jeweils die gleiche Amplitude, gleiche Frequenz und gleiche Phasenlage aufweisen.The alternating electrical signals WS1 and WS2 may be identical, i. H. they can each have the same amplitude, the same frequency and the same phase position.

Die elektrischen Wechselsignale WS1 und WS2 können aber auch verschieden sein, wobei die Signalparameter Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage verschieden sein können.However, the electrical alternating signals WS1 and WS2 can also be different, wherein the signal parameters amplitude, frequency and / or phase can be different.

Eine Feldkoppelung zwischen den Elektroden SE, EE und der Feldmesselektrode FE ist in 2b gezeigt. In diesem Beispiel wird die Sensoreinrichtung, welche beispielsweise in einem elektrischen Handgerät angeordnet sein kann, von einem Benutzer an sein Ohr geführt, so dass die elektrischen Wechselfelder WS und WE über den Kopf des Benutzers in die Feldmesselektrode FE einkoppeln. Die an der Feldmesselektrode FE eingekoppelten Wechselfelder WS und WE, d. h. dass aus den Wechselfeldern WS und WE resultierenden Wechselfeld, bewirkt, dass zwischen den Elektroden SE und EE und der Feldmesselektrode FE ein Feldstrom fließt, welcher als Indikator für die Annäherung eines Objektes, beispielsweise eines Kopfes, an die Sensoreinrichtung verwendet werden kann, nachdem eine Annäherung bzw. ein Berühren der Sensoreinrichtung in den ersten Betriebsmodus stattgefunden hat.A field coupling between the electrodes SE, EE and the field sensing electrode FE is in 2 B shown. In this example, the sensor device, which may be arranged, for example, in an electrical hand-held device, is guided by a user to his ear so that the alternating electric fields WS and WE are coupled into the field measuring electrode FE via the user's head. The alternating fields WS and WE coupled to the field measuring electrode FE, ie the alternating field resulting from the alternating fields WS and WE, causes a field current to flow between the electrodes SE and EE and the field measuring electrode FE, which serves as an indicator for the approach of an object, for example one Head can be used to the sensor device after an approach or touching the sensor device has taken place in the first mode of operation.

Beim Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wird die Empfangselektrode EE von einem Empfangsmodus in einen Sendemodus umgeschaltet. Dadurch addieren sich die beiden Koppelkapazitäten zwischen der Sendeelektrode SE und dem Kopf des Benutzers und zwischen der Empfangselektrode EE und dem Kopf des Benutzers. Durch den Betrieb der Empfangselektrode EE in dem zweiten Betriebsmodus als weitere Sendeelektrode wird der Einfluss der Empfangselektrode EE auf die Annäherungsdetektion in dem zweiten Betriebsmodus, welcher sich ergeben würde, wenn die Empfangselektrode EE in dem zweiten Betriebsmodus weiterhin als Empfangselektrode betrieben würde, verringert, weil die Empfangselektrode EE keinen Spannungsteiler bildet, welcher den in der Feldmesselektrode FE fließenden Feldstrom beeinflusst.When changing from the first operating mode to the second operating mode, the receiving electrode EE is switched from a receive mode to a transmit mode. As a result, the two coupling capacitances add up between the transmitting electrode SE and the user's head and between the receiving electrode EE and the user's head. By operating the receiving electrode EE in the second operating mode as a further transmitting electrode, the influence of the receiving electrode EE on the approach detection in the second operating mode, which would result if the receiving electrode EE in the second operating mode continued to operate as a receiving electrode, is reduced, because the Receiving electrode EE does not form a voltage divider, which influences the field current flowing in the field sensing electrode FE.

Beim Umschalten in den zweiten Betriebsmodus kann auch das erste elektrische Wechselsignal WS1 geändert werden, d. h. es kann z. B. die Frequenz und/oder die Amplitude angepasst werden.When switching to the second operating mode and the first alternating electrical signal WS1 can be changed, d. H. it can, for. B. the frequency and / or the amplitude can be adjusted.

Die Detektion einer Annäherung an die Sensoreinrichtung in den zweiten Betriebsmodus wird dabei nahezu vollständig unabhängig von der Berührung der Sensoreinrichtung durch eine Hand, welche in dem ersten Betriebsmodus detektiert worden ist. Die Detektion der Annäherung an die Sensoreinrichtung in den zweiten Betriebsmodus wird dabei deutlich robuster und der an der Feldmesselektrode FE gemessene Feldstrom kann als zuverlässiges Maß für die Annäherung des Benutzers an die Sensoreinrichtung herangezogen werden.The detection of an approach to the sensor device in the second operating mode is thereby almost completely independent of the touch of the sensor device by a hand, which has been detected in the first operating mode. The detection of the approach to the sensor device in the second operating mode is thereby significantly more robust and the field current measured at the field sensing electrode FE can be used as a reliable measure for the approach of the user to the sensor device.

Sobald der an der Feldmesselektrode FE fließende Feldstrom einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann dies als Indikator für eine bestimmte Annäherung des Benutzers an die Sensoreinrichtung herangezogen werden.As soon as the field current flowing at the field sensing electrode FE exceeds a predetermined threshold value, this can be used as an indicator for a specific approach of the user to the sensor device.

