DE102013218051A1

DE102013218051A1 - Kapazitiver Positionsencoder

Info

Publication number: DE102013218051A1
Application number: DE102013218051.9A
Authority: DE
Inventors: Carl CARLEY
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US9035663B2; US20140070797A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Ansteuern von einer oder von mehreren Ansteuerelektroden, die auf einem Substrat ausgebildet sind, mit einem oder mit mehreren Ansteuersignalen. Ein Schleifer, der zumindest einen Arm umfasst, wird mit einer vorbestimmten Spannung angesteuert. Der Schleifer ist von einer Vielzahl von Ausleseelektroden, die auf dem Substrat ausgebildet sind, elektrisch isoliert. Für jede Ausleseelektrode der Vielzahl der Ausleseelektroden wird eine durch die Ausleseelektrode gespeicherte Ladung detektiert. Eine Verarbeitungseinheit ermittelt eine Position des Schleifers auf Basis der detektierten Ladungen, die durch die Vielzahl von Ausleseelektroden gespeichert werden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf kapazitive Positionsencoder.
Hintergrund
Ein Positionsencoder kann die Position eines Schleifers detektieren. Der Schleifer kann eine Achse beinhalten, die mit einem Objekt gekoppelt ist, das die Achse zu einer Bewegung veranlasst. Die Achse kann z. B. mit einem Gashebel eines Motors gekoppelt sein, und die Position des Schleifers kann die Position des Gashebels anzeigen. Positionsencoder können verwendet werden, um eine Position oder eine andere, von der Position abgeleitete Metrik, wie z. B. die Geschwindigkeit oder Beschleunigung, zu detektieren. Positionsencoder können jede geeignete Position detektieren, wie z. B. eine Winkelposition oder eine Linearposition. Ein Positionsencoder kann befestigt sein auf oder Bestandteil sein von einem Kraftfahrzeug, einem Roboter, einem industriellen Steuermechanismus, einem Computer, oder einem anderen geeigneten Gerät.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 illustriert einen beispielhaften kapazitiven Positionsencoder mit einem beispielhaften Encodersensor und einer beispielhaften Steuereinheit.
2 illustriert eine beispielhafte Ausführungsform des Encodersensors aus 1 mit einem kapazitiven Drehsensor mit einem einzigen Schleiferarm.
3 illustriert eine andere beispielhafte Ausführungsform des Encodersensors aus 1 mit einem kapazitiven Drehsensor mit mehreren Schleiferarmen.
4 illustriert eine andere beispielhafte Ausführungsform des Encodersensors aus 1 mit einem linearen Drehsensor mit mehreren Schleiferarmen.
5 illustriert ein Beispielverfahren zur Detektion einer Position eines Schleifers unter Verwendung des kapazitiven Positionsencoders aus 1.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 illustriert einen kapazitiven Positionsencoder 8 mit einem Encodersensor 10 und einer beispielhaften Steuereinheit 12. Der kapazitive Positionsencoder 8 kann die Position eines Schleifers des Encodersensors 10 detektieren. Wenn der kapazitive Positionsencoder 8 z. B. ein Drehencoder ist, kann er eine Winkelposition des Schleifers detektieren. In einem anderen Beispiel kann der kapazitive Positionsencoder 8, wenn er ein linearer Encoder ist, eine Verschiebung des Schleifers aus einer Ruheposition detektieren. Der Encodersensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden (oder Elektroden einer einzigen Art, die sowohl als Ansteuer- und Ausleseelektroden funktionieren) beinhalten, die auf einem oder auf mehreren Substraten angeordnet sind, welches/welche aus einem dielektrischen Material bestehen können. Im Betrieb erzeugt die Steuereinheit 12 ein oder mehrere Ansteuersignale und sendet diese Ansteuersignale an zumindest eine Ansteuerelektrode des Encodersensors 10. Die Ansteuersignale, die an die zumindest eine Ansteuerelektrode übertragen werden, können eine Ladungsänderung an einer oder an mehreren Ausleseelektroden induzieren, die kapazitiv mit der zumindest einen Ansteuerelektrode gekoppelt sind. Ein Schleifer des Encodersensors 10 wird auf Masse gelegt. Die Gegenwart eines Arms des Schleifers nahe einer Ausleseelektrode induziert eine Kapazitätsänderung zwischen der Ausleseelektrode und den nahegelegenen Ansteuerelektroden. Diese Kapazitätsänderung beeinflusst diese Ladungsmenge, die auf der Ausleseelektrode in Reaktion auf ein Ansteuersignal gespeichert ist, das an der einen oder den mehreren Ansteuerelektroden empfangen wurde. Die Steuereinheit 12 liest jede der Ausleseelektroden aus, in dem die auf den Ausleseelektroden gespeicherten Ladungsmengen detektiert werden. Durch Vergleich der detektierten Ladungen kann die Steuereinheit 12 alleine oder in Kombination mit einer anderen geeigneten Logik (wie z. B. einem Prozessor des Geräts, das den kapazitiven Positionsencoder 8 enthält) eine Position des Schleifers ermitteln.
Der kapazitive Positionsencoder 8 kann in vielen Anwendungen nützlich sein, wie z. B. in der Kraftfahrzeugsteuerung, der Robotik, der industriellen Steuerung, bei Computereingabegeräten, Messgeräten (z. B. Multimetern), Druckern und Kopierern. In bestimmten Ausführungsformen ist eine Achse des Schleifers mit einer Komponente eines Geräts gekoppelt, die eine Bewegung der Achse bewirkt. Die Achse kann z. B. mit einem Gashebel eines Motors, einem Lautstärkeregler, einer Motorachse, einer Druckerkomponente oder einer anderen geeigneten Komponente gekoppelt sein. Durch eine Detektion der Position des Schleifers kann die Position der mit dem Schleifer gekoppelten Komponente ermittelt werden.
