DE102013220964A1

DE102013220964A1 - Stiftpositionssystem

Info

Publication number: DE102013220964A1
Application number: DE102013220964.9A
Authority: DE
Inventors: Vemund Kval Bakken; Izhar Bentov; Vivek Pant
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: US20140104187A1; DE102013220964B4; US9841862B2

Abstract

Ein System einer Ausführungsform beinhaltet ein Berührungserfassungsgerät und einen Stift. Das Berührungserfassungsgerät beinhaltet ein Elektrodenfeld, welches eine Vielzahl von Elektrodenleitungspaaren beinhaltet, und eine Steuereinheit. Jedes Elektrodenleitungspaar beinhaltet eine erste und eine zweite Elektrodenleitung, um ein erstes bzw. ein zweites Signal zu senden. Der Stift beinhaltet einen Sensor, um das erste und das zweite Signal zu messen, einen Signalprozessor, um Positionsinformationen zu ermitteln, und einen Transmitter, um Positionsinformationen an das Berührungserfassungsgerät zu senden. Ein Verfahren einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Senden, durch eine erste Elektrodenleitung, eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz. Eine zweite Elektrodenleitung sendet ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz. Ein Stift empfängt das erste und das zweite Signal. Der Stift sendet ein Antwortsignal an das Berührungserfassungsgerät auf Basis des ersten und des zweiten Signals. Eine Position des Stifts wird auf Basis des ersten und des zweiten Signals ermittelt.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Berührungserfassungsgeräten und insbesondere auf ein Stiftpositionssystem.
Hintergrund
Herkömmliche Berührungserfassungsgeräte können die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung durch ein Objekt (wie z. B. den Finger eines Benutzers oder einen Stift) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereiches detektieren. Ein berührungsempfindliches Gerät kann ein Desktop-Computer, ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Smartphone, ein Satellitennavigationsgerät, ein tragbares Medienabspielgerät, eine tragbare Spielekonsole, ein Kiosk-Computer, ein Kassengerät, ein Haushaltsgerät, oder ein anderes geeignetes Gerät sein oder mit diesem assoziiert sein.
Herkömmliche Berührungserfassungsgeräte können verschiedene Arten von berührungsempfindlichen Techniken benutzen, wie z. B. resistive Berührungserfassungsgeräte, Berührungserfassungsgeräte mit akustischen Oberflächenwellen oder kapazitive Berührungserfassungsgeräte. In kapazitiven Berührungserfassungsgeräten kann eine Kapazitätsänderung innerhalb des Elektrodenfelds am Ort der Berührung oder Annäherung auftreten, wenn ein Objekt das Elektrodenfeld des Berührungserfassungsgeräts berührt oder in dessen Nähe gebracht wird. Das Berührungserfassungsgerät kann dann die Kapazitätsänderung verarbeiten, um die Position des Objekts zu ermitteln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Merkmale und Vorteile wird im Folgenden auf die Beschreibung und die begleitenden Figuren verwiesen, in denen:
1 ein beispielhaftes Berührungserfassungssystem illustriert.
2 illustriert einen beispielhaften Stift, der in einem Berührungserfassungssystem verwendet werden kann.
3 illustriert einen beispielhaften Sender, der in einem Stift verwendet werden kann.
4 illustriert ein beispielhaftes Berührungserfassungsgerät, das in einem Berührungserfassungssystem verwendet werden kann.
5 illustriert ein beispielhaftes Elektrodenfeld, das in einem Berührungserfassungsgerät verwendet werden kann.
6 illustriert eine beispielhafte Messschaltung, die in einem Berührungserfassungsgerät verwendet werden kann.
7 illustriert einen beispielhaften Stift und ein Elektrodenfeld, das in einem Berührungserfassungssystem verwendet werden kann.