Um die Detektionsgenauigkeit und die Robustheit der Annäherungsdetektion in den zweiten Betriebsmodus noch weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, den Schwellenwert im zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit vom Schwellenwert im ersten Betriebsmodus zu wählen. Damit wird erreicht, dass der Abstand eines Benutzers zur Sensoreinrichtung, bei welchem im zweiten Betriebsmodus der Schwellenwert überschritten wird, im Wesentlichen konstant bleibt. Das bedeutet, dass der Abstand, bei welchem der Schwellenwert in dem zweiten Betriebsmodus überschritten wird, unabhängig davon ist, wie beispielsweise ein Handgerät mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung gehalten wird oder wie fest ein Handgerät von einer Hand umgriffen wird.In order to further improve the detection accuracy and the robustness of the proximity detection in the second operating mode, it is advantageous to select the threshold value in the second operating mode as a function of the threshold value in the first operating mode. This ensures that the distance of a user to the sensor device, in which the threshold is exceeded in the second operating mode, remains substantially constant. This means that the distance at which the threshold value is exceeded in the second operating mode is independent of, for example, how a hand-held device is held with the sensor device according to the invention or how tightly a hand-held device is gripped by a hand.

Der Schwellenwert im zweiten Betriebsmodus wird im Wesentlichen in Abhängigkeit von der kapazitiven Koppelung der Sensoreinrichtung über den Benutzer zur Erde eingestellt. Bei einer geringen kapazitiven Koppelung der Sensoreinrichtung über den Benutzer gegen Erde wird in dem ersten Betriebsmodus zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE ein großer Feldstrom fließen, so dass der Schwellenwert in dem zweiten Betriebsmodus entsprechend angehoben werden kann. Ist die kapazitive Koppelung zwischen der Sensoreinrichtung über den Benutzer gegen Erde besonders gut, wird in dem ersten Betriebsmodus zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE ein wesentlich kleinerer Strom fließen, so dass der Schwellenwert im zweiten Betriebsmodus auch entsprechend klein eingestellt wird.The threshold value in the second operating mode is set essentially as a function of the capacitive coupling of the sensor device via the user to ground. In the case of a low capacitive coupling of the sensor device via the user to earth, a large field current will flow between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE in the first operating mode, so that the threshold value in the second Operating mode can be raised accordingly. If the capacitive coupling between the sensor device via the user and earth is particularly good, a much smaller current will flow in the first operating mode between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE, so that the threshold value in the second operating mode is also set correspondingly small.

Dem Schwellenwert im zweiten Betriebsmodus kann beispielsweise eine Gerätefunktion zugeordnet werden, welche ausgelöst wird, sobald der zweite Schwellenwert überschritten wird. Ist beispielsweise die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung in einem Mobiltelefon angeordnet, kann dem Schwellenwert in dem zweiten Betriebsmodus eine Gerätefunktion des Mobiltelefons zugeordnet sein, welche beim Überschreiten dieses Schwellenwertes das Display des Mobiltelefons ausschaltet. Indem der Schwellenwert in den zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem Schwellenwert in dem ersten Betriebsmodus gewählt wird, wird vermieden, dass ein Benutzer unterschiedliche Auslöseschwellen, beispielsweise für das Abschalten des Displays eines Mobiltelefons, bemerkt bzw. wahrnimmt.The threshold value in the second operating mode can be assigned, for example, a device function which is triggered as soon as the second threshold value is exceeded. If, for example, the sensor device according to the invention is arranged in a mobile telephone, the threshold value in the second operating mode can be assigned a device function of the mobile telephone which, when this threshold value is exceeded, switches off the display of the mobile telephone. By selecting the threshold value in the second operating mode as a function of the threshold value in the first operating mode, it is avoided that a user notices different triggering thresholds, for example for switching off the display of a mobile telephone.

3 zeigt die Sensorelektroden SE, KE, EE einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung, welche in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden. Zusätzlich zu den in 1 gezeigten Sensorelektroden weist die Sensoreinrichtung eine Kompensationselektrode KE auf. 3 shows the sensor electrodes SE, KE, EE of a sensor device according to the invention, which are operated in a first operating mode. In addition to the in 1 shown sensor electrodes, the sensor device has a compensation electrode KE.

Die Kompensationselektrode KE wird in dem ersten Betriebsmodus mit einem elektrischen Wechselsignal WS3 beaufschlagt, welches vorzugsweise die Wellenform und die Frequenz des elektrischen Wechselsignals WS1 aufweist, mit welchem die Sendeelektrode SE beaufschlagt wird. Das elektrische Wechselsignal WS3, mit welchem die Kompensationselektrode KE beaufschlagt wird, ist gegenüber dem elektrischen Wechselsignal WS1 an der Sendeelektrode SE phasenverschoben. Die Phasenverschiebung kann beispielsweise mit einem Phasenschieber bewerkstelligt werden, wie mit Bezug auf 4 näher beschrieben wird. Anstelle eines Phasenschiebers kann auch Inverter vorgesehen sein. Zusätzlich zum Phasenschieber bzw. Inverter kann auch ein Dämpfungsglied vorgesehen sein, um die die Amplitude des an der Kompensationselektrode beaufschlagten elektrischen Wechselsignals WS3 zu dämpfen.The compensation electrode KE is acted upon in the first operating mode with an alternating electrical signal WS3, which preferably has the waveform and the frequency of the alternating electrical signal WS1, with which the transmitting electrode SE is applied. The alternating electrical signal WS3, with which the compensation electrode KE is acted upon, is phase-shifted with respect to the alternating electrical signal WS1 at the transmitting electrode SE. The phase shift can be accomplished, for example, with a phase shifter, as with reference to FIG 4 will be described in more detail. Instead of a phase shifter and inverter can be provided. In addition to the phase shifter or inverter, an attenuator can also be provided in order to attenuate the amplitude of the electrical alternating signal WS3 applied to the compensation electrode.

