DE102010039545B4

DE102010039545B4 - Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objekts sowie Sensorsystem und Handgerät hierfür

Info

Publication number: DE102010039545B4
Application number: DE102010039545A
Authority: DE
Inventors: Axel Heim
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE102010039545A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu einem kapazitiven Sensorsystem, welches zumindest eine erste Sensorelektrode umfasst. Der zeitliche Verlauf von ersten Sensordaten wird mit einem zeitlichen Verlauf erster Referenzdaten verglichen. Ferner wird detektiert, ob der Vergleich des zeitlichen Verlaufes der ersten Sensordaten mit dem zeitlichen Verlauf der ersten Referenzdaten zumindest ein vorbestimmtesÜbereinstimmungskriterium erfüllt. Sind dieÜbereinstimmungskriterium erfüllt, wird ein Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems eingeleitet. Des Weiteren wird ein kapazitives Sensorsystem, welches zumindest eine Sensorelektrode umfasst wobei das Sensorsystem angepasst ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ferner wird ein elektrisches Gerät, insbesondere elektrisches Handgerät, mit einem erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorsystem bereitgestellt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu einem kapazitiven Sensorsystem sowie ein kapazitives Sensorsystem hierfür. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Gerät, insbesondere elektrisches Handgerät mit einem erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorsystem, welches angepasst ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes auszuführen.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind kapazitive Sensoreinrichtungen bzw. kapazitive Sensorsysteme bekannt, welche beispielsweise an einem Handgerät angeordnet werden können. Die kapazitive Sensoreinrichtung kann hierbei vorgesehen sein, eine Annäherung an das Handgerät oder eine Bedienung des Handgerätes zu detektieren. Die kapazitive Sensoreinrichtung kann eine Anzahl von Sensorelektroden aufweisen. Die Sensoreinrichtung detektiert Veränderungen der dielektrischen Eigenschaften im Bereich der Sensorelektroden. Aus dem Ergebnis der Detektion kann auf einen Bedienvorgang geschlossen werden bzw. ein Bedienvorgang abgeleitet werden.
Die von den Sensorelektroden bereitgestellten Sensordaten können einer zeitlichen Drift unterliegen, welche üblicherweise nicht bekannt ist. Um eine über die Zeit gleichbleibende Detektionsgüte zu gewährleisten, ist es notwendig, die kapazitive Sensoreinrichtung zu kalibrieren und die zeitliche Drift auszugleichen bzw. zu kompensieren. Hierzu ist es bekannt, die von den Sensorelektroden bereitgestellten Sensordaten zu überwachen. Ergibt die Überwachung, dass sich die Sensordaten über einen gewissen Zeitraum nur geringfügig ändern, wird angenommen, dass sich kein bewegliches Objekt in der Nähe der Sensorelektroden befindet. In diesem Fall wird ein Kalibriervorgang für das kapazitive Sensorsystem eingeleitet. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass dieses Verfahren nur dann angewandt werden kann, wenn das Handgerät nicht bedient wird.
Aus der US 2009/0174675 A1 ist ein kapazitives Touchpad bekannt, welches angepasst ist, die Position zwei oder mehrerer Objekte (beispielsweise zweier Finger) auf der Oberfläche des kapazitiven Touchpads zu detektieren. Das kapazitive Touchpad weist eine Elektrodenmatrix mit X Spalten und Y Zeilen auf. Für jede Spalte und jede Zeile der Elektrodenmatrix wird die jeweilige Kapazität gemessen, sodass die Zeilenkapazitäten und die Spaltenkapazitäten zusammen jeweils ein Kapazitätsprofil bezüglich der Y-Achse bzw. ein Kapazitätsprofil bezüglich der X-Achse bilden. Aus beiden Profilen kann dann die Position eines oder mehrerer Objekte auf dem kapazitiven Touchpad ermittelt bzw. abgeleitet werden. Um Störkapazitäten von den gemessenen Profilen zu entfernen, wird vorgeschlagen, ein sogenanntes Baseline-Profile zu speichern und dieses von den aktuell gemessenen Profilen abzuziehen.
Aus der US 2010/0090712 A1 sind eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Detektion der Position eines Objektes auf einer Sensoroberfläche und zur Detektion eines Objektes, welches die Sensoroberfläche nicht berührt, bekannt. Die Sensoreinrichtung weist eine Anzahl von Sensorelektroden in einer Matrixkonfiguration auf. Die Sensormatrix stellt mindestens zwei Sensorsignale bereit, deren zeitlicher Verlauf ausgewertet wird, um die Bewegung eines Objektes relativ zur Sensoroberfläche zu ermitteln.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, welche es ermöglichen, ein kapazitives Sensorsystem, insbesondere ein kapazitives Sensorsystem in einem Handgerät, zu kalibrieren, wobei der Kalibriervorgang auch dann zuverlässig eingeleitet werden kann, wenn das Handgerät durch eine Bedienperson bedient wird.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eins Objektes relativ zu einem kapazitiven Sensorsystem, durch ein kapazitives Sensorsystem zum Erfassen von Bewegungen sowie durch ein Handgerät mit einem erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorsystem nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst, Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bereitgestellt wird demnach ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu einem kapazitiven Sensorsystem, welches zumindest eine erste Sensorelektrode umfasst, wobei das Verfahren zumindest umfasst:

– Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs von ersten Sensordaten, welche von der ersten Sensorelektrode bereit gestellt werden, wobei der erste zeitliche Verlauf die Bewegung des Objektes relativ zur ersten Sensorelektrode repräsentiert, wobei der erste zeitliche Verlauf durch eine Sequenz von differentiellen Sensordaten gebildet wird, wobei ein differentielles Sensordatum aus der Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender erster Sensorsdaten gebildet wird
– Vergleichen des ersten zeitlichen Verlaufs mit einem zeitlichen Verlauf erster Referenzdaten,
– Detektieren, ob der Vergleich des ersten zeitlichen Verlaufes mit den ersten Referenzdaten zumindest ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium erfüllt, wobei als Übereinstimmungskriterium ein Grad der Ähnlichkeit des ersten zeitlichen Verlaufes zu dem zeitlichen Verlauf der erster Referenzdaten vorgesehen ist, und
– Einleiten eines Kalibriervorganges des kapazitiven Sensorsystems, sofern der Vergleich das zumindest eine vorbestimmte Übereinstimmungskriterium erfüllt.

