DE102011006079B4

DE102011006079B4 - Messeinrichtung und Verfahren zur Annäherungsdetektion

Info

Publication number: DE102011006079B4
Application number: DE102011006079A
Authority: DE
Inventors: Axel Heim; Dr. Ivanov Artem; Dr. Aubauer Roland
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: KR20140012701A; CN103443731B; EP2689313A2; JP2014508948A; US9354263B2; TW201312431A; KR101868924B1; CN103443731A; WO2012126992A3; EP2689313B1; TWI570610B; JP6121397B2; DE102011006079A1; US20140232418A1; WO2012126992A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Messeinrichtung für ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, zur Detektion einer Annäherung an das Handgerät, wobei die kapazitive Messeinrichtung eine Schaltereinrichtung aufweist, wobei die Masse der kapazitiven Messeinrichtung über die Schaltereinrichtung galvanisch mit einer elektrisch leitfähigen Struktur des Handgerätes koppelbar ist, und wobei die kapazitive Messeinrichtung eine an dem Handgerät anordenbare Masseelektrodenstruktur mit zumindest einer Masseelektrode aufweist, wobei die Masse der kapazitiven Messeinrichtung über die Schaltereinrichtung mit der zumindest einen Masseelektrode galvanisch koppelbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, mit einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Messeinrichtung für ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, zur Detektion einer Annäherung einer Hand an das Handgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, mit einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung.
Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
Handgeräte, insbesondere elektrische Handgeräte, werden zunehmend mit kapazitiven Sensoren ausgestattet, um eine Annäherung einer Hand an das Handgerät bzw. ein Berühren des Handgerätes durch eine Hand zu detektieren. Hintergrund der Annäherungs- bzw. Berührungsdetektion ist das Bereitstellen zusätzlicher Interaktionsmöglichkeiten zur Bedienung eines Handgerätes. Damit soll die Bedienbarkeit eines Handgerätes verbessert bzw. erleichtert werden.
So ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Sensorelektroden einer kapazitiven Sensoreinrichtung auf einer Sensorfläche des Handgerätes anzuordnen. Diese Sensorfläche stellt einen Interaktionsbereich bereit, über den das Handgerät Benutzereingaben entgegennehmen kann. Die Benutzereingaben können beispielsweise durch Berühren der Sensorfläche und/oder durch eine Annäherung einer Hand an die Sensorfläche bewirkt werden. Unterhalb der Sensorfläche kann eine großflächige Sendeelektrode (Geberelektrode) angeordnet sein, mit welcher ein elektrisches Wechselfeld angeregt werden kann. Die mittels der Sensorelektroden der Sensorfläche detektierten Signale bzw. die daraus abgeleiteten Daten stehen in Zusammenhang mit dem Abstand eines Objektes, etwa eines Fingers zu den Sensorelektroden.
Nachteilig hierbei ist allerdings, dass, wenn das Handgerät in einer Hand gehalten wird, die Position einer Fingerspitze, etwa der Daumenspitze, relativ zur Sensorfläche nicht mit der notwendigen Genauigkeit ermittelt werden kann, wenn etwa der Daumen seitlich über die Sensorfläche hineinragt. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist allerdings eine genaue Bestimmung der Position einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche eine notwendige Voraussetzung.
Bewegt sich ein Finger, etwa ein Daumen, der Hand, welche das Handgerät umgreift, im Bereich der Sensorfläche wird das die Sensorfläche umgebende elektrische Wechselfeld verzerrt. Bei gleicher Position der Daumenspitze ist die Verzerrung des elektrischen Wechselfeldes allerdings davon abhängig, von welcher Seite der Daumen über die Sensorfläche hineinragt. Um beim Ermitteln der Position einer Fingerspitze, etwa eines Daumens, relativ zur Sensorfläche solche unterschiedlichen Verzerrungen des elektrischen Wechselfeldes der Sensorfläche zu berücksichtigen, ist es notwendig zu wissen, in welcher Hand das Handgerät gehalten wird. Für eine korrekte Positionsbestimmung einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche muss also zusätzlich detektiert werden, ob das Handgerät in der linken Hand oder in der rechten Hand gehalten wird.
In dem Stand der Technik wird die Handhaltung, d. h. ob das Handgerät in der rechten Hand oder in der linken Hand gehalten wird, bei der Detektion der Position einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche nicht berücksichtigt. Für eine Vielzahl von Anwendungen kann daher die Position der Fingerspitze relativ zur Sensorfläche nicht mit der notwendigen Genauigkeit detektiert werden. Im Stand der Technik wird versucht, diesem Problem dadurch zu begegnen, indem durch die Gehäuseform des Handgerätes die Bedienung vorgegeben wird. Beispielsweise kann die Gehäuseform eines Handgerätes so ausgestaltet sein, dass dieses entweder nur mit der rechten Hand oder nur mit der linken Hand bedienbar ist. Damit wird allerdings die Bedienung bzw. der Bedienkomfort des Handgerätes wesentlich eingeschränkt.
Aus der DE 197 01 899 A1 Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements bekannt, bei der eine Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements mit dem Eingang eines Umschaltkontaktes verbunden ist, wobei ein erster Ausgang des Umschaltkontaktes, mit einem Bezugspotential und ein zweiter Ausgang des Umschaltkontaktes mit einer ersten Elektrode. eines Speicherkondensators verbunden ist.
Aus der DE 10 2010 002 475 A1 ist ein kapazitiver Mehrkanal-Sensor zur Messung der Kapazität einer Vielzahl von Erfassungselektroden gegenüber einem Referenzpotential bekannt. Der Sensor kann zur Füllstandserfassung vorgesehen sein, wobei eine erste Erfassungselektrode so angeordnet sein kann, dass ihre Kapazität, gegenüber Masse von dem Pegel einer Flüssigkeit in einem Behälter abhängt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kapazitive Messeinrichtung sowie ein Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät bzw. zur Detektion eines Umgreifens eines Handgerätes durch eine Hand bereitzustellen, mit welchen die Detektion einer Position einer Fingerspitze relativ zu einer Sensorfläche des Handgerätes verbessert werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kapazitive Messeinrichtung für ein Handgerät und ein Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät nach den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Bestandteil der Lösung ist ferner auch ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, welches eine erfindungsgemäße kapazitive Messeinrichtung aufweist.
Bereitgestellt wird demnach eine kapazitive Messeinrichtung, für ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, zur Detektion einer Annäherung an das Handgerät, wobei