Da der Einfluss des geerdeten Schleiferarms auf die Kapazität zwischen einer Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode ähnlich dem Effekt sein kann, der durch eine Berührung oder eine Annäherungseingabe durch ein Objekt, wie z. B. einen menschlichen Finger, verursacht wird, kann die Steuereinheit 12 eine billige Steuereinheit sein, wie z. B. eine Steuereinheit, die verwendet wird, um Berührungen in einem Berührungssensor zu detektieren. Die Steuereinheit 12 kann z. B. eine Steuereinheit sein, die auch in der Lage ist, die Position von Berührungen auf einen Berührungssensor in Form eines Schiebereglers oder eines Drehreglers zu detektieren. In bestimmten Ausführungsformen bewegt sich der Schleiferarm über die Ausleseelektroden des Encodersensors 10 ohne die Ausleseelektroden zu berühren. Der Encodersensor 10 kann damit eine längere Lebensdauer haben, als ein Encoder, der auf einen Kontakt zwischen dem bewegten Abschnitt des Encoders (z. B. einem Bürstenkontakt) und anderen Abschnitten (z. B. einem metallischen Kontakt) des Encoders basiert. In derartigen Ausführungsformen kann der kapazitive Positionsencoder 8 auch eine erhöhte Detektionsgenauigkeit zur Verfügung stellen, da er nicht empfindlich ist gegenüber Vibrationen, die durch den beweglichen Abschnitt des Encodersensors verursacht werden. Bestimmte Ausführungsformen verwenden mehrere Schleiferarme, um die Genauigkeit der Positionserfassung zu erhöhen.
Eine Elektrode (unabhängig davon, ob es sich dabei um eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode, eine Ansteuerelektrode oder eine Ausleseelektrode handelt) kann ein Bereich aus leitfähigem Material sein, der eine bestimmte Form bildet, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie (z. B. eine Leiterbahn, die auf einem horizontalen oder vertikalen Abschnitt eines Substrats angeordnet ist), ein Draht, eine Schleife, ein Feld, oder eine andere geeignete zweidimensionale oder dreidimensionale Form, oder eine geeignete Kombination derselben. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten des leitfähigen Materials können (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode bilden, und die Fläche der Form kann (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus einem leitfähigen Material bestehen und das leitfähige Material kann ungefähr 100% der Fläche ihrer Form (manchmal als 100%ige Füllung bezeichnet) bedecken. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode deutlich weniger als 100% der Fläche ihrer Form bedecken. Die Elektroden können aus jedem geeigneten leitfähigen Material bestehen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), Kupfer, Silber, oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material, oder einem anderen Metall oder metallhaltigem Material, oder einem anderen leitfähigen Material. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Elektrode aus einem oder aus mehreren opaken Materialien wie z. B. aus feinen Leitungen aus Metall oder aus einem anderen leitfähigen Material (FLM) bestehen und die feinen Leitungen aus leitfähigem Material können ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzförmigen oder einem anderen geeigneten Muster bedecken. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden bestehend aus bestimmten leitfähigen Materialien beschreibt oder illustriert, die bestimmte Formen mit bestimmten Füllprozentsätzen mit bestimmten Mustern bilden, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, bestehend aus jedem geeigneten leitfähigen Material, das irgendeine geeignete Form mit jedem geeigneten Füllprozentsatz mit jedem geeigneten Muster bildet.
Die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Encodersensors können gegebenenfalls ganz oder zum Teil ein oder mehrere Makromerkmale des Encodersensors bestimmen. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie z. B. des leitfähigen Materials, der Füllungen oder der Muster innerhalb der Formen) können ganz oder zum Teil ein oder mehrere Mikromerkmale des Encodersensors bilden. Ein oder mehrere Makromerkmale eines Encodersensors können eine oder mehrere Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen, und ein oder mehrere Mikromerkmale des Encodersensors können ein oder mehrere optische Merkmale des Encodersensors, wie z. B. Durchlässigkeit, Brechung oder Reflektion, bestimmen.
Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Encodersensors 10 können aus einem dielektrischen Material bestehen, wie z. B. aus Polyethylenterephthalat (PET), dem Material einer gedruckten Leiterplatte (PCB) oder einem anderen geeigneten Material. Diese Offenbarung umfasst alle geeigneten Substrate, bei denen jeder geeignete Abschnitt aus einem geeigneten Material besteht.
Der Encodersensor 10 kann eine kapazitive Form der Erfassung implementieren. In einer Gegenkapazitätsimplementierung kann der Encodersensor 10 eine oder mehrere Ansteuerelektroden und eine Vielzahl von Ausleseelektroden beinhalten, die kapazitive Knoten bilden. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten bilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, die den kapazitiven Knoten bilden, kommen einander nahe, gehen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander ein. Stattdessen können die Ansteuer- und die Ausleseelektroden kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt sein. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die an die Ansteuerelektroden (durch die Steuereinheit 12) angelegt wird, kann eine Ladung auf der Ausleseelektrode induzieren, und die induzierte Ladungsmenge kann von externen Einflüssen abhängen (wie z. B. einer Berührung oder der Gegenwart eines Objekts, wie z. B. eines Schleifers). Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Steuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung detektieren. Die Steuereinheit 12 kann z. B. die Kapazitätsänderung durch Messung einer durch die Ausleseelektrode gespeicherten Ladungsmenge detektieren. Wenn eine Kapazitätsänderung aufgetreten ist, wird die Ladung von einem Ausgangswert abweichen, der der Ladungsmenge entspricht, die vorliegt, wenn keine Berührungs- oder Annäherungseingabe aufgetreten ist. Durch Detektion von Kapazitätsänderungen auf den kapazitiven Knoten kann die Steuereinheit 12 die Position der Berührungs- oder Annäherungseingabe ermitteln.
In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann der Encodersensor 10 Elektroden einer einzigen Art beinhalten, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden können. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Änderung in der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Steuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen, z. B. in Form einer Änderung der Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung kann die Steuereinheit 12 durch Messung der Kapazitätsänderungen über das Feld hinweg die Position der Berührungs- oder Annäherungseingabe ermitteln. Diese Offenbarung umfasst jede geeignete Form der kapazitiven Erfassung.