Die Kompensationselektrode KE bzw. das an ihr beaufschlagte elektrische Wechselsignal WS3 ist so ausgelegt, dass das an der Kompensationselektrode KE emittierte elektrische Wechselfeld WK in die Empfangselektrode EE einkoppelbar ist.The compensation electrode KE or the electrical alternating signal WS3 applied to it is designed so that the alternating electric field WK emitted at the compensation electrode KE can be coupled into the receiving electrode EE.

Durch das an der Kompensationselektrode KE emittierte elektrische Wechselfeld WK wird der Pegel des an der Empfangselektrode EE einwirkenden elektrischen Wechselfeldes, welches aus den elektrischen Wechselfeldern WS und WK resultiert, reduziert bzw. bei einer gegenphasigen Überlagerung, d. h. bei einer Phasenverschiebung von 180° (nahezu) ausgelöscht.By means of the alternating electric field WK emitted at the compensation electrode KE, the level of the alternating electric field acting on the receiving electrode EE which results from the alternating electric fields WS and WK is reduced or, in the case of an opposite-phase superimposition, ie. H. at a phase shift of 180 ° (almost) extinguished.

Bei einer sich an die Elektroden SE, KE und EE annähernden Hand wird die Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE zunehmend besser, weil das an der Sendeelektrode SE emittierte elektrische Wechselfeld WS teilweise über die sich annähernde Hand in die Empfangselektrode EE einkoppelt und sich somit dem Wirkungsbereich des an der Kompensationselektrode KE emittierten elektrischen Wechselfeldes WK entzieht. Die sich annähernde Hand wirkt dabei quasi als Überbrückung der Kompensationselektrode KE.In the case of a hand approaching the electrodes SE, KE and EE, the coupling between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE becomes progressively better, because the alternating electric field WS emitted at the transmitting electrode SE partially couples into the receiving electrode EE via the approaching hand and thus deprives the sphere of action of the electrical alternating field WK emitted at the compensation electrode KE. The approaching hand acts as a kind of bridging of the compensation electrode KE.

Die Anordnung der Sendeelektrode SE, der Kompensationselektrode KE und der Empfangselektrode EE an einem elektrischen Handgerät ist vorzugsweise so gewählt, dass der Überbrückungseffekt zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE nicht mit einem einzelnen Finger herstellbar ist, so dass bei einer entsprechenden Anordnung der Sendeelektrode SE relativ zur Empfangselektrode EE ein Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zuverlässig delektiert werden kann. Damit wird erreicht, dass ein Umgreifen eines Handgerätes zuverlässig detektiert werden kann, bevor die Sensoreinrichtung in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird.The arrangement of the transmitting electrode SE, the compensation electrode KE and the receiving electrode EE on an electrical handset is preferably chosen so that the bridging effect between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE can not be produced with a single finger, so that with a corresponding arrangement of the transmitting electrode SE relative to the receiving electrode EE embracing the handset can be reliably detected by a hand. This ensures that gripping around a handset can be reliably detected before the sensor device is switched to the second operating mode.

4 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Die Elektroden FE, EE, KE und SE sind jeweils mit einer Auswerteeinrichtung A gekoppelt. Die Kompensationselektrode KE und die Sendeelektrode SE sind dabei so mit der Auswerteeinrichtung A gekoppelt, dass diese von der Auswerteeinrichtung A jeweils mit einem elektrischen Wechselsignal WS3 bzw. WS1 beaufschlagbar sind. Die Feldmesselektroden FE sind so mit der Auswerteeinrichtung A gekoppelt, dass ein an den Feldmesselektroden FE anliegendes elektrisches Signal S2 der Auswerteeinrichtung A zuführbar ist. 4 shows a block diagram of a sensor device according to the invention. The electrodes FE, EE, KE and SE are each coupled to an evaluation device A. The compensation electrode KE and the transmitting electrode SE are in this case coupled to the evaluation device A so that they can be acted upon by the evaluation device A in each case with an electrical alternating signal WS3 or WS1. The field measuring electrodes FE are coupled to the evaluation device A such that an electrical signal S2 applied to the field measuring electrodes FE can be fed to the evaluation device A.

Die Empfangselektrode EE ist so mit der Auswerteeinrichtung A gekoppelt, dass in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebsmodus der Sensoreinrichtung die Empfangselektrode EE entweder mit einem elektrischen Wechselsignal WS2 beaufschlagbar ist oder ein an der Empfangselektrode EE abgegriffenes elektrisches Signal S1 der Auswerteeinrichtung A zuführbar ist.The receiving electrode EE is coupled to the evaluation device A such that, depending on the respective operating mode of the sensor device, the receiving electrode EE can either be acted upon by an alternating electrical signal WS2 or an electrical signal S1 picked up at the receiving electrode EE can be fed to the evaluation device A.