Das kapazitive Sensorsystem kann zumindest eine zweite Sensorelektrode umfassen und das Verfahren kann zusätzlich umfassen:

– Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs von zweiten Sensordaten, welche von der zweiten Sensorelektrode bereit gestellt werden, wobei der zweite zeitliche Verlauf die Bewegung des Objektes relativ zur zweiten Sensorelektrode repräsentiert,
– Vergleichen des zweiten zeitlichen Verlaufs mit einem zeitlichen Verlauf zweiter Referenzdaten, und
– Detektieren, ob der Vergleich des zweiten zeitlichen Verlaufes mit den zweiten Referenzdaten zumindest ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium erfüllt, wobei als Übereinstimmungskriterium ein Grad der Ähnlichkeit des zweiten zeitlichen Verlaufes zu dem zeitlichen Verlauf der zweiten Referenzdaten vorgesehen ist.

Der zeitliche Verlauf der ersten Referenzdaten kann ein Annähern des Objektes an die erste Sensorelektrode mit anschließendem Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode repräsentieren. Der zeitliche Verlauf der zweiten Referenzdaten kann ein Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode mit anschließendem Entfernen des Objektes von der zweiten Sensorelektrode repräsentieren. Das Annähern des Objektes an die erste Sensorelektrode kann zeitlich vor dem Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode und das Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode kann zeitlich vor dem Entfernen des Objektes von der zweiten Sensorelektrode erfolgen.
Das Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode kann zeitlich nach dem Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode erfolgen.
Vorteilhaft ist es, wenn der erste zeitliche Verlauf und der zweite zeitliche Verlauf jeweils durch eine Sequenz von differentiellen Sensordaten gebildet werden, wobei ein differentielles Sensordatum aus der Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender Sensorsdaten gebildet wird.
Der erste zeitliche Verlauf und der zweite zeitliche Verlauf können jeweils aus der Summe zumindest zweier zeitlich aufeinanderfolgender differentieller Sensordaten bzw. Sensordatenwerte ermittelt werden.
Es kann ein Referenzwert vorgesehen sein, wobei Einzelwerte der zeitlichen Verläufe, welche größer als der Referenzwert sind, jeweils ein Annähern des Objektes an die jeweilige Sensorelektrode beschreiben und Einzelwerte der zeitlichen Verläufe, welche kleiner als der Referenzwert sind, jeweils ein Entfernen des Objektes von der jeweiligen Sensorelektrode beschreiben.
Das zumindest eine Übereinstimmungskriterium kann umfassen:

– der erste zeitliche Verlauf überschreitet zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Schwellenwert,
– der erste zeitliche Verlauf unterschreitet zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Schwellenwert, wobei der zweite Zeitpunkt zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt liegt,
– der zweite zeitliche Verlauf überschreitet zu einem dritten Zeitpunkt einen dritten Schwellenwert,
– der zweite zeitliche Verlauf unterschreitet zu einem vierten Zeitpunkt einen vierten Schwellenwert, wobei der vierte Zeitpunkt zeitlich nach dem dritten Zeitpunkt liegt.

Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche der Einzelkriterien oder nur einzelne Einzelkriterien erfüllt sein müssen, damit das Übereinstimmungskriterium erfüllt ist.
Der dritte Zeitpunkt kann zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt liegen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Überschreiten des ersten Schwellenwertes und das Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes innerhalb eines vorbestimmten ersten Zeitraumes erfolgt, und/oder das Überschreiten des dritten Schwellenwertes und das Unterschreiten des vierten Schwellenwertes innerhalb eines vorbestimmten zweiten Zeitraumes erfolgt. Damit kann die Stabilität und Zuverlässigkeit der Detektion erhöht werden.
Des Weiteren wird durch die Erfindung ein kapazitives Sensorsystem bereitgestellt, welches zumindest eine Sensorelektrode umfasst, wobei die zumindest eine Sensorelektrode mit einer Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensorsystems gekoppelt ist, und wobei die Auswerteeinrichtung angepasst ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu der zumindest einen Sensorelektrode des kapazitiven Sensorsystems auszuführen.
Ferner wird durch die Erfindung ein elektrisches Gerät bereitgestellt, insbesondere elektrisches Handgerät, mit einem kapazitiven Sensorsystem, wobei das kapazitive Sensorsystem zumindest eine Sensorelektrode umfasst, wobei die zumindest eine Sensorelektrode mit einer Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensorsystems gekoppelt ist, und wobei die Auswerteeinrichtung angepasst ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu der zumindest einen Sensorelektrode des kapazitiven Sensorsystems auszuführen.
Die zumindest eine Sensorelektrode kann an einer Oberfläche oder nahe unterhalb einer Oberfläche des Handgerätes angeordnet sein.