– die kapazitive Messeinrichtung eine Schaltereinrichtung aufweist,
– die Masse der kapazitiven Messeinrichtung über die Schaltereinrichtung galvanisch mit einer elektrisch leitfähigen Struktur des Handgerätes koppelbar ist, und
– die kapazitive Messeinrichtung eine an dem Handgerät anordenbare Masseelektrodenstruktur mit zumindest einer Masseelektrode aufweist, wobei die Masse der kapazitiven Messeinrichtung über die Schaltereinrichtung mit der zumindest einen Masseelektrode galvanisch koppelbar ist.

Die Schaltereinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass entweder die elektrisch leitfähige Struktur und/oder zumindest eine Masseelektrode der Masseelektrodenstruktur galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass weder die elektrisch leitfähige Struktur noch die Masseelektroden der Masseelektrodenstruktur galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt sind.
Die Masseelektrodenstruktur kann eine erste Masseelektrode und eine zweite Masseelektrode aufweisen, welche so an dem Handgerät, vorzugsweise an einem Gehäuse des Handgerätes, besonders bevorzugt an der Innenseite einer Gehäuseschale des Handgerätes, angeordnet sind, dass bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest eine der beiden Masseelektroden von dieser zumindest teilweise überdeckt wird.
Die Schaltereinrichtung kann für jede Masseelektrode der Masseelektrodenstruktur und für die elektrisch leitfähige Struktur jeweils einen Schalter aufweisen.
Jede Masseelektrode der Masseelektrodenstruktur kann jeweils eine Koppelkapazität C_M, C_L, C_R zur elektrisch leitfähigen Struktur aufweisen. Die Masseelektroden und/oder die Anordnung der Masseelektroden relativ zu der elektrisch leitfähigen Struktur sollten so gewählt werden, dass die Koppelkapazitäten C_M, C_L, C_R so klein wie möglich sind.
Die kapazitive Messeinrichtung kann eine Referenzkapazität C_REF aufweisen, welche galvanisch mit der elektrisch leitfähigen Struktur gekoppelt ist und welche mit einem Schalter, umfassend ein Schaltelement mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch koppelbar ist.
Vorzugsweise sind die Referenzkapazität C_REF und die Koppelkapazitäten C_M, C_L, C_R im Wesentlichen gleich groß.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät, insbesondere elektrisches Handgerät, mit einer kapazitiven Messeinrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung, bereit gestellt, wobei die kapazitive Messeinrichtung eine Masseelektrodenstruktur mit zumindest einer Masseelektrode und zumindest eine Sensorelektrode aufweist und wobei

– in einem ersten Messzyklus die Masse der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch mit einer elektrisch leitfähigen Struktur des Handgerätes gekoppelt wird und erste Sensorsignale an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden,
– in einem zweiten Messzyklus die Masse der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch mit zumindest einer Masseelektrode der Masseelektrodenstruktur gekoppelt wird und zweite Sensorsignale an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, und
– die Differenz zwischen den Signalpegeln der ersten Sensorsignale und der zweiten Sensorsignale ermittelt werden, wobei die ermittelte Differenz indikativ für das Annähern der Hand an das Handgerät ist.

Die Masseelektrodenstruktur kann eine erste Masseelektrode und eine zweite Masseelektrode aufweisen, welche so an dem Handgerät angeordnet werden, dass bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest eine der beiden Masseelektroden von dieser zumindest teilweise überdeckt wird, wobei in dem zweiten Messzyklus

– zunächst die erste Masseelektrode galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt wird und der ersten Masseelektrode zugeordnete zweite Sensorsignale DS2_L an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden,
– anschließend die zweite Masseelektrode galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt wird und der zweiten Masseelektrode zugeordnete zweite Sensorsignale DS2_R an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, und
– eine erste Differenz der Signalpegel der der ersten Masseelektrode zugeordneten zweiten Sensorsignale DS2_L und des ersten Sensorsignals DS1, d. h. DS2_L–DS1, mit einer zweiten Differenz der Signalpegel der der zweiten Masseelektrode zugeordneten zweiten Sensorsignale DS2_R und des ersten Sensorsignals DS1, d. h., DS2_R–DS1, verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen der ersten Differenz und der zweiten Differenz, d. h., (DS2_L – DS1) – (DS2_R – DS1), indikativ dafür ist, welche der beiden Masseelektroden von der Hand überdeckt wird.