Die in 4 gezeigte Schalterstellung der Schalter T1 und T2 entspricht der Schalterstellung in dem zweiten Betriebsmodus. Wie aus 4 erkennbar ist, wird in diesem zweiten Betriebsmodus die Sendeelektrode SE von einem Signalgenerator G mit einem ersten elektrischen Wechselsignal WS1 beaufschlagt und die Empfangselektrode EE mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal WS2 beaufschlagt. In einer Ausführungsform können die elektrischen Wechselsignal WS1 und WS2 identisch sein.In the 4 shown switch position of the switches T1 and T2 corresponds to the switch position in the second mode of operation. How out 4 can be seen, in this second operating mode, the transmitting electrode SE is acted upon by a signal generator G with a first alternating electrical signal WS1 and the receiving electrode EE acted upon by a second alternating electrical signal WS2. In one embodiment, the AC electrical signals WS1 and WS2 may be identical.

Alternativ kann das zweite elektrische Wechselsignal WS2 auch verschieden vom ersten elektrischen Wechselsignal WS1 sein. Um dies zu erreichen, kann das von dem Signalgenerator G bereitgestellte Signal zunächst einem Modulationsglied M zugeführt werden. Das vom Modulationsglied M bereitgestellte modulierte, d. h. veränderte Generatorsignal wird dann an der Empfangselektrode EE beaufschlagt. Das Modulationsglied M kann etwa die Amplitude des Generatorsignals ändern. Anstelle des Modulationsgliedes M kann auch ein zweiter Signalgenerator vorgesehen sein, welcher ein vom ersten elektrischen Wechselsignal WS1 verschiedenes zweites elektrisches Wechselsignal WS2 bereitstellt.Alternatively, the second alternating electrical signal WS2 may also be different from the first alternating electrical signal WS1. To achieve this, the signal provided by the signal generator G can first be supplied to a modulation element M. The modulated by the modulator M, d. H. changed generator signal is then applied to the receiving electrode EE. The modulation element M can change approximately the amplitude of the generator signal. Instead of the modulation element M, it is also possible to provide a second signal generator which provides a second electrical alternating signal WS2 that differs from the first alternating electrical signal WS1.

Der Schalter T1 befindet sich in geöffneter Stellung, so dass die Kompensationselektrode KE von dem Signalgenerator G nicht mit einem Wechselsignal beaufschlagt wird. In diesem hier gezeigten Betriebsmodus wird an der Sendeelektrode SE und an der Empfangselektrode EE jeweils ein elektrisches Wechselfeld emittiert, welches in die Feldmesselektroden FE einkoppelt. Das an der Feldmesselektrode FE abgegriffene Signal S2 wird der Auswerteeinrichtung A zugeführt.The switch T1 is in the open position, so that the compensation electrode KE is not acted upon by the signal generator G with an alternating signal. In this operating mode shown here, in each case an alternating electric field is emitted at the transmitting electrode SE and at the receiving electrode EE which couples into the field measuring electrodes FE. The tapped on the Feldmesselektrode FE signal S2 is fed to the evaluation device A.

In dem ersten Betriebsmodus, d. h. in dem Betriebsmodus, in welchem die Annäherung an die Sendeelektrode SE und an die Empfangselektrode EE bzw. die Berührung der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE detektiert wird, befindet sich der Schalter T1 in geschlossener Stellung und der Schalter T2 befindet sich in einer Stellung, in welcher das von dem Signalgenerator G bereitgestellte Wechselsignal WS2 nicht an der Empfangselektrode EE beaufschlagt wird. In dem ersten Betriebsmodus wird das an der Empfangselektrode EE abgegriffene Signal S1 der Auswerteeinrichtung A zugeführt. Die Kompensationselektrode KE wird mit einem elektrischen Wechselsignal WS3 beaufschlagt, welches phasenverschoben zu dem an der Sendeelektrode SE beaufschlagten elektrischen Wechselsignals WS1 ist. Hierzu kann beispielsweise ein Phasenschieber Δφ vorgesehen sein. Die Phasenverschiebung kann zwischen 0° und 180° eingestellt werden. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Phasenverschiebung zwischen 90° und 180° und besonders bevorzugt eine Phasenverschiebung zwischen 140° und 180° besonders vorteilhaft sind.In the first mode of operation, i. H. In the operating mode in which the approach to the transmitting electrode SE and to the receiving electrode EE or the contact of the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE is detected, the switch T1 is in the closed position and the switch T2 is in a position in in which the alternating signal WS2 provided by the signal generator G is not applied to the receiving electrode EE. In the first operating mode, the signal S1 picked up at the receiving electrode EE is fed to the evaluation device A. The compensation electrode KE is supplied with an alternating electrical signal WS3, which is phase-shifted to the applied to the transmitting electrode SE electrical AC signal WS1. For this purpose, for example, a phase shifter Δφ can be provided. The phase shift can be set between 0 ° and 180 °. In practice, however, it has been found that a phase shift between 90 ° and 180 ° and particularly preferably a phase shift between 140 ° and 180 ° are particularly advantageous.