Der Encodersensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration ist ein Paar von Ansteuer- und Ausleseelektroden kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt und kann einen kapazitiven Knoten bilden. Für eine Eigenkapazitätsimplementierung sind Elektroden eines einzigen Typs in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet. Zusätzlich oder als Alternative zu den in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordneten Ansteuer- und Ausleseelektroden kann der Encodersensor 10 Ansteuerelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind. Darüber hinaus kann der Encodersensor 10 Ansteuerelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines anderen Substrats angeordnet sind. In derartigen Konfigurationen kann eine Kreuzungsstelle einer Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode einen kapazitiven Knoten bilden. Derartige Kreuzungsstellen können Stellen sein, an denen die Ansteuerelektroden und die Ausleselektroden einander „kreuzen” oder einander in ihren jeweiligen Ebenen am nächsten kommen. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden gehen keinen elektrischen Kontakt miteinander ein, sondern sind über ein Dielektrikum an der Kreuzungsstelle miteinander kapazitiv gekoppelt. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Konfigurationen bestimmte Elektroden, die bestimmte Knoten bilden, beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Konfiguration geeigneter Elektroden, die geeignete Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, die auf jeder geeigneten Anzahl geeigneter Substrate in geeigneten Mustern angeordnet sind.
Wie obenstehend beschrieben wurde, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Encodersensors 10 eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Position des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Steuereinheit 12 kann Kapazitätsänderungen an einem oder an mehreren kapazitiven Knoten detektieren und verarbeiten, um den Ort der Berührungs- oder Annäherungseingabe zu ermitteln. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinheit 12 Informationen über die Berührungs- oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere andere Komponenten (wie z. B. an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)) eines Geräts, das den Encodersensor 10 und die Steuereinheit 12 enthält, übermitteln, wodurch die Bestimmung der Position der Berührungs- oder Annäherungseingabe ermöglicht wird. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Steuereinheit mit einer bestimmten Funktionalität hinsichtlich eines bestimmten Gerätes und eines bestimmten Encodersensors beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Steuereinheiten mit jeder geeigneten Funktionalität hinsichtlich jedes geeigneten Gerätes und jedes geeigneten Encodersensors.
Die Steuereinheit 12 kann aus einer oder aus mehreren integrierten Schaltungen (ICs) bestehen, wie z. B. aus Universalmikroprozessoren, Mikrocontrollern, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, anwendungsspezifischen ICs (ASICs). in bestimmten Ausführungsformen umfasst die Steuereinheit 12 analoge Schaltungen, eine digitale Logik und einen digitalen nichtflüchtigen Speicher. In bestimmten Ausführungsformen ist die Steuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) angeordnet, die mit dem Substrat des Encodersensors 10 wie unten stehend beschrieben, verbunden ist. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 12 direkt auf dem Substrat angeordnet sein oder mit dem Substrat in jeder geeigneten Weise gekoppelt sein. Die FPC kann gegebenenfalls aktiv oder passiv sein. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Steuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet sein.
Die Steuereinheit 12 kann eine Ansteuereinheit 13, eine Ausleseeinheit 15, eine Verarbeitungseinheit 17 und eine Speichereinheit 19 enthalten. Die Ansteuereinheit 13 kann Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden des Encodersensors 10 anlegen. Die Ansteuereinheit kann alle geeigneten Ansteuersignale erzeugen und die Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden des Encodersensors 10 übertragen. Ein Ansteuersignal kann eine Sinuswelle, eine Rechteckwelle, eine Dreieckwelle, eine Welle mit periodischen Impulsen oder ein anderes geeignetes Signal mit ausgeformten Impulsen beinhalten. Die Ansteuersignale können jede geeignete Frequenz haben.
Die Ausleseeinheit 15 kann Ladungen an den kapazitiven Knoten des Encodersensors 10 auslesen und Messsignale an die Verarbeitungseinheit liefern, die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Ausleseeinheit 15 zumindest einen Analog-Digital-Wandler (ADC), um die von den Ausleseelektroden ausgelesenen Ladungen in digitale Werte umzuwandeln, die der Verarbeitungseinheit 17 zur Verfügung gestellt werden.
Die Verarbeitungseinheit 17 kann das Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit 13 steuern und die Messsignale von der Ausleseeinheit 15 verarbeiten, um den Ort einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des Encodersensors 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit 17 kann Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des Encodersensors 10 nachverfolgen.
Die Speichereinheit 19 kann Programme (z. B. eine Logik 21) zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit 17 speichern, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit 13 zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit 15 und gegebenenfalls andere geeignete Programme. Die Logik 21 kann auch eine Nachschlagtabelle 23 beinhalten, die eine Positionsermittlung ermöglicht, wie dies unten stehend genauer erläutert wird. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Steuereinheit mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Steuereinheit mit jeder geeigneten Implementierung mit geeigneten Komponenten.
Die Leiterbahnen 14 aus leitfähigem Material, die auf dem Substrat des Encodersensors 10 angeordnet sind, können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Encodersensors 10 mit Verbindungsflächen 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Encodersensors 10 angeordnet sind. Wie unten stehend beschrieben, können Verbindungsflächen 16 eine Kopplung der Leiterbahnen 14 mit der Steuereinheit 12 ermöglichen. Alternativ dazu können die Verbindungsflächen 16 und die Verbindung 18 weg gelassen werden, und die Leiterbahnen 14 können direkt von der Steuereinheit 12 zu geeigneten Abschnitten des Encodersensors 10 auf dem Substrat verlaufen. Die Leiterbahnen 14 können sich in die Bereiche hinein erstrecken, die die Elektroden des Encodersensors 10 enthalten, oder um diese herum (z. B. an deren Rändern) verlaufen. Bestimmte Leiterbahnen 14 können Ansteuerverbindungen zur Verfügung stellen, um die Steuereinheit 12 mit den Ansteuerelektroden des Encodersensors 10 zu verbinden, über die die Ansteuereinheit 13 der Steuereinheit 12 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden liefert. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen zur Verfügung stellen, um die Steuereinheit 12 mit den Ausleseelektroden des Encodersensors 10 zu verbinden, über die die Ausleseeinheit 15 der Steuereinheit 12 Ladungen an den kapazitiven Knoten des Encodersensors 10 ausliest. Die Leiterbahnen 14 können aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material gemacht sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder kupferhaltig sein. In einem anderen Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Silber oder silberhaltig sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen, zusätzlich zu oder alternativ zu den feinen Leitungen aus Metall oder dem anderen leitfähigen Material. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Leiterbahnen bestehend aus bestimmten Materialien mit bestimmten Breiten beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen bestehend aus jedem geeigneten Material mit jeder geeigneten Breite.
Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann der Encodersensor 10 eine oder mehrere Masseleitungen beinhalten, die an einem Masseverbinder (der z. B. eine Verbindungsfläche 16, ein Anschluss der Steuereinheit 12 oder eine andere geeignete Verbindung sein kann) enden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Masseverbinder an einem Rand des Substrats des Encodersensors 10 angeordnet sein. Eine oder mehrere dieser Masseleitungen können mit einem Schleifer des Encodersensors 10 verbunden sein, wie unten stehend im Detail erläutert wird.
Die Verbindungsflächen 16 können entlang eines oder mehrerer Ränder des Substrats angeordnet sein, außerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Encodersensors 10. Wie oben stehend beschrieben, kann die Steuereinheit 12 auf einer FPC angeordnet sein. Die Verbindungsflächen 16 können aus dem gleichen Material bestehen wie die Leiterbahnen 14 und können mit der FPC unter Verwendung eines anisotrop leitfähigen Films (ACF) verbunden sein. Die Verbindungen 18 können Leiterbahnen auf der FPC beinhalten, die die Steuereinheit 12 mit den Verbindungsflächen 16 koppeln, die wiederum die Steuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und mit den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Encodersensors 10 koppeln. In einer anderen Ausführungsform können die Verbindungsflächen 16 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie z. B. einem einsetzkraftfreien Kabel-Leiterplatten-Verbinder) verbunden sein. In dieser Ausführungsform muss die Verbindung 18 keine FPC beinhalten. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Verbindungen 18 zwischen der Steuereinheit 12 und dem Encodersensor 10.
2 illustriert ein Beispiel eines kapazitiven Drehencodersensors 10a. Der kapazitive Drehencodersensor 10a ist eine Beispielimplementierung des Encodersensors 10 und kann geeignete Eigenschaften des Encodersensors 10 beinhalten, wie diese oben stehend beschrieben wurden. Der Sensor 10a beinhaltet ein Substrat 20, eine Vielzahl von Ausleseelektroden 24, eine Ansteuerelektrode 22 und einen Schleifer 27a. Das Substrat 20, die Ausleseelektroden 24 und die Ansteuerelektrode 22 können jeweils geeignete Eigenschaften des Substrats, der Ausleseelektroden und der Ansteuerelektroden haben, die oben stehend in Verbindung mit 1 beschrieben wurden. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Schleifer 27a eine Drehachse 28 und einen Schleiferarm 26, der sich in radialer Richtung von der Drehachse 28 erstreckt.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der kapazitive Drehencodersensor 10a eine Ansteuerelektrode 22 und Ausleseelektroden 24, die auf einem Substrat 20 ausgebildet sind. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 10a jede geeignete Anzahl von Ansteuerelektroden 22 und Ausleseelektroden 24 enthalten. In einer bestimmten Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Ansteuerelektroden 22 auf einer Seite des Substrats 20 ausgebildet und die Vielzahl der Ausleseelektroden 24 sind auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 20 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Ausleseelektroden 24 z. B. auf der nach oben weisenden Seite des Substrats 20 angeordnet und die Ansteuerelektrode 23 ist auf der nach unten weisenden Seite des Substrats 20 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform hat die einzelne Ansteuerelektrode 22 die Form eines Rings und kreuzt mehrere Ausleseelektroden 24, wobei ein kapazitiver Knoten mit jeder Ausleseelektrode 24 gebildet wird. Die Ausleseelektroden 24 haben jeweils einen radialen Abschnitt, der sich in Richtung des Mittelpunkts des Sensors 10a erstreckt, und mehrere Anhänge, die sich von dem radialen Abschnitt der Ausleseelektroden erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform sind die Anhänge jeweils im Allgemeinen senkrecht zu dem radialen Abschnitt der Ausleseelektrode 24 und folgen der Krümmung eines Kreises, dessen Umfang mit dem Anhang zusammenfällt und der einen Radius im Mittelpunkt des Sensors 10a hat. In anderen Ausführungsformen können die Anhänge andere geeignete Formen haben. Die Anhänge ermöglichen die Detektion der Position des Schleifers 27a mit feinerer Auflösung. Wenn der Schleiferarm 26 z. B. mehr Anhänge der Ausleseelektrode 24l kreuzt als der Ausleseelektrode 24a (wie in 2 dargestellt), dann wird der Schleiferarm 26 einen größeren Einfluss auf die durch die Ausleseelektrode 24l gespeicherte Ladung haben als auf die durch die Ausleseelektrode 24a gespeicherte Ladung. Demzufolge kann die Steuereinheit 12 feststellen, dass der Schleiferarm 26 näher an der Ausleseelektrode 24l als an 24a ist.
Der Schleifer 27a beinhaltet eine Drehachse 28 und einen Schleiferarm 26. Die Drehachse 28 kann mit jedem geeigneten Objekt gekoppelt sein, das eine Positionsänderung der Drehachse 28 verursacht (z. B. sich auf einem Kreis dreht). Die Drehachse 28 kann z. B. mechanisch, elektrisch, magnetisch oder anderweitig mit einem Gashebel eines Motors, einem Lautstärkeregler, einer Motorachse, einer Druckerkomponente oder anderen geeigneten Komponenten eines Geräts verbunden sein, die mit dem Drehencodersensor 10a gekoppelt ist oder diesen ausbildet. In bestimmten Ausführungsformen ändert die Drehachse 28 ihre Position als Reaktion auf eine Benutzeraktion. Ein Benutzer kann z. B. ein Gaspedal drücken, einen Knopf drehen, einen Schieberegler einstellen, oder eine andere Aktion ausführen. Die Benutzeraktion kann dazu führen, dass eine Komponente des Geräts, die mechanisch mit der Drehachse 28 gekoppelt ist, sich dreht, wodurch auch die Drehachse 28 gedreht wird. Durch Detektion der Position eines Schleifers 27a kann auch die Position der Komponente, die mit dem Schleifer gekoppelt ist, ermittelt werden.