Das Handgerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon, eine kabellose Computermaus, eine Fernbedienung, ein Eingabemittel für eine Spielkonsole, ein mobiler Kleincomputer, oder dergleichen sein.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine mögliche Bewegung eines Fingers relativ zu zwei Sensorelektroden eines kapazitiven Sensorsystems, welche geeignet ist, einen Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten;
2 den zeitlichen Verlauf von differenziellen Sensordaten zweier Sensorelektroden eines kapazitiven Sensorsystems;
3 ein elektrisches Handgerät mit zwei an diesem angeordneten Sensorelektroden, welche zum Erfassen einer Bewegungen relativ zu den Sensorelektroden vorgesehen sind, um aufgrund einer erfassten vorbestimmten Bewegung ein Kalibrierverfahren des Sensorsystems einzuleiten;
4a/4b eine Bewegung des Fingers relativ zu Sensorelektroden eines kapazitiven Sensorsystems, welche besonders gut geeignet ist, um einen Kalibriervorgang eines kapazitiven Sensorsystems einzuleiten;
5 ein elektrisches Handgerät mit einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, wobei das Sensorsystem vier Sensorelektroden aufweist;
6 den zeitlichen Verlauf der von den vier in 5 gezeigten Sensorelektroden bereitgestellten Sensordaten; und
7 ein elektrisches Handgerät mit einem erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorsystem, welches fünf Sensorelektroden aufweist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt schematisch den Ablauf einer Bewegung eines Fingers, relativ zu zwei Sensorelektroden eines kapazitiven Sensorsystems, welche geeignet ist, eine Kalibrierung des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten.
Das kapazitive Sensorsystem umfasst eine erste Sensorelektrode E1 und eine zweite Sensorelektrode E2. Die Sensorelektroden E1 und E2 sind jeweils an der Oberfläche eines hier nicht gezeigten elektrischen Handgerätes, etwa ein Mobiltelefon oder eine Fernbedienung angeordnet. Die Sensorelektroden E1, E2 sind derart an der Oberfläche bzw. nahe unterhalb der Oberfläche des elektrischen Handgerätes angeordnet, dass, wenn das Handgerät in einer Hand gehalten wird, beide Elektroden E1, E2 mit einem Finger, etwa dem Daumen erreichbar sind.
Um die Kalibrierung des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten, wird der Finger F zunächst nahe über die erste Sensorelektrode E1 bewegt. Dabei nähert sich der Finger F der ersten Sensorelektrode E1 an. Wird die Bewegung fortgeführt, nähert sich der Finger F auch der zweiten Sensorelektrode E2 an, wobei sich der Finger F gleichzeitig wieder von der ersten Sensorelektrode E1 entfernt. Wird die Bewegung noch weiter fortgeführt, entfernt sich der Finger F schließlich auch wieder von der zweiten Sensorelektrode E2.
Der in 1 gezeigte Bewegungsablauf eines Fingers relativ zu den Sensorelektroden E1 und E2 ist geeignet, die Kalibrierung des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten, weil der Finger F am Ende des Bewegungsablaufes einen Abstand zum den Sensorelektroden E1 und E2 aufweist, welche ausreicht, dass der Finger F das Ergebnis des anschließenden Kalibriervorgang nicht oder nur vernachlässigbar beeinflusst. Die anderen, nicht für die Bedienung des Handgerätes vorgesehenen Finger, also jene Finger, mit welchen das Handgerät festgehalten wird, müssen nicht von den Sensorelektroden E1, E2 entfernt werden, weil diese Finger die kapazitive Umgebung der Sensorelektroden während der Bedienung im gleichen Maße beeinflussen wie während des Kalibriervorganges.
Zudem handelt es sich bei dem hier gezeigten Bewegungsablauf um einen besonders intuitiven Bewegungsablauf, welcher von einem Benutzer eines elektrischen Handgerätes einfach erlernt werden kann, wie mit Bezug auf die 4a und 4b näher erläutert wird. Durch das mit diesem Bewegungsablauf einhergehende Annähern an die Sensorelektroden E1 und E2 bzw. Entfernen von den Sensorelektroden E1 und E2 wird bewirkt, dass sich die kapazitive Umgebung an den Elektroden E1 und E2 in einer vorbestimmten Weise ändert. Entsprechend den Änderungen der kapazitiven Umgebung an den Sensorelektrode E1 und E2 stellen die Sensorelektroden jeweils ein Sensorsignal bzw. Sensordaten bereit, welche jeweils indikativ für ein Annähern des Fingers und ein Entfernen des Fingers an die jeweilige Sensorelektrode bzw. von der jeweiligen Sensorelektrode sind.
Der zeitliche Verlauf der von den jeweiligen Sensorelektroden E1 und E2 bereitgestellten Sensordaten wird erfindungsgemäß erfasst und mit vorbestimmten Referenzdaten verglichen, um zu detektieren, ob es sich bei der erfassten Fingerbewegung um eine Bewegung handelt, welche für das Einleitung eines Kalibriervorganges bestimmt ist.
Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der von den Sensorelektroden E1 und E2 bereitgestellten Sensordaten ist mit Bezug auf 2 gezeigt.
Anstelle von zwei Sensorelektroden E1, E2 kann auch lediglich eine Sensorelektrode vorgesehen sein. Hierbei wird das von der Sensorelektrode bereitgestellte Sensorsignal mit einem Referenzsignal bzw. mit Referenzdaten verglichen. Ergibt der Vergleich, dass das Sensorsignal einer vorbestimmten Bewegung entspricht, wird der Kalibriervorgang eingeleitet. Damit wird es möglich, besonders einfach ausgeführte kapazitive Sensorsysteme bereitzustellen, welche dennoch zuverlässig kalibriert werden können, auch wenn sich das Handgerät, in welchem das Sensorsystem angeordnet ist, in Bedienung befindet.