In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform kann anstelle eines Phasenschiebers auch ein Inverter vorgesehen sein, mit welchem das von dem Signalgenerator G bereitgestellte Wechselsignal invertiert wird. Vorzugsweise wird das elektrische Wechselsignal WS2 gedämpft, so dass an der Kompensationselektrode KE im Wesentlichen ein Wechselsignal WS3 beaufschlagt wird, welches 180° phasenverschoben zu dem Wechselsignal WS1 an der Sendeelektrode SE ist und gleichzeitig eine kleinere Amplitude als das Wechselsignal WS1 aufweist.In another embodiment, not shown here, instead of a phase shifter, an inverter can also be provided with which the alternating signal provided by the signal generator G is inverted. Preferably, the alternating electrical signal WS2 is attenuated, so that at the compensation electrode KE substantially an alternating signal WS3 is applied, which is 180 ° out of phase with the alternating signal WS1 at the transmitting electrode SE and at the same time has a smaller amplitude than the alternating signal WS1.

Die Auswerteeinrichtung A stellt in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Detektionssignale DS1 und DS2 bereit, wobei das Detektionssignal DS1 als Indikator für ein Überschreiten des ersten Schwellenwertes in dem ersten Betriebsmodus und das zweite Detektionssignal DS2 als Indikator für ein Überschreiten des zweiten Schwellenwertes in dem zweiten Betriebsmodus verwendet werden können.The evaluation device A provides two detection signals DS1 and DS2 in the exemplary embodiment shown here, the detection signal DS1 being used as an indicator for exceeding the first threshold value in the first operating mode and the second detection signal DS2 as an indicator for exceeding the second threshold value in the second operating mode can be.

5 zeigt beispielhaft eine Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät, etwa ein Mobiltelefon. Im unteren Bereich des Handgeräts sind am linken Randbereich die Sendeelektrode SE und am rechten Randbereich die Empfangselektrode EE und gegebenenfalls die Kompensationselektrode KE angeordnet. Wird nun das elektrische Handgerät im unteren Bereich durch eine Hand umfasst, werden die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE durch die Hand zumindest teilweise überdeckt. Durch das Umgreifen des Handgeräts durch eine Hand kommt es zu einer signifikanten Vergrößerung der kapazitiven Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE, was sich auf den in der Empfangselektrode EE fließenden Feldstrom auswirkt. Die Wirkungsweise ist bereits mit Bezug auf 1 und 3 beschrieben worden. 5 shows an example of an arrangement of the electrodes of a sensor device according to the invention on an electrical hand-held device, such as a mobile phone. In the lower region of the handset, the transmitting electrode SE are arranged on the left-hand edge region, and the receiving electrode EE and optionally the compensation electrode KE are arranged on the right-hand edge region. If now the electric handset in the lower area comprises by a hand, the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE are at least partially covered by the hand. By gripping the handset by a hand, there is a significant increase in the capacitive coupling between the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE, which has an effect on the field current flowing in the receiving electrode EE. The mode of action is already related to 1 and 3 been described.

Im oberen Bereich des elektrischen Handgerätes ist hier eine Feldmesselektrode FE angeordnet. Die Feldmesselektrode FE ist vorzugsweise so angeordnet, dass bei einem Umgreifen des Handgeräts durch eine Hand die kapazitive Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Feldmesselektrode FE nicht wesentlich beeinflusst bzw. nicht wesentlich verbessert wird. Nähert sich nun in dem zweiten Betriebsmodus eine zweite Hand der Feldmesselektrode FE, verbessert sich die kapazitive Koppelung zwischen den Elektroden SE, EE und der Feldmesselektrode FE signifikant, dass sich wiederum auf den in der Feldmesselektrode FE fließenden Feldstrom auswirkt.In the upper region of the electrical hand-held device, a field sensing electrode FE is arranged here. The field measuring electrode FE is preferably arranged such that, when the hand-held device is grasped by one hand, the capacitive coupling between the transmitting electrode SE and the field measuring electrode FE is not significantly influenced or substantially improved. If a second hand of the field sensing electrode FE now approaches in the second operating mode, the capacitive coupling between the electrodes SE, EE and the field sensing electrode FE improves significantly, which in turn has an effect on the field current flowing in the field sensing electrode FE.

Der untere Bereich des Handgerätes wird hier als „Grip-Zone” bezeichnet, der obere Bereich des Handgerätes wird als „Prox-Zone” bezeichnet. Ein mögliches Anwendungsszenario der in 5 gezeigten Elektrodenanordnung besteht darin, dass bei einem Mobiltelefon das Umgreifen des Mobiltelefons durch eine Hand und die Annäherung des Mobiltelefons an ein Ohr des Benutzers detektiert werden können, wobei für die Annäherung des Mobiltelefons an das Ohr des Benutzers die Sensoreinrichtung in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, nach dem ein Umgreifen des Mobiltelefons durch eine Hand detektiert worden ist.The lower part of the handset is referred to here as the "grip zone", the upper part of the handset is called the "Prox zone". A possible application scenario of in 5 the arrangement of electrodes shown is that in a mobile phone the grasping of the mobile phone by one hand and the approach of the mobile phone to an ear of the user can be detected, wherein for the approach of the mobile phone to the ear of the user, the sensor device is switched to the second operating mode, according to which a grasping of the mobile phone has been detected by a hand.