Der Schleiferarm 26 ist angrenzend zu der Seite des Substrats 20 angeordnet, auf der die Ausleseelektroden 24 ausgebildet sind. Der Schleiferarm 26 kann so angeordnet sein, dass ein Luftspalt oder ein anderes reibungsarmes Dielektrikum zwischen dem Schleiferarm 26 und der Ausleseelektrode 24 angeordnet ist, die er kreuzt, während er gedreht wird. Der Schleiferarm 26 und die Ausleseelektroden 24 können daher elektrisch voneinander isoliert sein. In einem Beispiel kann der Schleiferarm 26 oberhalb der Ausleseelektroden 24 aufgehängt sein. Ein Luftspalt oder ein anderes Dielektrikum zwischen dem Schleiferarm 26 und den Ausleseelektroden 24 kann jede geeignete Dicke haben, solange eine hinreichende kapazitive Kopplung zwischen dem Schleiferarm 26 und den Ausleseelektroden 24 besteht. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Schleiferarm 26 zwischen 0,2 und 5 mm oberhalb der Ausleseelektroden angeordnet sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Schleiferarm 26 1 mm über den Ausleseelektroden 24 angeordnet.
Der Schleifer 27a kann jedes geeignete leitfähige Material beinhalten. Im Betrieb kann der Schleifer 27a mit einer vorgegebenen Spannung, wie z. B. Masse, gekoppelt sein. Der Schleiferarm 26 ist kapazitiv mit den Ausleseelektroden 24 gekoppelt, die in der Nähe des Schleiferarms 26 liegen. Der Schleiferarm 26 kann z. B. kapazitiv mit einer Ausleseelektrode 24 gekoppelt sein, von der zumindest ein Teil den Schleiferarm 26 kreuzt (z. B. können sich der Schleiferarm 26 und die Ausleselektrode 24 kreuzen, wenn sie beide in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zum Substrat 20 ist). Ähnlich zu einer Berührungs- oder Annäherungseingabe durch ein Objekt, wie z. B. einen menschlichen Finger, ändert die kapazitive Kopplung zwischen dem Schleiferarm 26 und einer Ausleseelektrode die Kapazität zwischen den Ausleseelektroden 24 und der Ansteuerelektrode 22 und beeinflusst somit die auf den Ausleseelektroden 24 gespeicherte Ladung. Wenn der Schleifer 27a z. B. mit Masse gekoppelt ist und in der in 2 dargestellten Position angeordnet ist, wird der Schleifer 27a kapazitiv mit den Ausleseleitungen 24a und 24l gekoppelt sein. Diese Kopplung wird die kapazitive Kopplung zwischen der Ausleseelektrode 24a und der Ansteuerelektrode 22 und die kapazitive Kopplung zwischen der Ausleseelektrode 24l und der Ansteuerelektrode 22 verringern. Wenn demzufolge die Ansteuerelektrode 22 mit einem oder mit mehreren Ansteuersignalen angesteuert wird, während der Schleifer 27a in der dargestellten Position ist, werden die Ausleseelektroden 24a und 24l weniger Ladung als Reaktion auf die Ansteuersignale akkumulieren, als alle anderen Ausleseelektroden 24. Die Steuereinheit 12 kann die durch jede der Ausleseelektroden 24 gespeicherten Ladungen messen und die Position des Schleifers 27a auf Basis dieser Messungen ermitteln. Die Steuereinheit 12 kann die gemessenen Ladungen in Relation zueinander verwenden, um die Position des Schleifers 27a zu ermitteln. So wie z. B. die durch die Ausleseelektrode 24l gespeicherte Ladung zunimmt und die durch die Ausleseelektrode 24a gespeicherte Ladung abnimmt, kann die durch die Steuereinheit 12 detektierte Position näher an der Ausleseelektrode 24a und weiter weg von der Ausleseelektrode 24l liegen.
In bestimmten Ausführungsformen wird jede ausgelesene Ladung durch die Steuereinheit 12 in einen digitalen Wert umgewandelt. Die Steuereinheit 12 kann z. B. einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung der gemessenen Ladung in digitale Werte enthalten. Jeder dieser digitalen Werte, oder eine Teilmenge davon (z. B. die niedrigsten digitalen Werte), werden dann analysiert, um die Position des Schleifers 27a zu bestimmen. Die Steuereinheit 12 kann z. B. einen mathematischen Algorithmus verwenden, der digitale Werte als Eingaben akzeptiert und eine Position des Schleifers 27a berechnet. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinheit 12 eine Nachschlagtabelle 23 verwenden, um die Position des Schleifers 27a zu bestimmen. Die Nachschlagtabelle 23 kann eine Vielzahl von Einträgen beinhalten, die jeweils einer Position des Schleifers 27a entsprechen. Zum Beispiel kann ein Eintrag einem Winkel von 0°, der nächste Eintrag einem Winkel von 2°, der nächste Eintrag 4°, usw. bis hinauf zu 358° entsprechen (die Winkel können mit Bezug auf jeden geeigneten Referenzpunkt angegeben werden). Jede geeignete Anzahl von Einträgen und jede geeignete Granularität der Positionen werden durch die vorliegende Offenbarung umfasst. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Einträge dem gleichen Winkel entsprechen. Jeder Eintrag kann auch einen Satz von digitalen Werten angeben. Jeder digitale Wert kann mit einer bestimmten Ausleseelektrode 24 assoziiert sein. Die Steuereinheit 12 kann einen oder mehrere der digitalen Werte, die durch die Messung und die Umwandlung der durch die Ausleseelektroden 24 gespeicherten Ladungen erhalten wurden, mit einem oder mit mehreren Sätzen von digitalen Werten der Nachschlagtabelle 23 vergleichen. Die Steuereinheit 12 kann eine Übereinstimmung oder einen besten Fit lokalisieren und die zugehörige Position als die Position des Schleifers 27a identifizieren. Obwohl bestimmte Verfahren zur Ermittlung der Position des Schleifers 27a erläutert wurden, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Verfahren zur Bestimmung der Position.