8 illustriert Beziehungen zwischen einem beispielhaften Stift und einem Elektrodenfeld, die in einem Berührungserfassungssystem verwendet werden können.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren die Erzeugung eines zusammengesetzten Signals durch einen Stift. Das zusammengesetzte Signal beinhaltet ein erstes Signal mit einer ersten Frequenz, das durch ein Berührungserfassungsgerät verwendet wird, um eine Position des Stifts relativ zu dem Berührungserfassungsgerät zu ermitteln, und ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz. Das zweite Signal beinhaltet Informationen, die einen Status des Stifts anzeigen, und die zweite Frequenz ist höher als die erste Frequenz, obwohl in anderen Ausführungsformen die zweite Frequenz kleiner oder gleich der ersten Frequenz sein kann. Die Informationen, die den Status des Stifts anzeigen, können Batterieinformationen, Orientierungsinformationen, sensorielle Informationen (wie z. B. Informationen, die den Betrag einer Kraft angeben, die auf die Spitze des Stifts ausgeübt wird, Informationen, die einen Status eines Knopfs des Stifts anzeigen, etc.), Informationen, die eine Eingabe von einem Benutzer des Stifts angeben, und/oder Informationen, die den Abstand zwischen der Spitze des Stifts und dem Berührungserfassungsgerät angeben. Der Stift sendet das zusammengesetzte Signal an das Berührungserfassungsgerät. Die Verwendung eines zusammengesetzten Signals in dieser Weise kann die Übertragung verschiedener Arten von Statusinformationen ermöglichen, wie z. B. Batteriestatus, Stiftorientierung, den Abstand des Stifts von dem Berührungserfassungsgerät, und den Betrag der Kraft, die auf einen Abschnitt des Stifts ausgeübt wird, wobei die Übertragung über die gleichen Komponenten erfolgt, die zur Detektion der Position des Stifts verwendet werden. Dadurch kann der Bedarf an zusätzlicher Transceiver-Hardware reduziert werden, eine effizientere Kommunikation zwischen dem Stift und dem Berührungserfassungsgerät ermöglicht werden, die Kommunikation zwischen dem Stift und dem Berührungserfassungsgerät weniger anfällig für Rauschen gemacht werden, und/oder der Datenübertragungsdurchsatz erhöht werden. Verschiedene Ausführungsformen können manche, alle oder keine dieser Vorteile zur Verfügung stellen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein System ein Berührungserfassungsgerät und einen Stift. Das Berührungserfassungsgerät beinhaltet ein Elektrodenfeld und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das Elektrodenfeld zu steuern. Das Elektrodenfeld beinhaltet eine Vielzahl von Elektrodenleitungspaaren, wobei jedes Elektrodenleitungspaar eine erste Elektrodenleitung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Signal zu senden, und eine zweite Elektrodenleitung, die dazu konfiguriert ist, ein zweites Signal zu senden. Der Stift beinhaltet einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, das erste Signal und das zweite Signal zu messen, einen Signalprozessor, der dazu eingerichtet ist, Positionsinformationen auf Basis von zumindest dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu ermitteln, und einen Transmitter, der dazu eingerichtet ist, ein Signal an das Berührungserfassungsgerät zu senden, das die Positionsinformation umfasst. In bestimmten Ausführungsformen kann zwischen dem ersten und dem zweiten Signal durch Verwendung einer Quadraturphasenumtastung, einer Signalcodierung, einer Frequenzmodulation, einer Amplitudenmodulation, einer Phasenmodulation oder anderer geeigneter Mittel zur Differenzierung von Signalen unterschieden werden. Dies kann es dem Stift ermöglichen, seine eigene Position zu ermitteln, die Positionsgenauigkeit zu verbessern, und/oder eine effizientere Verwendung der Berührungserfassungs-Hardware zu Verfügung zu stellen. Verschiedene Ausführungsformen können einige, alle oder keine dieser Vorteile zur Verfügung stellen. Verschiedene Ausführungsformen können einige, alle oder keine dieser Vorteile zur Verfügung stellen.
In noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren die Erzeugung, durch ein Berührungserfassungsgerät, eines ersten Signals, das Informationen umfasst, die eine erste Elektrodenleitung eines Elektrodenfelds des Berührungserfassungsgeräts identifizieren, wobei das erste Signal eine erste Stärke hat. Die erste Elektrodenleitung sendet das erste Signal an einen Stift, der das erste Signal empfängt, wobei das erste Signal eine Empfangsstärke hat. Der Stift sendet ein zweites Signal, das Informationen auf Basis des empfangenen ersten Signals umfasst, und das Berührungserfassungsgerät empfängt das zweite Signal. Eine Position des Stifts wird zumindest zum Teil auf Basis der Informationen ermittelt, die die erste Elektrodenleitung und die Empfangsstärke des ersten Signals angeben. Dieses Signalisierungsschema kann die Fähigkeit verbessern, eine Stift- und Fingererfassung nebeneinander zu realisieren und kann außerdem Interferenzen zwischen der Fingererfassung und der Stifterfassung reduzieren, die auftreten können, wenn beide das gleiche Elektrodenfeld verwenden.