Vorzugsweise ist zumindest in dem zweiten Messzyklus die elektrisch leitfähige Struktur über eine Referenzkapazität C_REF mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar.
Die Masseelektroden E_M, E_L, E_R der Masseelektrodenstruktur können jeweils eine Koppelkapazität C_M, C_L, C_R zur elektrisch leitfähigen Struktur aufweisen. Die Masseelektroden und / oder die Anordnung der Masseelektroden relativ zu der elektrisch leitfähigen Struktur werden so gewählt, dass die Koppelkapazitäten C_M, C_L, C_R so klein wie möglich sind.
Die Referenzkapazität C_REF und die Koppelkapazitäten C_M, C_L, C_R können so gewählt werden, dass sie im Wesentlichen gleich groß sind.
Die Masseelektroden, die Referenzkapazität und die elektrisch leitfähige Struktur können jeweils über einen Schalter, aufweisend ein Schaltelement und eine parasitäre Kapazität parallel hierzu, mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar sein, wobei die Schalter vorzugsweise so gewählt werden, dass ihre Kapazitäten signifikant kleiner sind als die Koppelkapazitäten.
In einem Kalibrierschritt kann die elektrisch leitfähige Struktur über die Referenzkapazität mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt werden, und dritte Sensorsignale an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, welche als Referenz-Sensorsignale für zumindest eine Masseelektrode dienen, wobei ein Signalpegel des der zumindest einen Masseelektrode zugeordneten zweiten Sensorsignals indikativ für eine Annäherung an die zumindest eine Masseelektrode ist, wenn die Differenz der Signalpegel des ersten Sensorsignals und des dritten Sensorsignals betragsmäßig größer ist als die Differenz der Signalpegel des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals.
Zumindest ein drittes Sensorsignal kann um einen Toleranzwert korrigiert werden.
Das Handgerät bzw. elektrische Handgerät kann beispielsweise ein Smartphone, ein Mobilfunkgerät, eine Gerätefernbedienung, eine Digitalkamera, insbesondere Digitalkamera mit Touchscreen, ein Spiele-Controller bzw. eine Spielekonsole mit Touchscreen, ein mobiler Kleincomputer, ein Tablett-PC 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:
1a ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung für ein elektrisches Handgerät;
1b eine Seitenansicht eines elektrischen Handgerätes mit einer an der Rückseite angeordneten Masseelektrode;
2a ein Ersatzschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung;
2b ein Gehäuse eines Handgerätes in der Seitenansicht mit einer elektrische leitfähigen Struktur und einer Masseelektrode;
3 den zeitlichen Verlauf von an den Sensorelektroden (Messelektroden) abgegriffenen elektrischen Signale, in Abhängigkeit davon wie das Handgerät umgriffen wird; und
4 ein Ersatzschaltbild einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1a zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung für ein Handgerät zur Detektion einer Annäherung an das Handgerät. Das Handgerät weist eine Sensorfläche A auf, an welcher eine Anzahl von Sensorelektroden (Messelektroden) angeordnet sein können. Mit den Sensorelektroden kann beispielsweise die Position einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche A ermittelt werden. Dabei kann die Annäherung einer Fingerspitze an die Sensorfläche A bzw. das Berühren der Sensorfläche durch eine Fingerspitze detektiert werden. Die Sensorelektroden der Sensorfläche sowie eine Sendeelektrode (Geberelektrode), welche beispielsweise als großflächige Elektrode ausgestaltet sein kann und unterhalb der Sensorelektroden angeordnet sein kann, sind mit einer kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt. Das elektrisch leitende Gehäuse bzw. eine elektrisch leitende Gehäuseschicht des elektrischen Handgerätes kann mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt sein. Die Gehäuseschicht kann eine elektrisch leitfähige Struktur G umfassen, wie mit Bezug auf 2b gezeigt ist.
An dem Handgerät ist zusätzlich eine Masseelektrode E_M angeordnet, welche ebenfalls mit der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar ist. Die Masseelektrode E_M ist vorzugsweise so an dem Handgerät angeordnet, dass bei einem Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand diese zumindest teilweise von der Hand überdeckt wird. Ferner ist die Fläche der Masseelektrode E_M wesentlich größer oder wesentlich kleiner als die elektrisch leitfähige Struktur G des Handgerätes. Vorzugsweise ist sie wesentlich kleiner als die elektrisch leitfähige Struktur G. Bei den nachfolgend angegebenen Rohwerten bzw. Messgrößen und Formeln bzw. Berechnungen wird jeweils davon ausgegangen, dass die Fläche der Masseelektrode E_M wesentlich kleiner ist als die elektrisch leitfähige Struktur G. Die angegebenen Rohwerten bzw. Messgrößen und Formeln bzw. Berechnungen gelten entsprechend aber auch für den Fall, dass die Fläche der Masseelektrode E_M wesentlich größer ist als die elektrisch leitfähige Struktur G, wobei sich hier allerdings die Vorzeichen von Messgrößen ändern.
An den Sensorelektroden der Sensorfläche A werden Sensorsignale detektiert, welche mit der Position einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche A korrelieren. Im Normalbetrieb des elektrischen Handgerätes bzw. der kapazitiven Messeinrichtung ist die elektrisch leitfähige Struktur G des Gehäuses bzw. des Handgerätes galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt. Das Koppeln der elektrisch leitfähigen Struktur G mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung kann beispielsweise über einen Schalter S₁ einer Schaltereinrichtung bewerkstelligt werden.
Die Detektion einer Annäherung an das Handgerät gemäß der Erfindung erfolgt im Wesentlichen in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen, wobei die Detektion mehrfach durchgeführt wird. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Messzyklen wird vorzugsweise so gewählt, dass angenommen werden kann, dass sich zwischen zwei Messzyklen ein Finger im Bereich der Sensorfläche A nicht bewegt, d. h., eine Bewegung eines Fingers relativ zur Sensorfläche A wird nicht als solche erkannt bzw. beeinflusst die Detektion nicht. Das bedeutet, dass der zeitliche Abstand zwischen den beiden Messzyklen vorzugsweise sehr gering gewählt wird.
In einem ersten Messzyklus werden an den Sensorelektroden der Sensorfläche A Sensorsignale detektiert, wenn der Schalter S₁ geschlossen ist, d. h. die elektrisch leitfähige Struktur G ist galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt.
Die Masseelektrode E_M kann über einen zweiten Schalter S₂ der Schaltereinrichtung mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt werden. Während des zuvor beschriebenen ersten Messzyklus ist der zweite Schalter S₂ geöffnet, d. h. die Masseelektrode E_M ist nicht galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt.
In einem zweiten Messzyklus wird anstelle der elektrisch leitfähigen Struktur G die Masseelektrode E_M mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt. Hierzu wird der erste Schalter S₁ geöffnet und der zweite Schalter S₂ geschlossen. Während des zweiten Messzyklus werden an den Sensorelektroden der Sensorfläche A ebenfalls Sensorsignale detektiert. Bei diesem Umschaltvorgang (Öffnen des ersten Schalters S₁ und Schließen des zweiten Schalters S₂) erfahren die an den Sensorelektroden der Sensorfläche A detektierten Sensorsignale eine Gleichtaktstörung. Beim Umschalten der Masse von der elektrisch leitfähigen Struktur G zur Masseelektrode E_M ändern sich aufgrund der veränderten kapazitiven Verhältnisse auch die an den Sensorelektroden der Sensorfläche A detektierten Sensorsignale bzw. gemessenen Sensordaten.
Die Koppelung zwischen der Masseelektrode E_M und der elektrisch leitfähigen Struktur G ist in 1 als Ersatzkapazität C_M angegeben. Beim Umschalten der Masse der kapazitiven Messeinrichtung von der elektrisch leitfähigen Struktur G auf die Masseelektrode E_M wird eine Reduktion der Signalpegel der an den Sensorelektroden der Sensorfläche A abgegriffenen elektrischen Signale detektiert. Voraussetzung hierfür ist, dass die Kopplung zwischen Hand und der elektrisch leitfähigen Struktur G größer ist als die Kopplung zwischen Hand und der Masseelektrode E_M. Dies kann erreicht werden, indem die Masseelektrode E_M wesentlich kleiner gewählt wird als die elektrisch leitfähige Struktur G.
Je nach Ausgestaltung der elektrisch leitfähigen Struktur G bzw. der Masseelektrode E_M kann es bei dem Umschalten der Masse der kapazitiven Messeinrichtung von der elektrisch leitfähigen Struktur G auf die Masseelektrode E_M auch zu einem Pegelanstieg der abgegriffenen Sensorsignale kommen. Unabhängig davon, ob das Umschalten der Masse zu einem Pegelanstieg oder zu einer Pegelreduktion der an den Sensorelektroden abgegriffenen bzw. detektierten elektrischen Signale führt, bewirkt das Umschalten der Masse eine Gleichtaktstörung der erfassten Sensorsignale, welche zur Detektion eines Umgreifens des Handgerätes herangezogen wird.
Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung ist, dass für die zusätzliche Masseelektrode E_M kein zusätzliches analoges Front-End bereitgestellt werden muss, weil die Masseelektrode E_M lediglich über einen Schalter mit der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt werden muss, d. h. mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch gekoppelt werden muss.
Das Messsignal einer Sensorelektrode ist abhängig von ihrer Kapazitätsbelastung. Dabei ist diese Belastung als Kapazität zwischen der Sensorelektrode und der Masse der Schaltung zu verstehen, weil die Schaltung im Allgemeinen nicht galvanisch mit Erde verbunden ist. Im einfachen ”Normallfall”, d. h. wenn keine Masseelektrode E_M vorhanden ist und die Masse GND der Schaltung direkt mit dem leitenden Gehäuse verbunden ist, wird diese Kapazität aus der Serienschaltung von den Kapazitäten Sensorelektrode-Hand C_HI und Hand-Gehäuse C_H3 gebildet.
1a zeigt das Prinzipschaltbild der Anwendung. C_H1, C_H2, C_H3 sind die Kapazitäten von der Hand (den Händen) des Nutzers zu Sensorelektrode, Masseelektrode bzw. Gehäuse. Für die kapazitive Belastung der Sensorelektrode, welche das Sensorsignal bestimmt, gelten folgende Ausdrücke (die Parallelschaltung von Kondensatoren wird mit ”||” und die Serienschaltung mit ”⊕” bezeichnet):