In bestimmten Ausführungsformen kann der kapazitive Positionsencoder 8 oder der Drehencodersensor 10a in einem Gehäuse eingeschlossen sein, um elektrische Interferenzen von anderen Abschnitten des Geräts, das den Sensor 10a enthält, zu vermeiden. Das Gehäuse kann aus jedem geeigneten Material, wie z. B. aus Metall oder einem metallhaltigen Material bestehen.
3 illustriert einen beispielhaften kapazitiven Drehencodersensor 10b. Der kapazitive Drehencodersensor 10b ist eine Beispielimplementierung des Encodersensors 10 und kann geeignete Eigenschaften des Encodersensors 10 oder des Encodersensors 10a enthalten, wie oben stehend beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 10b identisch zu dem Sensor 10a, mit Ausnahme davon, dass der Schleifer 27b eine Vielzahl von Schleiferarmen 26 beinhaltet, die sich in radialer Richtung von der Drehachse 28 erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen variiert der radiale Winkel zwischen angrenzenden Schleiferarmen, so dass jede Position des Schleifers 27b eindeutig ist. In anderen Worten, das Muster, das durch die Schleiferarme 26 gebildet wird, wenn sie über den Ausleseelektroden 24 liegen, wenn der Schleifer 27b in einer bestimmten Position ist, wiederholt sich nicht, bevor der Schleifer 27b eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat. Jede Position des Schleifers 28 führt daher zu einem eindeutigen aggregierten Effekt auf den Ausleseelektroden 24. Derartige Ausführungsformen können erzielt werden, indem die radialen Winkel zwischen angrenzenden Schleiferarmen 26 variiert werden. Der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26a und 26b kann z. B. 28°, der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26b und 26c kann 33°, der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26c und 26d kann 31° betragen, usw. In bestimmten Ausführungsformen können die aufeinander folgenden radialen Winkel zwischen den Schleiferarmen 26 um einen bestimmten Betrag erhöht werden. Der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26a und 26b kann daher 20°, der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26b und 26c kann 25°, der radiale Winkel zwischen den Schleiferarmen 26c und 26d kann 30° betragen, usw.
Ausführungsformen, die mehrere Schleiferarme 26 verwenden, ermöglichen die Ermittlung der Position des Schleifers 27b mit größerer Genauigkeit als Ausführungsformen, die einen einzigen Schleiferarm 26 beinhalten, da die mehreren Schleiferarme 26b mehrere kapazitive Knoten beeinflussen, und daher effektiv eine Mittelwertsbildung über mehrere Messungen zur Ermittlung der Position des Schleifers 27b ermöglichen. Die Ermittlung der Position des Schleifers 27b kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, wie z. B. durch einen mathematischen Algorithmus, der Ladungen verwendet, die an Ausleseelektroden 24 ausgelesen wurden, durch eine Auflösung über eine Nachschlagtabelle 23 oder andere geeignete Verfahren. Obwohl in 3 eine bestimmte Anzahl von Schleiferarmen 26 dargestellt ist, kann jede geeignete Zahl von Schleiferarmen 26 verwendet werden.
4 illustriert einen beispielhaften kapazitiven Linearencodersensor 10c. Der kapazitive Linearencodersensor 10c ist eine Beispielimplementierung des Encodersensors 10 und kann geeignete Eigenschaften des Encodersensors 10, des Encodersensors 10a oder des Encodersensors 10b enthalten, wie diese oben stehend beschrieben wurden. Der Sensor 10c beinhaltet ein Substrat 30, eine Vielzahl von Ausleseelektroden 34, eine Ansteuerelektrode 32 und einen Schleifer 37. Das Substrat 30, die Ausleseelektrode 34, die Ansteuerelektrode 32 und der Schleifer 37 können geeignete Eigenschaften des Substrats 20, der Ausleseelektroden 24, der Ansteuerelektrode 22 bzw. der Schleifer 27a und 27b haben, wie diese oben stehend beschrieben wurden. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Schleifer 37 eine Linearachse 38 und mehrere Schleiferarme 36, die sich in einer Richtung senkrecht zur Linearachse 38 erstrecken.
Der kapazitive Linearencodersensor 10c kann in ähnlicher Weise betrieben werden, wie der kapazitive Drehencoder 10b, mit Ausnahme, dass die erfasste Position des Schleifers 37 eine lineare Verschiebung anstelle einer Winkelposition ist. Eine Komponente, die mit der Linearachse 38 gekoppelt ist (wie z. B. eine Druckerkomponente oder eine andere geeignete Komponente) kann z. B. dafür sorgen, dass sich der Schleifer 37 in einer horizontalen Richtung bewegt. Der Schleifer 37 kann jede geeignete Anzahl von Schleiferarmen 36 beinhalten, an die eine geeignete Spannung (wie z. B. Masse) angelegt wird, die die Kapazität der kapazitiven Knoten beeinflusst, die zwischen den Ausleseelektroden 34 und der Ansteuerelektrode 32 gebildet werden. Die Steuereinheit 12 kann die durch die Ausleseelektroden 34 gespeicherten Ladungen auslesen und eine Position des Schleifers 37 auf Basis der ausgelesenen Ladungen ermitteln. Jedes geeignete Verfahren kann zur Ermittlung der Position des Schleifers 37 verwendet werden, wie z. B. die oben beschriebenen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Ausleseelektroden 34 und die Ansteuerelektrode 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 30 ausgebildet. Der Schleifer 37 kann auf der gleichen Seite des Substrats 30 wie die Ausleseelektroden 34 mit einem Luftspalt oder einem anderen Dielektrikum zwischen den Schleiferarmen 36 und den Ausleseelektroden 34 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform beinhalten die Ausleseelektroden 34 eine vertikale Komponente und eine Vielzahl von Anhängen, die sich in einer senkrechten Richtung ausgehend von der vertikalen Komponente erstrecken, und eine Ansteuerelektrode 32, die eine rechteckige Form hat, die die Ausleseelektroden 34 umfasst. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 10c jede geeignete Anzahl von Ansteuerelektroden 32 oder Ausleselektroden 34 mit geeigneten Formen haben. In bestimmten Ausführungsformen ist der Abstand zwischen angrenzenden Schleiferarmen 34 der gleiche für alle angrenzenden Schleiferarmpaare. In anderen Ausführungsformen können diese Abstände variieren.