1 illustriert ein beispielhaftes Berührungserfassungssystem 20. Das Berührungserfassungssystem 20 beinhaltet einen Stift 200 und ein Berührungserfassungsgerät 100, das einen berührungsempfindlichen Bereich 104 hat. Das Berührungserfassungsgerät 100 kann ein Tablet-Computer, ein Smartphone, ein Touchpad oder ein anderes Gerät sein, das zur Detektion der Gegenwart des Stifts 200 auf oder in der Nähe des berührungsempfindlichen Bereichs 104 eingerichtet ist. Das Berührungserfassungsgerät 100 kann eine Anzeige (nicht dargestellt) haben, die hinter dem berührungsempfindlichen Bereich 104 angeordnet ist. Die Anzeige kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine LED-Anzeige, ein LED-hintergrundbeleuchtetes LCD, oder eine andere geeignete Anzeige sein, und die Anzeige kann durch ein Elektrodenfeld (nicht dargestellt) oder ein Abdeckpanel (nicht dargestellt) hindurch sichtbar sein.
Der Stift 200 kann ein aktiver Stift sein, der dazu eingerichtet ist, mit dem Berührungserfassungsgerät 100 zu kommunizieren. Der Stift 200 kann mit dem Berührungserfassungsgerät 100 interagieren oder kommunizieren, wenn er mit dem berührungsempfindlichen Bereich 104 in Kontakt gebracht wird oder in dessen Nähe gebracht wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Interaktion zwischen dem Stift 200 und dem Berührungserfassungsgerät 100 kapazitiv oder induktiv sein. In manchen Ausführungsformen können die durch den Stift 200 erzeugten Signale, wenn der Stift 200 mit dem berührungsempfindlichen Bereich 104 in Kontakt oder in dessen Nähe gebracht wurde, kapazitive Elektroden des Berührungserfassungsgeräts 100 beeinflussen, oder die durch das Berührungserfassungsgerät 100 erzeugten Signale können kapazitive Elektroden des Stifts 200 beeinflussen. In anderen Ausführungsformen kann eine Stromquelle des Stifts 200 induktiv durch das Berührungserfassungsgerät 100 geladen werden oder eine Stromquelle des Berührungserfassungsgeräts kann induktiv durch den Stift 200 geladen werden. Andere Ausführungsformen können andere geeignete Verfahren zur Interaktion und/oder Kommunikation zwischen dem Stift 200 und dem Berührungserfassungsgerät 100 anstelle von oder zusätzlich zur Kapazität und Induktion verwenden, wie z. B. mechanische Kräfte, Ströme, Spannungen oder elektromagnetische Felder. Die kapazitive Kopplung, induktive Kopplung und anderen Kopplungsmechanismen können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, wie z. B. der Detektion einer Position des Stifts 200 oder eines Fingers und der Kommunikation von Informationen zwischen dem Stift 200 und dem Berührungserfassungsgerät 100.
2 illustriert einen beispielhaften Stift 200, der in dem Berührungserfassungssystem 20 aus 1 verwendet werden kann. Der Stift 200 beinhaltet einen Prozessor 210, einen Sender 220 und einen Empfänger 260. In anderen Ausführungsformen kann der Stift 200 einen Prozessor 210 und einen Sender 220 enthalten, aber keinen Empfänger 260. Der Prozessor 210 kann den Sender 220 und den Empfänger 260 steuern. Der Empfänger 260 kann dazu eingerichtet sein, ein Signal zu detektieren, das durch das Berührungserfassungsgerät 100 (nicht dargestellt) erzeugt wird. Der Sender 220 kann dazu eingerichtet sein, ein Signal zu erzeugen, das durch das Berührungserfassungsgerät 100 empfangen wird und verwendet wird, um die Position des Stifts 200 und/oder Informationen, die einen Status des Stifts 200 angeben, zu ermitteln. Der Sender 220 kann z. B. ein Ansteuersignal erzeugen, das durch das Berührungserfassungsgerät 100 detektiert wird und verwendet wird, um die Position des Stifts 200 zu identifizieren. In manchen Ausführungsformen kann das Ansteuersignal durch ein kapazitives Elektrodenfeld des Berührungserfassungsgeräts 100 detektiert werden, wie obenstehend beschrieben wurde.
In machen Ausführungsformen erzeugt der Sender 220 ein zusammengesetztes Signal, das sowohl das Ansteuersignal, das verwendet werden kann, um die Position des Stifts 200 zu ermitteln, als auch ein Datensignal, das Informationen enthält, die einen Status des Stifts 200 angeben, enthält. Der Status des Stifts 200 kann z. B. die Orientierung des Stifts, eine Angabe darüber, ob ein Abschnitt des Stifts innerhalb eines Schwellenabstands eines Abschnitts des Berührungserfassungsgeräts 100 liegt, sensorielle Informationen (wie z. B. einen Betrag der Kraft, die auf die Spitze des Stifts wirkt, einen Status eines Knopfs des Stifts, etc.) und/oder den Status einer Batterie beinhalten. Der Stift 200 kann z. B. das Ansteuersignal mit Informationen codieren, die den Betrag des Drucks auf die Spitze des Stifts 200 angegeben. Das zusammengesetzte Signal kann auch die Orientierung des Stifts 200 übertragen, die auf gyroskopischen Informationen beruhen kann, oder den Abstand des Stifts 200 von dem berührungsempfindlichen Bereich 104, der verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob der Stift 200 in einem „Schwebemodus” ist, in dem seine Spitze innerhalb eines Schwellenabstands positioniert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das zusammengesetzte Signal einige, alle oder keine dieser Informationen beinhalten.