Es ist auch möglich, ein kapazitives Sensorsystem bereitzustellen, welches eine Vielzahl von Sensorelektroden aufweist. Die Sensorelektroden können etwa in einer Matrix angeordnet sein und etwa Bestandteil eines kapazitiven Displays sein. Dabei können einige, z. B. eine Elektrode oder zwei oder mehrere Elektroden der Elektrodenmatrix, als Sensorelektroden zum Erfassen der für das Einleiten eines Kalibriervorganges vorgesehenen Bewegung vorgesehen sein.
In 2 ist der zeitliche Verlauf von differenziellen Sensordaten gezeigt, wobei die Kennlinie S1 aus den von der ersten Sensorelektrode E1 bereitgestellten Sensordaten erzeugt wird und die Kennlinie S2 aus den von der zweiten Sensorelektrode E2 bereitgestellten Sensordaten erzeugt wird. Ein differenzieller Sensordatenwert wird hierbei aus der Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender Sensordatenwerten ermittelt, d. h. ein differenzieller Sensordatenwert zu einem Zeitpunkt t wird aus der Differenz zwischen einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t und einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t – 1 gebildet. Die Differenz kann auch zwischen zeitlich weiter auseinander liegenden Sensordatenwerten gebildet werden, etwa zwischen einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t und einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t – 2. Allgemein kann ein differenzieller Sensordatenwert zu einem Zeitpunkt t aus der Differenz zwischen einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t und einem Sensordatenwert zum Zeitpunkt t – n gebildet werden, wobei n ∊
ist.
Indem jeweils der zeitliche Verlauf der differenziellen Sensordaten verwendet wird, kann besonders einfach zwischen einem Annähern an eine Sensorelektrode und einem Entfernen von einer Sensorelektrode unterschieden werden. Ein positiver Wert eines differenziellen Sensordatums entspricht einer Annäherung an die Elektrode, während ein negativer Wert eines differenziellen Sensordatums einem Entfernen von der Elektrode entspricht.
Alternativ kann auch die Summe zumindest zweier zeitlich aufeinanderfolgender differentieller Sensordatenwerte gebildet werden, wobei die differentiellen Sensordatenwerte wie vorstehend beschrieben gebildet werden können, also
mit

e_t: Wert des zeitlichen Verlaufes zum Zeitpunkt t
w_t, w_t-n: Sensordatenwert zum Zeitpunkt t bzw. t – n
m: Anzahl der zeitlich aufeinanderfolgenden differentiellen Sensordatenwerte

Der in 2 gezeigte zeitliche Verlauf S1 entspricht einer Annäherung eines Fingers an die erste Sensorelektrode bzw. einem Entfernen des Fingers von der ersten Sensorelektrode E1. Der zeitliche Verlauf S2 entspricht einer Annäherung eines Fingers an die zweite Sensorelektrode E2 bzw. einem Entfernen des Fingers von der zweiten Sensorelektrode E2. Wie hier erkennbar ist, nähert sich der Finger zunächst der ersten Sensorelektrode E1, was sich in den positiven differenziellen Sensordatenwerten widerspiegelt. Im weiteren Verlauf des zeitlichen Verlaufes S1 werden die differenziellen Sensordatenwerte negativ, d. h. dass sich der Finger von der ersten Sensorelektrode E1 entfernt.
Nachdem sich der Finger von der ersten Sensorelektrode E1 entfernt hat, nähert sich dieser der zweiten Sensorelektrode E2 an, was zu positiven differenziellen Sensordatenwerten im zweiten Verlauf S2 führt. Auch hier entfernt sich der Finger wieder von der zweiten Sensorelektrode E2, so dass auch die differenziellen Sensordatenwerte der zweiten Sensorelektrode E2 einen negativen Wert annehmen. Erfindungsgemäß können die in 2 gezeigten zeitlichen Verläufe S1 und S2 von differenziellen Sensordaten der Sensorelektroden E1 und E2 als Kriterium herangezogen werden, um die Kalibrierung des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten. Das bedeutet, dass, wenn eine Bewegung eines Fingers relativ zu den Sensorelektroden E1 und E2 ausgeführt wird, welche zu zeitlichen Verläufen von differenziellen Sensordaten wie in 2 gezeigt führt, durch die Bewegung die Kalibrierung des Sensorsystems eingeleitet wird.
Die zeitlichen Verläufe S1, S2 der tatsächlich an den Sensorelektroden erfassten differenziellen Sensordaten können jeweils mit einem zeitlichen Verlauf von Referenzdaten verglichen werden. Dabei kann ermittelt werden, ob die zeitlichen Verläufe S1, S2 mit den zeitlichen Verläufen der Referenzdaten übereinstimmen bzw. um lediglich vorbestimmte Toleranzen voneinander abweichen. Für das Ermitteln bzw. Detektieren der Übereinstimmung können ein oder mehrere Übereinstimmungskriterien festgelegt werden. Sind ein oder mehrere Übereinstimmungskriterien erfüllt, gilt die für das Einleiten eines Kalibriervorganges vorgesehene Bewegung als erkannt und der Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems kann eingeleitet werden. Wird die für das Einleiten des Kalibriervorganges bestimmte Bewegung nicht erkannt, verbleibt die kapazitive Sensoreinrichtung in einem normalen Betriebsmodus, in welchem das kapazitive Sensorsystem zum Erfassen von Bedienabläufen vorgesehen ist.