5 illustriert ein Beispielverfahren zur Erfassung einer Position eines Schleifers unter Verwendung des kapazitiven Positionsencoders 8. Das Verfahren kann mit jedem geeigneten Typ von Encoder verwendet werden, wie z. B. einem Drehencoder oder einem Linearencoder. Das Verfahren beginnt im Schritt 100, in dem eine Achse als Reaktion auf eine Aktion bewegt wird. Die Achse kann sich als Reaktion auf jede geeignete Aktion bewegen. Die Aktion kann z. B. die Bewegung einer Komponente sein, die mit einer Achse gekoppelt ist. In bestimmten Ausführungsformen wird die Bewegung durch eine Benutzeraktion verursacht. Die Benutzeraktion kann z. B. das Drücken eines Gaspedals, das Drehen eines Knopfs, die Bewegung eines Schiebereglers, oder andere geeignete Benutzeraktionen beinhalten. Die Bewegung der Achse kann dafür sorgen, dass sich ein oder mehrere Schleiferarme, die mit der Achse gekoppelt sind, bewegen. In bestimmten Ausführungsformen sind diese Schleiferarme mit Masse gekoppelt und beeinflussen die Kapazität nahe gelegener kapazitiver Knoten.
Im Schritt 102 wird die Ladung an jeder Ausleseelektrode detektiert. In bestimmten Ausführungsformen kann die Ausleseeinheit 15 der Steuereinheit 12 diese Ladungen messen. Die Messung der Ladungen kann als Reaktion auf das Anlegen von einem oder von mehreren Ansteuersignalen an eine oder an mehrere Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit 13 erfolgen. In bestimmten Ausführungsformen wandelt die Steuereinheit 12 die gemessenen Ladungen in digitale Werte unter Verwendung von einem oder von mehreren ADCs um.
Im Schritt 104 wird ein Eintrag einer Nachschlagtabelle 23 auf Basis der detektierten Ladungen identifiziert. Ein Eintrag kann z. B. einen Satz von Ladungswerten beinhalten, die jeweils mit einer Ausleseelektrode des Encodersensors 10 assoziiert sind. Die gemessenen Ladungswerte können mit den Sätzen von Ladungswerten in der Nachschlagtabelle verglichen werden, um den Satz von Ladungswerten zu identifizieren, der den gemessenen Werten am besten entspricht. Im Schritt 106 wird die Position des Schleifers auf Basis des identifizierten Eintrags ermittelt. Der identifizierte Eintrag der Nachschlagtabelle kann z. B. eine Position, wie z. B. eine Winkelposition oder eine Linearposition, enthalten oder anderweitig mit ihr assoziiert sein.
Bestimmte Ausführungsformen können die Schritte des Verfahrens aus 5 gegebenenfalls wiederholen. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens aus 5 als einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 5 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten, Geräte oder Systeme beschreibt und illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 5 ausführen, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Kombination geeigneter Komponenten, Geräte oder Systeme, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 5 ausführen.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere oder keine der folgenden technischen Vorteile liefern. In bestimmten Ausführungsformen kann die Position eines Schleifers unter Verwendung kapazitiver Erfassungstechniken detektiert werden. Ein technischer Vorteil von einer Ausführungsform beinhaltet die Möglichkeit der Ermittlung der Position eines Schleifers auf Basis von Ladungen, die durch Sensorelektroden gesammelt werden. Ein anderer technischer Vorteil von einer Ausführungsform kann eine Erhöhung der Genauigkeit der Positionsdetektion unter Verwendung mehrerer Schleiferarme beinhalten. Ein anderer technischer Vorteil von einer Ausführungsform kann die Erhöhung der Lebensdauer eines Encodersensors durch einen Luftspalt zwischen einem Schleifer und den Ausleseelektroden des Encodersensors beinhalten. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können keine, einige, oder alle der obigen technischen Vorteile beinhalten. Ein oder mehrere technische Vorteile können sich für den Fachmann leicht aus den Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung ergeben.
Ein Bezug auf einen Speicher oder ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium oder -medien kann gegebenenfalls ein oder mehrere halbleiterbasierte oder andere integrierte Schaltungen (ICs) (wie z. B. ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA) oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC)), Festplattenlaufwerke (HDDs), Hybridfestplattenlaufwerke (HHDs), optische Platten, optische Plattenlaufwerke (ODDs), magnetooptische Platten, magnetooptische Laufwerke, Floppydisks, Floppydisklaufwerke (FDDs), Magnetbänder, Festkörperlaufwerke (SSDs), RAM-Laufwerke, SD-Karten, SD-Laufwerke, jedes andere geeignete computerlesbare, nichttransitorische Speichermedium oder -medien, oder jede geeignete Kombination von zweien oder mehreren derselben beinhalten. Ein Speicher oder ein computerlesbares, nichttransistorisches Speichermedium oder Speichermedien kann/können gegebenenfalls flüchtig, nichtflüchtig oder eine Kombination aus flüchtig und nichtflüchtig sein.
Vorliegend ist „oder” inklusiv und nicht exklusiv zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet daher „A, B, oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl jeder einzeln als auch alle insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B einzeln oder alle insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt.