a) Für den ersten Messzyklus (Masse an Gehäuse): C_{Sensorelektrode} = C_H1 ⊕ (CH₃||(C_H2 ⊕ (C_M||C_S)))
b) Für den zweiten Messzyklus (Masse an Masseelektrode): C_{Sensorelektrode} = C_H1 ⊕ (C_H2||(C_H3 ⊕ (C_M||C_S)))

Aus der Formel ist ersichtlich, dass in Abhängigkeit davon, ob C_H2 oder C_H3 größer ist, beim Wechseln der Messzyklen die Differenz der Signale positiv oder negativ ist.
Aus den Signalpegeln der in dem ersten Messzyklus detektierten Sensorsignale und den Signalpegeln der in dem zweiten Messzyklus detektierten Sensorsignale kann ein Umgreifen bzw. Halten des elektrischen Handgerätes abgeleitet werden. Hierbei wird eine Differenz zwischen den Signalpegeln erster Sensorsignale (des ersten Messzyklus) und den Signalpegeln zweiter Sensorsignale (des zweiten Messzyklus) ermittelt. Der Betrag der Differenz ist hierbei indikativ für das Annähern einer Hand an das Handgerät. Ist der Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Wert, kann daraus eine Annäherung einer Hand an das Handgerät abgeleitet werden. Wird ein Handgerät von einer Hand umgriffen vergrößert sich die kapazitive Koppelung zwischen der Masseelektrode E_M und der elektrisch leitfähigen Struktur G aufgrund der zusätzlichen Kopplung über die Hand. In dem betrachtete Fall (Fläche(G) >> Fläche(E_M), => C_H3 >> C_H2, C_M ~ C_H2, C_M >> C_S) kann die Lastkapazität der Sensorelektrode annähernd wie folgt beschrieben werden:

a) Für den ersten Messzyklus (Masse an Gehäuse): C_{Sensorelektrode} ≈ C_H1 ⊕ C_H3
b) Für den zweiten Messzyklus (Masse an Masseelektrode): C_{Sensorelektrode} C_H1 ⊕ (C_H2||C_M)))