Zum Vergleichen der zeitlichen Verläufe S1, S2 mit den zeitlichen Verläufen von Referenzdaten können beispielsweise Verfahren zur Musterkennung, etwa Hidden-Markov-Modelle verwendet werden. Als Übereinstimmungskriterium kann hier der Grad der Ähnlichkeit der zeitlichen Verläufe S1, S2 zu den zeitlichen Verläufen der Referenzdaten vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung können die zeitlichen Verläufe S1, S2 mit den zeitlichen Verläufen von Referenzdaten verglichen werden, wobei die Referenzdaten die zeitliche Abfolge von Überschreiten bzw. Unterschreiten vorbestimmter Schwellenwerte von den erfassten differenziellen Sensordaten definieren.
Beispielsweise können ein erster Schwellenwert SW1 und ein zweiter Schwellenwert SW2 festgelegt sein. Für das Überschreiten und Unterschreiten der Schwellenwerte SW1 bzw. SW2 kann beispielsweise folgende zeitliche Abfolge definiert werden:

– der erste Verlauf S1 überschreitet zu einem ersten Zeitpunkt t1 den ersten Schwellenwert SW1,
– der erste Verlauf SW1 unterschreitet zu einem zweiten Zeitpunkt t2 einen zweiten Schwellenwert SW2, wobei der zweite Zeitpunkt t2 zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt t1 liegt,
– der zweite Verlauf S2 überschreitet zu einem dritten Zeitpunkt t3 den Schwellenwert SW1,
– der zweite Verlauf S2 unterschreitet zu einem vierten Zeitpunkt t4 den zweiten Schwellenwert SW2, wobei der vierte Zeitpunkt t4 zeitlich nach dem dritten Zeitpunkt t3 liegt.

Um die Detektionsgenauigkeit weiter zu erhöhen bzw. die Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung zu verringern, können Zeiträume vorgesehen sein, innerhalb welcher die Schwellenwerte überschritten bzw. unterschritten werden müssen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Verlauf S2 den zweiten Schwellenwert SW2 innerhalb eines Zeitraumes Z1 unterschreiten muss, nachdem dieser den ersten Schwellenwert SW1 überschritten hat. In ähnlicher Weise kann für den zweiten Verlauf S2 ein Zeitraum Z2 definiert werden, innerhalb welchem nach dem Überschreiten des ersten Schwellenwertes SW1 der zweite Schwellenwert SW2 unterschritten werden muss.
Alternativ oder zusätzlich kann ein dritter Zeitraum Z3 definiert werden, innerhalb welchem der zweite Verlauf S2 den ersten Schwellenwert SW1 überschreiten muss, nachdem der erste Verlauf S1 den zweiten Schwellen SW2 unterschritten hat. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein vierter Zeitraum Z4 vorgesehen sein, innerhalb welchem die zeitlichen Verläufe S1 und S2 die Schwellenwerte SW1 und SW2 wie vorstehend beschrieben überschreiten bzw. unterschreiten müssen.
Die Schwellenwerte SW1 und SW2 können für beide zeitlichen Verläufe S1 und S2 jeweils verschieden festgelegt werden. Ebenso kann beispielsweise festgelegt werden, dass für das Erkennen einer Bewegung zum Einleiten eines Kalibriervorganges lediglich jeweils der Schwellenwert SW1 überschritten werden muss, wobei das Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes SW2 jeweils unberücksichtigt bleiben kann. Umgekehrt kann auch vorgesehen sein, dass nur das Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes SW2 ausgewertet wird.
Zum Überwachen, ob die zeitlichen Verläufe S1, S2 die jeweiligen Schwellenwerte SW1 bzw. SW2 innerhalb der vorgegeben Zeiträume überschreiten bzw. unterschreiten, kann jeweils ein Timer gestartet werden, welcher terminiert, sobald das zu überwachende Ereignis bzw. Ereignisse eintreten.
3 zeigt ein elektrisches Handgerät, etwa ein Mobiltelefon mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem, welches eine erste Sensorelektrode E1 und eine zweite Sensorelektrode E2 aufweist. Die Sensorelektroden E1, E2 sind so an der Bedienoberfläche des Mobiltelefons angeordnet, dass, wenn das Mobiltelefon in einer Hand gehalten wird, sich ein Finger in einer wie mit Bezug auf 1 beschriebenen Art und Weise in beiden Elektroden E1, E2 annähern bzw. entfernen kann. Die Elektroden E1, E2 sind vorzugsweise so unterhalb der Oberfläche des Mobiltelefons G angeordnet, dass sie von außen nicht sichtbar sind.
Das Mobiltelefon kann eine berührungssensitive Eingabefläche aufweisen. Unterhalb der Oberfläche der Eingabefläche können die Sensorelektroden des erfindungsgemäßen kapazitiven Sensorsystems angeordnet sein. Sofern es sich bei der berührungssensitiven Eingabefläche um eine Eingabefläche auf kapazitiver Basis handelt, können auch Elektroden der berührungssensitiven kapazitiven Eingabefläche verwendet werden, um die für das einleiten des Kalibriervorganges vorgesehene Bewegung zu erfassen bzw. zu detektieren.