Das zusammengesetzte Signal kann durch das gleiche kapazitive Elektrodenfeld des Berührungserfassungsgeräts 100 detektiert werden, das verwendet wird, um die Position des Stifts 200 zu ermitteln. Die Übertragung dieser Statusinformationen an das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 kann den Bedarf an zusätzlicher Transceiver-Hardware reduzieren, eine effizientere Kommunikation zwischen dem Stift und dem Berührungserfassungsgerät 100 ermöglichen, die Kommunikation zwischen dem Stift und dem Berührungserfassungsgerät 100 weniger anfällig für Rauschen machen, und/oder den Datenübertragungsdurchsatz erhöhen.
Der Sender 220 kann auch Informationen an das Berührungserfassungsgerät 100 über einen drahtlosen Transmitter übertragen. In manchen Ausführungsformen kann der Sender 220 z. B. ein Radiofrequenzsignal (RF) (oder ein elektromagnetisches Signal mit einer anderen Frequenz) mit einer Antenne erzeugen, wobei das Signal Informationen enthält, die die Position des Stifts und/oder einen Status des Stifts angeben. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stift 200 einen einzigen Sender 220 beinhalten, der dazu eingerichtet ist, eine der obenstehend beschriebenen Funktionen auszuführen, einen einzigen Sender 220, der dazu eingerichtet ist, mehrere Funktionen auszuführen, oder mehrere Sender 220.
3 illustriert einen beispielhaften Sender 220, der in dem Stift 200 aus 2 verwendet werden kann. Der beispielhafte Sender 220 kann ein Frequenzmultiplexverfahren verwenden, um das Ansteuersignal und das Datensignal zu einem zusammengesetzten Signal zu kombinieren. Der Sender 220 beinhaltet einen Ansteuersignalgenerator 230 und einen Datensignalgenerator 240, die mit dem Kombinator 250 verbunden sind. Der Kombinator 250 ist mit dem Transmitter 254 verbunden. Andere Ausführungsformen, die ein Zeitmultiplexverfahren verwenden (nicht dargestellt), müssen den Kombinator 250 nicht enthalten und können die Übertragung des Ansteuersignals und des Datensignals verschachteln, indem zwischen der Übertragung des Ansteuersignals und des Datensignals abgewechselt wird.
In manchen Ausführungsformen kann der Ansteuersignalgenerator 230 ein Ansteuersignal unter Verwendung eines Spannungstreibers erzeugen. In manchen Ausführungsformen kann der Spannungstreiber Spannungen zwischen 5 und 50 Volt erzeugen, obwohl dieser Bereich nicht erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen kann der Spannungstreiber Spannungen zwischen 12 und 20 Volt erzeugen. In einer bestimmten Ausführungsform kann der Spannungstreiber eine Spannung von ungefähr 16 Volt erzeugen. Der Datensignalgenerator 240 kann ein Datensignal erzeugen, indem ein Trägersignal mit einem Modulationssignal moduliert wird, das Informationen enthält, die einen Status des Stifts 200 angeben. Der Stift 200 kann z. B. das Ansteuersignal mit Informationen codieren, die seinen Batteriestatus und/oder den Betrag des Drucks auf seine Spitze angeben. Der Stift 200 kann auch Informationen codieren, die seine Orientierung angeben, die auf gyroskopischen Informationen basieren kann, und/oder den Abstand des Stifts 200 von dem berührungsempfindlichen Bereich 104, die verwendet werden können, um zu ermitteln, ob der Stift 200 in einem Schwebemodus ist. Das Ansteuersignal und das Datensignal können als Eingaben an den Kombinator 250 dienen, der das Ansteuersignal und das Datensignal zu einem zusammengesetzten Signal zusammenfügt, z. B. unter Verwendung eines Frequenzmultiplexverfahrens. In alternativen Ausführungsformen kann das zusammengesetzte Signal unter Verwendung eines Zeitmultiplexverfahrens erzeugt werden.