Es ist ersichtlich, dass je besser die kapazitive Koppelung C_H2 ist, desto größer ist die Lastkapazität der Sensorelektrode während des zweiten Messzyklus, sodass der Betrag der Differenz zwischen den Signalpegeln der beiden Sensorsignale kleiner wird.
Anstelle oder alternativ zur Differenz kann auch ein Schwellenwert definiert werden, wobei ein Überschreiten (oder alternativ ein Unterschreiten) des Schwellenwertes der Signalpegel der zweiten Sensorsignale indikativ für ein Annähern einer Hand an das Handgerät ist. Bei unterschiedlichen Signalpegeln an unterschiedlichen Sensorelektroden können auch mehrere unterschiedliche Schwellenwerte definiert werden.
1b zeigt eine Annordnung einer Masseelektrode E_M an einem elektrischen Handgerät, wobei die Masseelektrode E_M an der Rückseite 10 des Handgerätes angeordnet ist. An der Vorderseite 20 des Handgerätes kann beispielsweise die Sensorfläche A angeordnet sein. Wird das Handgerät von einer Hand umgriffen, nähert sich die Handfläche der an der Rückseite 10 des Handgerätes angeordneten Masseelektrode E_M, sodass mit dem zuvor beschriebenen Verfahren aus den von den Sensorelektroden der Sensorfläche A abgegriffenen Sensorsignale ein Umgreifen des Handgerätes detektiert werden kann. Dazu wird der erste Schalter S₁ geöffnet und der zweite Schalter S₂ geschlossen, sodass die Masseelektrode E_M galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt ist.
2a zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung für ein Handgerät, wobei die kapazitive Messeinrichtung mit zwei Masseelektroden E_L, E_R, galvanisch koppelbar ist. Vorzugsweise wird an jeder Seite des Handgerätes eine Masseelektrode angeordnet. Beispielsweise ist eine erste Masseelektrode E_L an der linken Gehäusewandung des Handgerätes angeordnet und eine zweite Masseelektrode E_R an der rechten Gehäusewandung des Handgerätes. Damit kann in vorteilhafter Weise eine Unterscheidung gemacht werden, ob das Handgerät mit einer linken Hand oder einer rechten Hand umgriffen wird.
Dies ist deshalb möglich, weil sich die kapazitiven Koppelungsverhältnisse an den Masseelektroden E_L, E_R in Abhängigkeit davon ändern, ob das Handgerät von einer linken Hand oder mit einer rechten Hand umgriffen wird. Die Masseelektroden E_L und E_R sind über jeweils einen Schalter S₂ bzw. S₃ einer Schaltereinrichtung mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar. Die linke Masseelektrode E_L weist eine Koppelkapazität C_L zur elektrisch leitfähigen Struktur G des Handgerätes auf. Die rechte Masseelektrode E_R weist eine Koppelkapazität C_R zur elektrisch leitfähigen Struktur G des elektrischen Handgerätes auf.
Im Normalbetrieb des elektrischen Handgerätes bzw. der kapazitiven Messeinrichtung ist die Masse der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch mit der elektrisch leitfähigen Struktur G des Handgerätes gekoppelt, d. h., der Schalter S₁ ist geschlossen. Ferner sind in dem Normalbetrieb die Schalter S₂ und S₃ geöffnet, sodass die Masseelektroden E_L bzw. E_R keine galvanische Koppelung zur Masse der kapazitiven Messeinrichtung aufweisen. An den Sensorelektroden der Sensorfläche werden erste elektrische Sensorsignale DS1 detektiert bzw. abgegriffen.
Um zu detektieren, von welcher Hand (linke Hand oder rechte Hand) das Handgerät umgriffen wird, wird zunächst der Schalter S₁ geöffnet und der Schalter S₂ geschlossen, wobei der Schalter S₃ ebenfalls geöffnet ist. Damit ist die (linke) Masseelektrode E_L galvanisch mit der Masse der Sensoreinrichtung gekoppelt. Das Öffnen des Schalters S₁ und das Schließen des Schalters S₂ führen zu einer Gleichtaktstörung der an den Sensorelektroden der Sensorfläche abgegriffenen elektrischen Signale (zweite Sensorsignale DS2_L). Die Rohwerte u_i(E_L) der zweite Sensorsignale DS2_L, für i = 1, 2, ..., N_EL, wobei N_EL die Anzahl der Sensorelektroden ist, werden in einem nachfolgenden Schritt verwendet, um zu bestimmen, ob das Handgerät von einer linken Hand oder von einer rechten Hand umgriffen wird.
In einem weiteren Messschritt wird bei geöffnetem Schalter S₁ der Schalter S₂ geöffnet und der Schalter S₃ geschlossen. Damit ist die (rechte) Masseelektrode E_R galvanisch mit der Masse der Sensoreinrichtung gekoppelt. In diesem weiteren Messschritt werden an den Sensorelektroden ebenfalls Sensorsignale (zweite Sensorsignale DS2_R) abgegriffen, dessen Rohwerte u_i(E_R), für i = 1, 2,..., N_ER, wobei N_ER die Anzahl der Sensorelektroden ist (es gilt stets N_ER = N_EL), in dem nachfolgenden Schritt verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Handgerät von einer linken Hand oder einer rechten Hand umgriffen wird.
In diesem nachfolgenden Schritt wird für jedes i der Rohwert u_i(E_L) mit dem Rohwert u_i(E_R) verglichen, wobei u_i der Messwert des an der i-ten Sensorelektrode abgegriffenen Sensorsignals ist.
In diesem Schritt können auch die Rohwerte u_i(E₀), für i = 1, 2, ..., N_E0, wobei N_E0 die Anzahl der Sensorelektroden ist (es gilt stets N_E0 = N_ER = N_EL), der ersten Sensorsignale DS1 berücksichtigt werden. u_i(E₀) ist der Messwert des an der i-ten Sensorelektrode abgegriffenen Sensorsignals, wenn keine der Masseelektroden galvanisch mit der Masse der Sensoreinrichtung gekoppelt ist. Dabei werden eine erste Differenz für die zweiten Sensorsignale DS2_L und eine zweite Differenz für die zweiten Sensorsignale DS2_R bestimmt. Ist die erste Differenz betragsmäßig größer als die zweite Differenz (|u_i(E_L) – u_i(E₀)| > |u_i(E_R) – u_i(E₀)|), so kann daraus geschlossen werden, dass das Handgerät in der rechten Hand gehalten wird.