Anhand der 4a und 4b wird das Einleiten eines Kalibriervorganges eines kapazitiven Sensorsystems mit zwei Sensorelektroden E1 und E2 in einem elektrischen Handgerät G näher erläutert. Die in diesem Zusammenhang beschriebene Bewegung eines Fingers F relativ zu den Sensorelektroden E1 und E2, welche vorgesehen ist, einen Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems einzuleiten, zeichnet sich dadurch aus, dass sie besonders intuitiv ist und besonders einfach zu erlernen ist.
Die Bewegung des Fingers relativ zu den Sensorelektroden E1, E2 kann mit der Bewegung eines ”virtuellen Gegenstandes”, welcher über dem Display des elektrischen Handgerätes G angeordnet ist, in Verbindung gebracht werden. Dieser virtuelle Gegenstand kann ein Tuch T (virtuelles Tuch) sein, welches sich vorzugsweise im Bereich der Sensorelektroden E1 und E2 über das Display legt. Das virtuelle Tuch T kann vorgesehen sein, die Bedienung des Handgerätes G zu verhindern, solange das virtuelle Tuch T über das Display gelegt ist.
Die mit Bezug auf 1 gezeigte Fingerbewegung kann damit assoziiert werden den Daumen unter das Tuch T zu schieben und dieses anzuheben. Indem der Daumen unter das virtuelle Tuch T geschoben wird und anschließend angehoben wird, wird also intuitiv die in 1 gezeigte Bewegung durchgeführt. Ist das virtuelle Tuch T hochgehoben, zeigt der Finger F leicht nach oben, wie in 4b gezeigt. Die Fingerhaltung mit leicht nach oben gestreckten Daumen ist zudem geeignet, die Kalibrierung des Sensorsystems durchzuführen, weil konstante Umwelteinflüsse wie etwa von Fingern, die nicht zu Gerätesteuerung dienen, in die Kalibrierung mit einfließen können. Der Bedienfinger, etwa der Daumen, ist aufgrund der Bewegung, mit welcher das virtuelle Tuch angehoben worden ist, so weit von den Sensorelektroden entfernt worden, dass dieser nicht oder nur vernachlässigbar den Kalibriervorgang beeinflusst.
Indem der Benutzer des Handgerätes G das virtuelle Tuch T anhebt wird einerseits die Bedienung des Handgerätes freigegeben und andererseits kann gezielt der Kalibriervorgang des Sensorsystems eingeleitet werden. Damit kann in vorteilhafter Weise der Kalibriervorgang eingeleitet werden, sobald der Benutzer beabsichtigt, das Handgerät zu bedienen.
Sofern während der Bedienung des Handgerätes ein weiterer Kalibriervorgang erforderlich sein sollte, kann das virtuelle Tuch T wieder über die Eingabefläche gelegt werden, sodass für eine weitere Bedienung des Handgerätes G das virtuelle Tuch T zunächst wieder (assoziativ) angehoben werden muss, was wiederum ein Kalibiervorgang einleitet.
Sofern das Handgerät G ein Display aufweist, kann das virtuelle Tuch T in Form eines stilisierten Tuches auf dem Display angezeigt werden, um von dem Bediener ein Anheben des Tuches T anzufordern.
Wird die Bedienfläche des Handgerätes auf dem Display angezeigt, etwa bei einem berührungssensitiven Display, kann das virtuelle Tuch T die Bedienfläche zumindest teilweise ”überdecken”. Das virtuelle Tuch T kann dabei zumindest teilweise transparent ausgestaltet sein, sodass die Bedienelemente der Bedienfläche weiterhin sichtbar sind. Um die Bedienfläche freizugeben, kann der Benutzer das virtuelle Tuch T mit dem Finger (assoziativ) anheben, wie vorstehend beschrieben.
Das virtuelle Tuch T kann auch auf einer entfernten Anzeigeeinrichtung, etwa ein Fernsehgerät oder Monitor, angezeigt werden, wobei das Handgerät als Bedieneinrichtung, etwa eine Fernbedienung, für die Anzeigeeinrichtung ausgestaltet sein kann. Auf der Anzeigeeinrichtung können Bedienelemente angezeigt werden, welche mit Hilfe der Bedieneinrichtung betätigt und/oder ausgewählt werden können. Bedienelemente können Auswahlknöpfe, Auswahllisten oder dergleichen sein. Um von dem Benutzer der Bedieneinrichtung das Einleiten eines Kalibriervorganges des in der Bedieneinrichtung angeordneten kapazitiven Sensorsystems anzufordern, kann auf der entfernten Anzeigeeinrichtung das virtuelle Tuch T eingeblendet werden. Um die Bedienung der Bedieneinrichtung freizugeben, muss der Benutzer das virtuelle Tuch mit einem Finger anheben, wie vorstehend beschrieben, wobei das Bewegen des Fingers relativ zu den an der Bedieneinrichtung angeordneten Sensorelektroden erfolgt.
Dem Bediener kann auch auf andere Art und Weise signalisiert werden, dass das virtuelle Tuch T angehoben werden muss, etwa über eine an dem Handgerät angeordnete LED. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Handgerät nicht über ein Display verfügt, auf dem das virtuelle Tuch angezeigt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet, einen Kalibriervorgang eines an einer Tastatur angeordneten kapazitiven Sensorsystems einzuleiten. Zusätzlich zu den Tasten der Tastatur, welche als kapazitive Taster ausgestaltet sein können, sind an der Tastatur die Sensorelektroden eines kapazitiven Sensorsystems angeordnet. Die Tastatur kann eine Computertastatur sein. Mit dem kapazitiven Sensorsystem kann die Eingabemöglichkeit der Tastatur erweitert werden, etwa als Ersatz für eine Maus bzw. Computermaus. Mit einer entsprechenden Bewegung eines Finger oder der ganzen Hand relativ zu den Sensorelektroden des kapazitiven Sensorsystems kann der Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems eingeleitet werden. Das anzuhebende virtuelle Tuch T kann beispielsweise auf einem Display angezeigt werden. Die Tastatur kann eine drahtgebundene oder eine drahtlose Tastatur sein. Bei einer Tastatur mit kapazitiven Tastern können auch die kapazitiven Taster zum Erfassen der den Kalibriervorgang einleitenden Bewegung vorgesehen sein.