Die vorliegende Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den angegebenen Beispielausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Die hier angegebenen Figuren sind z. B. nicht notwendigerweise maßstäblich und alle geeigneten Abmessungen können für jede der Komponenten der Figuren verwendet werden. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung die jeweiligen Ausführungsformen als bestimmte Komponenten, Elemente, Funktionen, Operationen oder Schritte beinhaltend beschreibt und illustriert, kann jede dieser Ausführungsformen jede Kombination oder Permutation jeder der hier beschriebenen oder illustrierten Komponenten, Elemente, Funktionen, Operationen oder Schritte beinhalten, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. Eine Bezugnahme in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung eines Systems, die/das angepasst ist, eingerichtet ist, in der Lage ist, konfiguriert ist, oder betreibbar ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, umfasst diese Vorrichtung, dieses System, diese Komponente unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert ist, eingeschaltet ist, entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu angepasst ist, eingerichtet ist, in der Lage ist, konfiguriert ist, oder betreibbar ist.

Claims

Vorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Ansteuerelektrode, die auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist; eine Vielzahl von Ausleseelektroden, die auf einer zweiten Seite des Substrats angeordnet sind; einen Schleifer mit zumindest einem Arm, wobei der Schleifer elektrisch von der Vielzahl der Ausleseelektroden isoliert ist und mit einer Masse des Geräts gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die mit der Ansteuerelektrode und der Vielzahl von Ausleseelektroden gekoppelt ist und umfasst: eine Ansteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Ansteuersignal zu erzeugen und die Ansteuerelektrode mit dem zumindest einen Ansteuersignal anzusteuern; eine Ausleseeinheit, die dazu eingerichtet ist, für jede Ausleseelektrode der Vielzahl von Ausleseelektroden eine durch die Ausleseelektrode gespeicherte Ladung zu detektieren; und eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Position des Schleifers relativ zu der Vielzahl von Ausleseelektroden zu ermitteln, wobei die Ermittlung auf der Vielzahl der durch die Ausleseeinheit detektierten Ladungen basiert.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der Schleifer des Weiteren eine Rotationsachse umfasst, die mit dem zumindest einen Arm des Schleifers gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der Schleifer eine Vielzahl von Armen umfasst, die sich in radialer Richtung von einer Drehachse des Schleifers erstrecken.
Gerät nach Anspruch 1, wobei zumindest ein radialer Winkel zwischen einem ersten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers sich von zumindest einem anderen radialen Winkel zwischen einem zweiten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers unterscheidet.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerelektrode ringförmig ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der Schleifer des Weiteren eine Achse umfasst, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und jeder des zumindest einen Arms des Schleifers sich in einer zweiten Richtung ausgehend von der Achse erstreckt, wobei die erste Richtung senkrecht auf der zweiten Richtung steht.
Gerät nach Anspruch 1, wobei der Schleifer dazu eingerichtet ist, eine Position relativ zu der Vielzahl der Ausleseelektroden als Reaktion auf eine Benutzeraktion zu ändern.
Verfahren, umfassend: Ansteuern von einer oder von mehreren Ansteuerelektroden, die auf einem Substrat ausgebildet sind, mit einem oder mit mehreren Ansteuersignalen; Ansteuern eines Schleifers, der zumindest einen Arm umfasst, mit einer vorbestimmten Spannung, wobei der Schleifer von einer Vielzahl von Ausleseelektroden, die auf dem Substrat ausgebildet sind, elektrisch isoliert ist; Detektieren, für jede Ausleseelektrode der Vielzahl von Ausleseelektroden, einer Ladung, die durch die Ausleseelektrode gespeichert wird; und Ermitteln, durch eine Verarbeitungseinheit, einer Position des Schleifers auf Basis der durch die Vielzahl von Ausleseelektroden gespeicherten Ladungen.
Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren umfassend eine Änderung der Position des Schleifers als Reaktion auf eine Benutzeraktion.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die eine oder die mehreren Ansteuerelektroden auf einer ersten Seite des Substrats ausgebildet sind und die Vielzahl von Ausleseelektroden auf einer zweiten Seite des Substrats ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schleifer des Weiteren eine Drehachse umfasst, die mit dem zumindest einen Arm gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schleifer eine Vielzahl von Armen umfasst, die sich in einer radialen Richtung erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest ein radialer Winkel zwischen einem ersten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers sich von zumindest einem anderen radialen Winkel zwischen einem zweiten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Arm des Schleifers sich in einer ersten Richtung von einer Achse des Schleifers erstreckt, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, wobei die erste Richtung senkrecht auf der zweiten Richtung steht.
Vorrichtung, umfassend: zumindest eine Ansteuerelektrode, die auf einem Substrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Ausleseelektroden, die auf dem Substrat angeordnet sind; einen Schleifer mit zumindest einem Arm, wobei der Schleifer von der Vielzahl von Ausleseelektroden elektrisch isoliert ist; und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist: die zumindest eine Ansteuerelektrode anzusteuern; eine Vielzahl von Ladungen zu detektieren, die durch die Vielzahl von Ausleseelektroden gespeichert werden; und eine Position des Schleifers auf Basis der Vielzahl von Ladungen, die durch die Ausleseeinheit detektiert wurden, zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Schleifer des Weiteren eine Drehachse umfasst, die mit dem zumindest einen Arm des Schleifers gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Schleifer eine Vielzahl von Armen umfasst, die sich in einer radialen Richtung von einer Drehachse des Schleifers erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei zumindest ein radialer Winkel zwischen einem ersten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers sich von zumindest einem anderen radialen Winkel zwischen einem zweiten Paar von angrenzenden Armen des Schleifers unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Ansteuerelektrode ringförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Schleifer des Weiteren eine Achse umfasst, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und jeder der des zumindest einen Arms des Schleifers sich in einer zweiten Richtung ausgehend von der Achse erstreckt, wobei die erste Richtung senkrecht auf der zweiten Richtung steht.