Um auch eine Unterscheidung zwischen dem Fall, dass das Handgerät mit zwei Händen im Wesentlichen symmetrisch gehalten wird, und dem Fall, dass das Handgerät von keiner Hand umgriffen wird, zu ermöglichen, können auch absolute Änderungen der detektierten Rohsignale u_i(E_L), u_i(E_R) berücksichtigt werden.
2b zeigt eine Seitenansicht eines Handgerätes. Dargestellt ist hier eine elektrisch leitfähige Struktur G des Handgerätes, welche unterhalb der Gehäuseoberfläche angeordnet ist und das Gehäuse randseitig umläuft. Die elektrisch leitfähige Struktur G kann beispielsweise als Folie ausgestaltet sein. Alternativ kann sie als elektrisch leitfähiger Lack an der Innenseite der Gehäuseschale aufgebracht werden. Die elektrisch leitfähige Struktur G kann in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung auch durch das Gehäuse bzw. die Gehäuseschale selbst gebildet werden, etwa durch ein metallisches Gehäuse.
An dem Gehäuse ist ebenfalls eine Masseelektrode E_M angeordnet. Sind, wie mit Bezug auf 2a gezeigt, zwei Masseelektroden vorgesehen, so kann eine Masseelektrode (E_R) an der rechten Gehäusewandung und die andere Masseelektrode (E_L) an der linken Gehäusewandung angeordnet sein.
Die Masseelektrode bzw. Masseelektroden sind nicht galvanisch mit der elektrisch leitfähigen Struktur G gekoppelt, d. h., die Masseelektroden sind elektrisch isoliert zur elektrisch leitfähigen Struktur G angeordnet.
Bei dem in 2b gezeigten Beispiel weist die elektrisch leitfähige Struktur G eine Aussparung auf, in welcher die Masseelektrode angeordnet ist. Wichtig ist, dass die Fläche der Masseelektrode wesentlich verschieden ist zur Fläche der elektrisch leitfähigen Struktur G, sodass auch gilt C_H3 >> C_H2 (bzw. C_H3 << C_H2).
In 2b ist die Fläche der Masseelektrode E_M wesentlich kleiner als die Fläche der elektrisch leitfähigen Struktur G. Neben einer ovalförmigen Ausgestaltung, kann die Masseelektrode E_M auch jede andere geeignete Form aufweisen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung, welche zusätzliche Maßnahmen vorsieht, mit denen absolute Rohsignal-Referenzwerte erhalten werden können, um so die Mehrdeutigkeit für den Fall u_i(E_L) = u_i(E_R) aufzulösen.
Um eine absolute Referenz für die an den Sensorelektroden gemessenen Rohwerte bei Koppelung der Masse der kapazitiven Messeinrichtung mit den Masseelektroden E_L bzw. E_R ohne Handkoppelung zu erhalten, wird eine Referenz-Kapazität C_REF vorgesehen, deren Kapazität bekannt ist. Die Referenz-Kapazität C_REF ist galvanisch mit der elektrisch leitfähigen Struktur gekoppelt. Ferner ist die Referenz-Kapazität C_REF über einen Schalter S₄ galvanisch mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar.
In einem Kalibrierschritt kann bei geöffneten Schaltern S₁, S₂ und S₃ und bei geschlossenem Schalter S₄ an den Sensorelektroden der Sensorfläche A ein Referenz-Sensorsignal (drittes Sensorsignal DS3) detektiert werden. Der Signalpegel des so detektierten Referenz-Signals kann als Referenz-Signalpegel (mit den Rohwerten u_i(C_REF), für i = 1, 2, ..., N_REF, wobei N_REF die Anzahl der Sensorelektroden ist – es gilt stets N_REF = N_E0 = N_ER = N_EL) herangezogen werden, um zu unterscheiden, ob bei dem Fall u_i(E_L) = u_i(E_R) das Handgerät von einer Hand umgriffen wird oder von keiner Hand umgriffen wird. Vorteilhafterweise wird die Referenzkapazität C_REF so gewählt, dass deren Kapazität im Wesentlichen der Kapazität C_L bzw. C_R entspricht, wobei C_L und C_R die kapazitive Koppelung der Masseelektroden E_L bzw. E_R zur elektrisch leitfähigen Struktur darstellen.
Damit entsprechen die Kapazitätsbelastungen der Sensorelektroden bei geschlossenem Schalter S4 und geöffneten Schaltern S1, S2, S3 ungefähr den Kapazitätsbelastungen bei geschlossenem Schalter S2 und geöffneten Schaltern S1, S3, S4, wenn sich keine Hand/Finger nahe der linken Masseelektrode E_L befindet. Damit sind auch die entsprechenden Sensorsignale bei diesen Schalterstellungen ungefähr gleich. Entsprechendes gilt für die rechte Masseelektrode E_R.
Ist |u_i(E₀) – u_i(C_REF)| > |u_i(E₀) – u_i(E_L)| und/oder ist |u_i(E₀) – u_i(C_REF)| > |u_i(E₀) – u_i(E_R)|, dann kann daraus gefolgert werden, dass das Handgerät mit einer Hand und/oder mit beiden Händen gehalten wird.
Mit der zusätzlichen Referenz-Kapazität C_REF kann bestimmt werden, ob das Handgerät überhaupt mit einer Hand gehalten wird, und falls ja, ob das Handgerät nur mit der rechten Hand, nur mit der linken Hand oder mit beiden Händen gehalten wird. Zusätzlich kann so auch die Annäherung bzw. ein Umgreifen detektiert werden, wenn nur eine Masseelektrode vorgesehen ist.
Sämtliche Schalter S₁ bis S₄ der Schaltereinrichtung weisen jeweils eine parallel zum jeweiligen Schalter geschaltete parasitäre Schalterkapazität C_S auf. Vorzugsweise ist die Schalterkapazität C_S signifikant kleiner als die Koppelkapazitäten C_L und C_R zwischen den Masseelektroden E_L bzw. E_R und dem Gehäuse (C_S << C_L, C_R). In diesem Fall sind die Rohwerte, die bei geschlossenem Schalter S₂ für die linke Masseelektrode E_L detektiert werden, nahezu unabhängig von der Handkoppelung C_HR zwischen der rechten Masseelektrode E_R und dem Gehäuse, und umgekehrt.