Sofern das kapazitive Sensorsystem nicht kalibriert werden muss, was von dem kapazitiven Sensorsystems selbst erkannt werden kann, kann die einen Kalibriervorgang einleitende Bewegung als normale Bediengeste detektiert werden.
Ähnlich zum virtuellen Tuch T kann die Bedienfläche auch von einer virtuellen Platte abgedeckt sein, die von dem sich anhebenden Finger (assoziativ) zertrümmert wird. Ebenso kann sich über der Bedienfläche ein virtuelles Nebelfeld legen, welches sich aufgrund des durch die Fingerbewegung entstehenden Luftwirbels (assoziativ) auflöst.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines elektrischen Handgerätes G mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem, wobei das Sensorsystem hier vier Sensorelektroden E1, E1', E2 und E2' umfasst. Die Sensorelektroden sind dabei wie in 5 ersichtlich an der Oberfläche bzw. unterhalb der Oberfläche der Bedienfläche des elektrischen Handgerätes G angeordnet. Eine solche Anordnung ist insbesondere für die Bedienung des Handgerätes sowohl durch Links- als auch Rechtshänder geeignet.
Führt ein Benutzer eine Bewegung wie mit Bezug auf 1 gezeigt im Bereich der Sensorelektroden E1 und E2 durch, ergibt sich ein zeitlicher Verlauf von differenziellen Sensordaten für die Sensorelektroden E1 und E2 wie mit Bezug auf 2 gezeigt. Für die Sensorelektroden E1' und E2' ergibt sich ein zeitlicher Verlauf von differenziellen Sensordaten, welcher im Wesentlichen die gleiche Form wie der zeitliche Verlauf der differenziellen Sensordaten der Elektroden E1 und E2 aufweist, allerdings im Vergleich zu diesen geringere Extremwerte aufweist, weil sich der Finger den Elektroden E1' und E2' nicht so stark annähert bzw. von diesen entfernt wie bei den Elektroden E1 und E2.
Die zeitlichen Verläufe der differenziellen Sensordaten der Elektroden E1, E2, E1', E2' sind in 6 gezeigt. Die zeitlichen Verläufe S1, S2 entsprechen den differenziellen Sensordaten der Elektroden E1 und E2. Die zeitlichen Verläufe S1' und S2' entsprechen den differenziellen Sensordaten der Elektroden E1' bzw. E2'. In dieser Ausgestaltung können die zeitlichen Verläufe S1' und S2' als zusätzliche Verläufe verwendet werden, welche ebenfalls ein oder mehrere Übereinstimmungskriterien erfüllen müssen, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen kann so weiter reduziert werden.
7 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung eines elektrischen Handgerätes G mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem, welches fünf Sensorelektroden aufweist. Vier Sensorelektroden sind hierbei jeweils in einem Eckbereich des elektrischen Handgerätes G angeordnet. Die fünfte Elektrode E2 ist im Wesentlichen mittig an der Oberfläche des Handgerätes angeordnet. Diese Anordnung von Elektroden hat den Vorteil, dass eine Bewegung, wie in 1 gezeigt, im Wesentlichen unabhängig von der Bewegungsrichtung des Fingers an der Oberfläche des Handgerätes G ist. D. h., eine entsprechende Bewegung des Fingers von der linken unteren Elektrode E1 in Richtung der linken oberen Elektrode E1 führt auch zu einer entsprechenden Annäherung an die Elektrode E2 bzw. zu einem entsprechenden Entfernen des Fingers von der Elektrode E2. Ebenfalls ist es hier möglich, dass sich der Finger zunächst der Elektrode E1 annähert bzw. sich von dieser entfernt.