Die von der Auswerteeinrichtung bereitgestellten Detektionssignale DS1 bzw. DS2 können dann beispielsweise derart verwendet werden, dass bei einem eingehenden Anruf das Klingeln des Mobiltelefons abgestellt wird, sobald das Mobiltelefon durch eine Hand umgriffen wird und dass die Displaybeleuchtung des Mobiltelefons automatisch abgeschaltet wird, sobald das Mobiltelefon ans Ohr gehalten wird. Ebenso kann beim Umgreifen des Mobiltelefons oder sobald das Mobiltelefon ans Ohr gehalten wird, ein eingehender Anruf automatisch angenommen werden. Es müssen also keinerlei Tasten mehr betätigt werden, um einen eingehenden Anruf anzunehmen. Die Ergonomie und die Benutzerfreundlichkeit des Mobiltelefons können so deutlich verbessert werden. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung erreicht, dass sich die Annäherungsdetektion in dem zweiten Betriebsmodus unabhängig von der kapazitiven Koppelung der Sensoreinrichtung zur Erde immer gleich verhält, d. h. dass der Abstand, bei welchem eine dem zweiten Schwellenwert zugeordnete Aktion ausgelöst wird, immer derselbe ist.The detection signals DS1 and DS2 provided by the evaluation device can then be used, for example, to switch off the ringing of the mobile phone as soon as the mobile phone is gripped by a hand and the display illumination of the mobile phone is automatically switched off as soon as the mobile phone is switched off is held to the ear. Likewise, when the mobile is grasped or when the mobile is held to the ear, an incoming call can be automatically accepted. There is no need to press any buttons to answer an incoming call. The ergonomics and ease of use of the mobile phone can be significantly improved. In particular, it is achieved by the sensor device according to the invention that the approach detection in the second operating mode always behaves the same regardless of the capacitive coupling of the sensor device to earth, ie. H. that the distance at which an action associated with the second threshold is triggered is always the same.

6a und 6b zeigen zwei weitere Beispiele für die Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät. 6a and 6b show two further examples of the arrangement of the electrodes of a sensor device according to the invention on an electrical hand-held device.

In 6a sind im unteren Bereich des Handgerätes die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE und gegebenenfalls die Kompensationselektrode KE angeordnet. Im oberen Bereich des Handgerätes sind an beiden Seiten jeweils eine Feldmesselektrode FE angeordnet.In 6a are in the lower part of the handset, the transmitting electrode SE and the receiving electrode EE and possibly the compensation electrode KE arranged. In the upper region of the hand-held device, a field sensing electrode FE is arranged on both sides.

In diesem Beispiel können die Feldmesselektroden FE als Ersatz für herkömmliche mechanische Tasten bzw. Schalter verwendet werden. Beispielsweise können die Feldmesselektroden FE bzw. das den Feldmesselektroden FE zugeordnete Detektionssignal mit einer Telefonbuchfunktion eines Mobiltelefons verknüpft sein. Umgreift ein Benutzer nun das Mobiltelefon mit einer Hand und nähert er sich beispielsweise nach dem Umgreifen mit dem Daumen der rechten oder der linken Feldmesselektrode FE, kann das Mobiltelefon automatisch in den Telefonbuchmodus umgeschaltet werden.In this example, the field sensing electrodes FE can be used as a replacement for conventional mechanical switches. For example, the field measuring electrodes FE or the detection signal associated with the field measuring electrodes FE can be linked to a telephone book function of a mobile telephone. If a user now grips the mobile telephone with one hand and approaches, for example, after grasping it with the thumb of the right or the left field measuring electrode FE, the mobile telephone can automatically be switched to the telephone book mode.

Mit der in 6b gezeigten Anordnung der Feldmesselektroden FE kann die Detektionsgenauigkeit für eine Annäherung an die Sensoreinrichtung in dem zweiten Betriebsmodus noch weiter erhöht werden, da die Annäherung an das Mobiltelefon in dem zweiten Betriebsmodus auch unabhängig davon detektiert werden kann, ob sich ein Benutzer von rechts oder von links an das Mobiltelefon annähert.With the in 6b shown arrangement of the field sensing electrodes FE, the detection accuracy for approaching the sensor device in the second operating mode can be further increased because the approach to the mobile phone in the second operating mode can also be detected regardless of whether a user from the right or from the left the mobile phone approaches.

Die hier gezeigte und beschriebene Sensoreinrichtung kann auch dazu verwendet werden, um ein Handgerät, etwa ein Mobiltelefon, beim Umgreifen des Mobiltelefon von einem Schlafmodus in einen Aktivmodus zu überführen. Dadurch kann der Energieverbrauch eines Mobiltelefon deutlich reduziert werden, indem das Mobiltelefon sich nur dann in dem Aktivmodus befindet, wenn es auch tatsächlich von einer Hand umgriffen wird bzw. sich in Benutzung befindet.The sensor device shown and described herein can also be used to transfer a handset, such as a mobile phone, from a sleep mode to an active mode when the mobile phone is grasped. As a result, the power consumption of a mobile phone can be significantly reduced by the mobile phone is in the active mode only when it is actually embraced by a hand or is in use.