Um die Robustheit der Detektion weiter zu verbessern, kann es notwendig sein, Toleranzschwellen ε₁ für die gemessenen bzw. detektierten Rohwerte zu berücksichtigen. Damit können beim Vergleich von Rohwerten baubedingte Ungenauigkeiten oder Rauschen berücksichtigt werden. Beim Vergleich der Rohwerte unter Hinzunahme von Toleranzschwellen ε₁ gilt also |u_i(E_L)|, |u_i(E_R)| > |u_i(C_REF) + ε₁|. Die Toleranzschwelle ε₁ kann beispielsweise empirisch ermittelt werden.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung kann bei geeigneter Wahl der Toleranzschwelle ε₁ auf die Referenz-Kapazität C_REF verzichtet werden. Als Referenz-Rohwert kann stattdessen der bei geöffneten Schaltern S₁, S₂ und S₃ gemessene Rohwert verwendet werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Detektion des Umgreifens der Schalter S₁ geöffnet und der Schalter S₂ oder S₃ geschlossen, um aus den daraus resultierenden Sensorsignalen ein Umgreifen des Handgerätes zu detektieren.
Alternativ können im Normalbetrieb des Handgerätes bzw. der erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung auch alle drei Schalter S₁, S₂ und S₃ geschlossen sein. Um ein Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zu detektieren bzw. um zu detektieren in welcher Hand das Handgerät gehalten wird, kann dann zunächst der Schalter S₂ geöffnet werden (S₁ und S₃ sind geschlossen) und die an den Sensorelektroden abgegriffenen Sensorsignale ausgewertet werden. Als nächstes kann der Schalter S₃ geöffnet werden (die Schalter S₁ und S₂ sind geschlossen) und die daraus resultierenden Sensorsignale ausgewertet werden. Die so erhaltenen Sensorsignale können zum Zwecke der Detektion des Umgreifens bzw. der Detektion der das Handgerät umgreifenden Hand, wie vorstehend beschrieben, miteinander verglichen werden.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Rohsignalen, wobei die Masse der kapazitiven Messeinrichtung zunächst galvanisch mit dem Gehäuse und dann galvanisch mit der Masseelektrode E_L gekoppelt ist. Gezeigt sind hier Sensordaten von 4 Sensorelektroden, welche sich auf einer gemeinsamen Sensorfläche befinden und wobei die ältesten Werte links und die neuesten Werte rechts aufgetragen sind.
Zunächst ist die Masse der kapazitiven Messeinrichtung mit dem Gehäuse (d. h. elektrisch leitfähige Struktur) gekoppelt (Sample 0 bis ca. Sample 170). Eine Hand umfasst das Gehäuse. Wird die Masse der kapazitiven Messeinrichtung von dem Gehäuse auf die Masseelektrode E_L geschaltet (ungefähr bei Sample 170), so fallen die Sensordaten sämtlicher Sensorelektroden deutlich ab. Zwischen Sample 170 und Sample 255 umfasst die Hand die Masseelektrode nicht, d. h. die Hand ist weit von der Masseelektrode E_L entfernt. Wird die Masseelektrode E_L von einer Hand überdeckt, so steigen sämtliche Sensordaten an (zwischen Sample 255 und Sample 360). Wird die Hand wieder von der Masseelektrode entfernt, so fallen die Sensordaten wieder ab (zwischen Sample 360 und Sample 400).
Mit der erfindungsgemäßen kapazitiven Messeinrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren kann bei der Bestimmung der Position einer Fingerspitze relativ zur Sensorfläche berücksichtigt werden, von welcher Seite der entsprechende Finger über die Sensorfläche hineinragt. Die Verzerrung des elektrischen Wechselfeldes an der Sensorfläche, welche durch einen von der Seite über die Sensorfläche hineinragenden Finger bewirkt wird, kann so bei der Bestimmung der Position der Fingerspitze relativ zur Sensorfläche noch besser berücksichtigt werden. Eine Positionsbestimmung ist dadurch noch besser möglich. Ferner kann ein Benutzer-Interface eines elektrischen Handgerätes in Abhängigkeit davon, in welcher Hand das Gerät gehalten wird, angepasst werden. Weil unterschieden werden kann zwischen dem Halten eines Handgerätes mit beiden Händen oder mit keiner Hand, kann auch für diese Fälle ein Benutzer-Interface entsprechend angepasst werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bis auf die zusätzlich notwendigen Masseelektroden und die hierfür notwendigen Schalter zur Koppelung der Masseelektroden mit der Masse der kapazitiven Messeinrichtung keine zusätzliche Empfangselektronik notwendig ist, was den baulichen Aufwand und den Herstellungsaufwand in Grenzen hält. Ferner kann z. B. auch eine Annäherung einer Hand an die Unterseite eines Gehäuses detektiert werden ohne hierfür einen zusätzlichen Messkanal vorsehen zu müssen. Es muss lediglich eine Masseelektroden an der Gehäuseunterseite angeordnet werden.
Vorstehend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Messeinrichtung mit einer Masseelektrode E_M oder mit zwei Masseelektroden E_L, E_R gezeigt. Erfindungsgemäß können auch mehr als zwei Masseelektroden vorgesehen sein.
So können beispielsweise vier Masseelektroden E_L1, E_L2, E_R1, E_R2 vorgesehen sein, wobei die Masseelektroden E_L1, E_L2 an einer linken Gehäusewandung und die Masseelektroden E_R1, E_R2 an einer rechten Gehäusewandung angeordnet werden können. An der linken und an der rechten Gehäusewandung können jeweils eine Elektrode E_L1 bzw. E_R1 im oberen Bereich des Gehäuses und jeweils eine Elektrode E_L2 bzw. E_R2 im unteren Bereich des Gehäuses angeordnet sein. Damit ist eine Unterscheidung möglich, ob ein Finger beispielsweise von rechts oben oder von links unten in die Sensorfläche hineinragt. Ebenso kann bestimmt werden, ob ein Finger seitlich im Wesentlichen zwischen den Elektroden (z. B. zwischen E_L1 und E_R1) in die Sensorfläche hineinragt.
Das Handgerät bzw. elektrische Handgerät kann beispielsweise ein Smartphone, ein Mobilfunkgerät, eine Gerätefernbedienung, eine Digitalkamera, insbesondere Digitalkamera mit Touchscreen, ein Spiele-Controller bzw. eine Spielekonsole mit Touchscreen, ein mobiler Kleincomputer, ein Tablett-PC oder dergleichen sein.