Vorstehend ist das erfindungsgemäße Sensorsystem bzw. das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel eines Mobiltelefons näher erläutert worden. Das erfindungsgemäße Sensorsystem bzw. Verfahren kann auch in einer Computermaus, einer Fernbedienung, einem Eingabemittel für eine Spielkonsole, einem mobilen Kleincomputer oder dergleichen verwendet werden. Das erfindungsgemäße Sensorsystem bzw. -verfahren kann auch in größeren elektrischen Geräten vorgesehen sein, bei welchen es beispielsweise notwendig ist, einen Kalibriervorgang des kapazitiven Sensorsystems durchzuführen, während das elektrische Gerät bedient wird.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu einem kapazitiven Sensorsystem, welches zumindest eine erste Sensorelektrode (E1) umfasst, umfassend: – Erfassen eines ersten zeitlichen Verlaufs (S1) von ersten Sensordaten (SD1), welche von der ersten Sensorelektrode (E1) bereit gestellt werden, wobei der erste zeitliche Verlauf (S1) die Bewegung des Objektes relativ zur ersten Sensorelektrode (E1) repräsentiert, wobei der erste zeitliche Verlauf (S1) durch eine Sequenz von differentiellen Sensordaten gebildet wird, wobei ein differentielles Sensordatum aus der Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender erster Sensorsdaten gebildet wird, – Vergleichen des ersten zeitlichen Verlaufs (S1) mit einem zeitlichen Verlauf erster Referenzdaten, – Detektieren, ob der Vergleich des ersten zeitlichen Verlaufes (S1) mit den ersten Referenzdaten zumindest ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium erfüllt, wobei als Übereinstimmungskriterium ein Grad der Ähnlichkeit des ersten zeitlichen Verlaufes (S1) zu dem zeitlichen Verlauf der erster Referenzdaten vorgesehen ist, und – Einleiten eines Kalibriervorganges des kapazitiven Sensorsystems, sofern der Vergleich das zumindest eine vorbestimmte Übereinstimmungskriterium erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kapazitive Sensorsystem zumindest eine zweite Sensorelektrode (E2) umfasst und das Verfahren zusätzlich umfasst: – Erfassen eines zweiten zeitlichen Verlaufs (S2) von zweiten Sensordaten (SD2), welche von der zweiten Sensorelektrode (E2) bereit gestellt werden, wobei der zweite zeitliche Verlauf (S2) die Bewegung des Objektes relativ zur zweiten Sensorelektrode (E2) repräsentiert, – Vergleichen des zweiten zeitlichen Verlaufs (S2) mit einem zeitlichen Verlauf zweiter Referenzdaten, und – Detektieren, ob der Vergleich des zweiten zeitlichen Verlaufes (S2) mit den zweiten Referenzdaten zumindest ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium erfüllt, wobei als Übereinstimmungskriterium ein Grad der Ähnlichkeit des zweiten zeitlichen Verlaufes (S2) zu dem zeitlichen Verlauf der zweiten Referenzdaten vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei – der zeitliche Verlauf der ersten Referenzdaten ein Annähern des Objektes an die erste Sensorelektrode (E1) mit anschließendem Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode (E1) repräsentiert, – der zeitliche Verlauf der zweiten Referenzdaten ein Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode (E2) mit anschließendem Entfernen des Objektes von der zweiten Sensorelektrode (E2) repräsentiert, und – wobei das Annähern des Objektes an die erste Sensorelektrode (E1) zeitlich vor dem Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode (E2) und das Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode (E1) zeitlich vor dem Entfernen des Objektes von der zweiten Sensorelektrode (E2) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Annähern des Objektes an die zweite Sensorelektrode (E2) zeitlich nach Entfernen des Objektes von der ersten Sensorelektrode (E1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der zweite zeitliche Verlauf (S2) durch eine Sequenz von differentiellen Sensordaten gebildet wird, wobei ein differentielles Sensordatum aus der Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender zweiter Sensordaten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste zeitliche Verlauf (S1) und der zweite zeitliche Verlauf (S2) jeweils aus der Summe zumindest zweier zeitlich aufeinanderfolgender differentieller Sensordaten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Referenzwert vorgesehen ist, und wobei Einzelwerte der zeitlichen Verläufe (S1, S2), welche größer als der Referenzwert sind, jeweils ein Annähern des Objektes an die jeweilige Sensorelektrode (SE1, SE2) beschreiben und Einzelwerte der zeitlichen Verläufe (S1, S2), welche kleiner als der Referenzwert sind, jeweils ein Entfernen des Objektes von der jeweiligen Sensorelektrode (SE1, SE2) beschreiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das zumindest eine vorbestimmte Übereinstimmungskriterium umfasst: – der erste zeitliche Verlauf (S1) überschreitet zu einem ersten Zeitpunkt (t1) einen ersten Schwellenwert (SW1), und – der erste zeitliche Verlauf (S1) unterschreitet zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) einen zweiten Schwellenwert (SW2), wobei der zweite Zeitpunkt (t2) zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt (t1) liegt, und – der zweite zeitliche Verlauf (S2) überschreitet zu einem dritten Zeitpunkt (t3) einen dritten Schwellenwert (SW3), und – der zweite zeitliche Verlauf (S2) unterschreitet zu einem vierten Zeitpunkt (t4) einen vierten Schwellenwert (SW4), wobei der vierte Zeitpunkt (t4) zeitlich nach dem dritten Zeitpunkt (t3) liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der dritte Zeitpunkt (t3) zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt (t2) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei – das Überschreiten des ersten Schwellenwertes (SW1) und das Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes (SW2) innerhalb eines vorbestimmten ersten Zeitraumes erfolgt, und/oder – das Überschreiten des dritten Schwellenwertes (SW3) und das Unterschreiten des vierten Schwellenwertes (SW4) innerhalb eines vorbestimmten zweiten Zeitraumes erfolgt.
Kapazitives Sensorsystem, welches zumindest eine Sensorelektrode umfasst, wobei die zumindest eine Sensorelektrode mit einer Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensorsystems gekoppelt ist, und wobei die Auswerteeinrichtung angepasst ist, ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu der zumindest einen Sensorelektrode des kapazitiven Sensorsystems, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, auszuführen.
Elektrisches Gerät (G), insbesondere elektrisches Handgerät, mit einem kapazitiven Sensorsystem, wobei das kapazitive Sensorsystem zumindest eine Sensorelektrode umfasst, wobei die zumindest eine Sensorelektrode mit einer Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensorsystems gekoppelt ist, und wobei die Auswerteeinrichtung angepasst ist, ein Verfahren zum Erfassen von Bewegungen eines Objektes relativ zu der zumindest einen Sensorelektrode des kapazitiven Sensorsystems, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, auszuführen.
Handgerät nach Anspruch 12, wobei die zumindest eine Sensorelektrode an einer Oberfläche des Handgerätes (G) angeordnet sind.