Vorgehend ist die Sensoreinrichtung am Beispiel eines Mobiltelefon näher erläutert worden. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann auch in einer Computermaus, einer Fernbedienung, einem Eingabemittel für eine Spielkonsole, einem mobilen Kleincomputer, oder dergleichen angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann auch für größere elektrische Geräte vorgesehen sein, bei welchen es beispielsweise notwendig ist, eine Berührung des Gerätes zu detektieren und im Anschluss an die Berührung eine weitere Annäherung an das Gerät zu detektieren.Previously, the sensor device has been explained in detail using the example of a mobile phone. The sensor device according to the invention can also be arranged in a computer mouse, a remote control, an input device for a game console, a mobile small computer, or the like. The sensor device according to the invention can also be provided for larger electrical devices, in which it is necessary, for example, to detect a touch of the device and to detect a further approach to the device after the contact.

Claims (11)

Sensoreinrichtung, umfassend – zumindest eine Sendeelektrode (SE), zumindest eine Empfangselektrode (EE) und zumindest eine Feldmesselektrode (FE), wobei die Empfangselektrode (EE) in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, und – eine Auswerteeinrichtung (A), welche mit der Sendeelektrode (SE), der Empfangselektrode (EE) und der Feldmesselektrode (FE) gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist – die Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) zu beaufschlagen, – in dem ersten Betriebsmodus ein an der Empfangselektrode (EE) abgegriffenes erstes elektrisches Signal (S1) auszuwerten und in dem zweiten Betriebsmodus die Empfangselektrode (EE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2) zu beaufschlagen, und – ein an der Feldmesselektrode (FE) abgegriffenes zweites elektrisches Signal (S2) auszuwerten, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein an der Sendeelektrode (SE) emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld (WS) in die Empfangselektrode (EE) und in die Feldmesselektrode (FE) einkoppelbar ist, und in dem zweiten Betriebsmodus ein an der Sendeelektrode (SE) emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld (WS) und ein an der Empfangselektrode (EE) emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld (WE) in die Feldmesselektrode (FE) einkoppelbar sind.Sensor device comprising - at least one transmitting electrode (SE), at least one receiving electrode (EE) and at least one field sensing electrode (FE), the receiving electrode (EE) being operable in a first operating mode and in a second operating mode, and - an evaluating device (A) which is coupled to the transmitting electrode (SE), the receiving electrode (EE) and the Feldmesselektrode (FE), wherein the evaluation device (A) is configured - to act on the transmitting electrode (SE) with a first electrical alternating signal (WS1), - to evaluate a first electrical signal (S1) tapped at the receiving electrode (EE) in the first operating mode and to apply a second alternating electrical signal (WS2) to the receiving electrode (EE) in the second operating mode, and - a second tapped at the field measuring electrode (FE) evaluate electrical signal (S2), wherein in the first operating mode at the transmitting electrode (SE) emitted first ele ktric alternating field (WS) in the receiving electrode (EE) and in the Feldmesselektrode (FE) can be coupled, and in the second operating mode, a first alternating electric field (WS) emitted at the transmitting electrode (SE) and a second alternating electric field (WE) emitted at the receiving electrode (EE) can be coupled into the field measuring electrode (FE). Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei – in dem ersten Betriebsmodus das an der Empfangselektrode (EE) abgegriffene erste elektrische Signal (S1), und – in dem zweiten Betriebsmodus das an der Feldmesselektrode (FE) abgegriffene zweite elektrische Signal (S2) indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die Sensoreinrichtung sind.Sensor device according to claim 1, wherein In the first operating mode, the first electrical signal (S1) picked up at the receiving electrode (EE), and In the second operating mode, the second electrical signal (S2) picked up at the field measuring electrode (FE) are indicative of an approach of an object to the sensor device. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, wobei dem ersten Betriebsmodus ein erster Schwellenwert zuordenbar ist und wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, sobald das erste elektrische Signal (S1) den ersten Schwellenwert überschreitet.Sensor device according to claim 2, wherein the first operating mode, a first threshold value can be assigned and wherein the evaluation device (A) is configured to change from the first operating mode to the second operating mode as soon as the first electrical signal (S1) exceeds the first threshold. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, wobei dem zweiten Betriebsmodus ein zweiter Schwellenwert zuordenbar ist, und wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, den zweiten Schwellenwert in Abhängigkeit von dem ersten Schwellenwert zu wählen.Sensor device according to claim 3, wherein the second operating mode, a second threshold value can be assigned, and wherein the evaluation device (A) is configured to select the second threshold value in dependence on the first threshold value. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist – ein erstes Detektionssignal (DS1) bereitzustellen, sobald das erste elektrische Signal (S1) den ersten Schwellenwert überschreitet, und – ein zweites Detektionssignal (DS2) bereitzustellen, sobald das zweite elektrische Signal (S2) den zweiten Schwellenwert überschreitet.Sensor device according to claim 4, wherein the evaluation device (A) is designed To provide a first detection signal (DS1) as soon as the first electrical signal (S1) exceeds the first threshold, and - Provide a second detection signal (DS2) as soon as the second electrical signal (S2) exceeds the second threshold. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kompensationselektrode (KE), welche mit der Auswerteeinrichtung (A) koppelbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, in dem ersten Betriebsmodus die Kompensationselektrode (KE) mit einem dritten elektrischen Wechselsignal (WS3) zu beaufschlagen, wobei die Phase und/oder die Amplitude des dritten elektrischen Wechselsignals (WS3) verschieden von der Phase und/oder der Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals (WS1) ist.Sensor device according to one of the preceding claims, further comprising a compensation electrode (KE), which is coupled to the evaluation device (A), wherein the evaluation device (A) is configured, in the first operating mode, the compensation electrode (KE) with a third alternating electrical signal (WS3 ), wherein the phase and / or the amplitude of the third electrical alternating signal (WS3) is different from the phase and / or the amplitude of the first electrical alternating signal (WS1). Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kompensationselektrode (KE), die Empfangselektrode (EE) und die Feldmesselektrode (FE) so relativ zueinander angeordnet sind, dass ein an der Kompensationselektrode (KE) emittiertes elektrisches Wechselfeld (WK) im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist.Sensor device according to claim 6, wherein the compensation electrode (KE), the receiving electrode (EE) and the Feldmesselektrode (FE) are arranged relative to each other so that an electric alternating field (WK) emitted at the compensation electrode (KE) substantially only in the receiving electrode ( EE) can be coupled. Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion mit einer Sensoreinrichtung, welche zumindest eine Sendeelektrode (SE), eine Empfangselektrode (EE) und eine Feldmesselektrode (FE) umfasst, wobei die Sensoreinrichtung in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei – die Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) beaufschlagt wird, sodass an der Sendeelektrode (SE) ein erstes elektrisches Wechselfeld (WS) emittiert wird, welches in die Empfangselektrode (EE) und in die Feldmesselektrode (FE) einkoppelbar ist, – in dem ersten Betriebsmodus ein an der Empfangselektrode (EE) abgegriffenes erstes elektrisches Signal (S1) ausgewertet wird, und – in dem zweiten Betriebsmodus – die Empfangselektrode (EE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2) beaufschlagt wird, sodass an der Empfangselektrode (EE) ein zweites elektrisches Wechselfeld (WE) emittiert wird, welches in die Feldmesselektrode (FE) einkoppelbar sind, und – ein an der Feldmesselektrode (FE) abgegriffenes zweites elektrisches Signal (S2) ausgewertet wird.Method for approach and touch detection with a sensor device comprising at least one transmitting electrode (SE), a receiving electrode (EE) and a Feldmesselektrode (FE), wherein the sensor device is operable in a first operating mode and in a second operating mode, wherein - The transmitting electrode (SE) is acted upon with a first alternating electrical signal (WS1), so that at the transmitting electrode (SE) a first alternating electric field (WS) is emitted, which in the receiving electrode (EE) and in the Feldmesselektrode (FE) can be coupled . - In the first mode of operation at the receiving electrode (EE) tapped first electrical signal (S1) is evaluated, and In the second operating mode - The receiving electrode (EE) is acted upon by a second alternating electrical signal (WS2), so that at the receiving electrode (EE) a second alternating electric field (WE) is emitted, which can be coupled into the Feldmesselektrode (FE), and - An at the Feldmesselektrode (FE) tapped second electrical signal (S2) is evaluated. Verfahren nach Anspruch 8, wobei dem ersten Betriebsmodus ein erster Schwellenwert zugeordnet wird, welcher indikativ für eine Berührung der Sensoreinrichtung durch ein Objekt ist, wobei die Sensoreinrichtung von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus wechselt, sobald das erste elektrische Signal (S1) den ersten Schwellenwert überschreitet.The method of claim 8, wherein the first mode of operation is associated with a first threshold indicative of an object touching the sensor device, the sensor device changing from the first mode of operation to the second mode of operation as soon as the first electrical signal (S1) becomes the first Threshold exceeds. Verfahren nach Anspruch 9, wobei dem zweiten Betriebsmodus ein zweiter Schwellenwert zugeordnet wird, welcher indikativ für eine Annäherung des Objektes an die Sensoreinrichtung ist, wobei der zweite Schwellenwert in Abhängigkeit von dem ersten Schwellenwert gewählt wirdThe method of claim 9, wherein the second mode of operation is associated with a second threshold indicative of an approach of the object to the sensor device, wherein the second threshold is selected in dependence on the first threshold Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Sensoreinrichtung ferner eine Kompensationselektrode (KE) umfasst, wobei in dem ersten Betriebsmodus die Kompensationselektrode (KE) mit einem dritten elektrischen Wechselsignal (WS3) beaufschlagt wird, wobei die Phase und/oder die Amplitude des dritten elektrischen Wechselsignals (WS3) verschieden von der Phase und/oder der Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals (WS1) ist.Method according to one of claims 8 to 10, wherein the sensor device further comprises a compensation electrode (KE), wherein in the first operating mode, the compensation electrode (KE) with a third alternating electrical signal (WS3) is applied, wherein the phase and / or the amplitude of the third alternating electrical signal (WS3) is different from the phase and / or the amplitude of the first electrical alternating signal (WS1).
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