Claims

Kapazitive Messeinrichtung mit einer Sensorfläche (A) mit zumindest einer Sensorelektrode für ein Handgerät zur Detektion einer Annäherung an das Handgerät, wobei – die kapazitive Messeinrichtung eine Schalteinrichtung aufweist, – das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung über die Schalteinrichtung galvanisch mit einer elektrisch leitfähigen Struktur (G) des Handgerätes koppelbar ist, und – die kapazitive Messeinrichtung eine an dem Handgerät anordenbare Masseelektrodenstruktur mit zumindest einer Masseelektrode (E_M; E_L; E_R) aufweist, wobei jede der zumindest einen Masseelektrode (E_M; E_L; E_R) mittels der Schalteinrichtung mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch koppelbar ist.
Kapazitive Messeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung – ein erstes Schaltelement (S₁) zur Kopplung der elektrisch leitfähigen Struktur (G) mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND), und – zumindest ein zweites Schaltelement (S₂; S₃) zur Kopplung der zumindest einen Masseelektrode (E_M; E_L; E_R) der Masseelektrodenstruktur mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) aufweist.
Kapazitive Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Masseelektrodenstruktur zumindest eine erste Masseelektrode (E_L) und zumindest eine zweite Masseelektrode (E_R) aufweist, welche so an dem Handgerät angeordnet sind, dass bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest eine der beiden Masseelektroden (E_L, E_R) von dieser zumindest teilweise überdeckt wird.
Kapazitive Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung für jede Masseelektrode (E_M, E_L, E_R) der Masseelektrodenstruktur und für die elektrisch leitfähige Struktur (G) jeweils einen Schalter aufweist, wobei jeder Schalter ein Schaltelement (S₁, S₂, S₃) umfasst.
Kapazitive Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kapazitive Messeinrichtung eine Referenzkapazität (C_REF) aufweist, weiche galvanisch mit der elektrisch leitfähigen Struktur (G) gekoppelt ist und welche über einen Schalter, umfassend ein Schaltelement (S₄), mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch koppelbar ist.
Kapazitive Messeinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Referenzkapazität (C_REF) und die Koppelkapazitäten (C_L, C_R) im Wesentlichen gleich groß sind.
Kapazitive Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schalterkapazität (C_S) der Schaltelemente signifikant kleiner sind als die Koppelkapazitäten (C_L, C_R).
Verfahren zur Detektion einer Annäherung einer Hand an ein Handgerät mit einer kapazitiven Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – in einem ersten Messzyklus das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch mit einer elektrisch leitfähigen Struktur (G) des Handgerätes gekoppelt wird und erste Sensorsignale (DS1) an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, – in einem zweiten Messzyklus das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung galvanisch mit zumindest einer Masseelektrode (E_M; E_L; E_R) der Masseelektrodenstruktur gekoppelt wird und zweite Sensorsignale (DS2) an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, und – die Differenz zwischen den Signalpegeln der ersten Sensorsignale (DS1) und der zweiten Sensorsignale (DS2) ermittelt werden, wobei die ermittelte Differenz indikativ für das Annähern der Hand an das Handgerät ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Masseelektrodenstruktur zumindest eine erste Masseelektrode (E_L) und zumindest eine zweite Masseelektrode (E_R) aufweist, welche so an dem Handgerät angeordnet werden, dass bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest eine der beiden Masseelektroden (E_L, E_R) von dieser zumindest teilweise überdeckt wird, wobei in dem zweiten Messzyklus – zunächst die erste Masseelektrode (E_L) galvanisch mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt wird und der ersten Masseelektrode (E_L) zugeordnete zweite Sensorsignale (DS2_L) an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, – anschließend die zweite Masseelektrode (E_R) galvanisch mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt wird und der zweiten Masseelektrode (E_R) zugeordnete zweite Sensorsignale (DS2_R) an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert werden, und – eine erste Differenz der Signalpegel der der ersten Masseelektrode (E_L) zugeordneten zweiten Sensorsignale (DS2_L) und des ersten Sensorsignals (DS1) mit einer zweiten Differenz der Signalpegel der der zweiten Masseelektrode (E_R) zugeordneten zweiten Sensorsignale (DS2_R) und des ersten Sensorsignals (DS1) verglichen wird, wobei eine Differenz zwischen der ersten Differenz und der zweiten Differenz indikativ dafür ist, welche der beiden Masseelektroden (E_L, E_R) von der Hand überdeckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei zumindest in dem zweiten Messzyklus die elektrisch leitfähige Struktur (G) über eine Referenzkapazität (C_REF) mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Referenzkapazität (C_REF) und Koppelkapazitäten (C_M, C_R, C_L) zwischen den Masseelektroden (E_M, E_R, E_L) und der elektrisch leitfähigen Struktur (G) so gewählt werden, dass sie im Wesentlichen gleich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Masseelektroden (E_M, E_R, E_L), die Referenzkapazität (C_REF) und die elektrisch leitfähige Struktur (G) jeweils über einen Schalter, aufweisend ein Schaltelement (S₁, S₂, S₃), mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung koppelbar sind, wobei Schalterkapazitäten (C_S) der Schaltelemente so gewählt werden, dass sie signifikant kleiner sind als die Koppelkapazitäten (C_M, C_R, C_L).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in einem Kalibrierschritt die elektrisch leitfähige Struktur (G) über die Referenzkapazität (CF) mit dem Masse- bzw. Bezugspotential (GND) der kapazitiven Messeinrichtung gekoppelt wird, und ein drittes Sensorsignal (DS3) an der zumindest einen Sensorelektrode detektiert wird, welche als Referenz-Sensorsignal für zumindest eine Masseelektrode (E_M, E_R, E_L) dient, wobei ein Signalpegel des der zumindest einen Masseelektrode (E_M, E_R, E_L) zugeordneten zweiten Sensorsignals (DS2) indikativ für eine Annäherung an die zumindest eine Masseelektrode (E_M, E_R, E_L) ist, wenn die Differenz der Signalpegel des ersten Sensorsignals (DS1) und des dritten Sensorsignals (DS3) betragsmäßig größer ist als die Differenz der Signalpegel des ersten Sensorsignals (DS1) und des zweiten Sensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zumindest ein drittes Sensorsignal (DS3) um einen Toleranzwert (ε) korrigiert wird.