Der Kombinator 250 kann das zusammengesetzte Signal an den Transmitter 254 senden, der das zusammengesetzte Signal an das Berührungserfassungsgerät 100 (nicht dargestellt) übertragen kann. In manchen Ausführungsformen kann diese Übertragung die kapazitiven oder induktiven Berührungserfassungselemente des Berührungserfassungsgeräts 100 verwenden, wie dies oben beschrieben wurde. Ein Ansteuersignal, welches nun mit Statusinformationen codiert ist, kann z. B. durch das Elektrodenfeld 110 (nicht dargestellt) auf Basis einer Kapazitätsänderung verursacht durch das Ansteuersignal erfasst werden. Dieses zusammengesetzte Signal kann dann durch einen oder durch mehrere Empfangskanäle des Berührungserfassungsgeräts 100 verarbeitet werden, so dass das gleiche Signal verwendet werden kann, um Stiftpositionsinformationen (die ermittelt werden können, indem die Kapazitätsänderung an einer Vielzahl der Elektrodenleitungen des Elektrodenfelds 110 gemessen werden) und die Statusinformationen (die ermittelt werden können, indem das zusammengesetzte Signal als eine Funktion der Datensignalfrequenz verarbeitet wird) zu ermitteln. Das Senden des zusammengesetzten Signals in dieser Weise kann die Übertragung verschiedener Arten von Statusinformationen (wie z. B. die Stärke der Kraft, die auf einen Abschnitt des Stifts ausgeübt wird, die Orientierung des Stifts, eine Angabe darüber, ob ein Abschnitt des Stifts innerhalb eines Schwellenabstands eines Abschnitts des Berührungserfassungsgeräts 100 liegt, und/oder den Status einer Batterie) über die gleichen Komponenten ermöglichen, die verwendet werden, um die Position des Stifts zu ermitteln, wodurch der Bedarf an zusätzlicher Transceiver-Hardware im Stift 200 und im Berührungserfassungsgerät 100 reduziert werden kann. Darüber hinaus kann das zusammengesetzte Signal gleichzeitig durch zwei oder mehr Empfangskanäle verarbeitet werden, wodurch der Datendurchsatz erhöht werden kann.
Das Datensignal kann eine höhere Frequenz als das Ansteuersignal haben. In manchen Ausführungsformen kann das Ansteuersignal z. B. eine Frequenz zwischen 30 und 300 Hertz haben, obwohl dieser Frequenzbereich nicht erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen kann das Ansteuersignal eine Frequenz zwischen 50 und 200 Hertz haben. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Ansteuersignal eine Frequenz von ungefähr 100 Hertz haben. Darüber hinaus kann das Datensignal in manchen Ausführungsformen eine Frequenz zwischen 300 Hertz und 300 Gigahertz haben, obwohl dieser Frequenzbereich nicht erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen kann das Datensignal eine Frequenz zwischen 1 Kilohertz und 5 Gigahertz haben. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Datensignal eine Frequenz von ungefähr 2,4 Gigahertz haben. In machen Ausführungsformen kann die Frequenz des Datensignals zumindest doppelt so groß sein wie die Frequenz des Ansteuersignals. Die höhere Frequenz des Datensignals kann die Übertragung größerer Datenmengen ermöglichen, die verwendet werden können, um den Status des Stifts 200 zu übertragen. Die höhere Frequenz des Datensignals kann auch die Übertragung des Datensignals über das gleiche Elektrodenfeld ermöglichen, das zur Ermittlung der Stiftposition verwendet wird, ohne den normalen Betrieb des Berührungssensors zu stören.
4 illustriert ein beispielhaftes Berührungserfassungsgerät 100, das in dem Berührungserfassungssystem 20 aus 1 verwendet werden kann. Das Berührungserfassungsgerät 100 kann ein Elektrodenfeld 110, eine Messschaltung 150, eine Steuereinheit 174, eine Verarbeitungseinheit 176, einen Empfänger 180, und einen Speicher 190 enthalten. Wie in 4 dargestellt, ist das Elektrodenfeld 110 mit der Messschaltung 150 und der Steuereinheit 174 verbunden, die beide mit der Verarbeitungseinheit 176 verbunden sind. Die Verarbeitungseinheit 176 kann auch mit dem Empfänger 180 und dem Speicher 190 verbunden sein. Der Empfänger 180 kann Signale von einem anderen Medium empfangen oder andere Techniken verwenden als das Elektrodenfeld 110, wie obenstehend beschrieben wurde. Manche Ausführungsformen können mehrere Empfänger 180 haben, während andere wiederum keinen Empfänger 180 enthalten müssen.
Der Berührungssensor 108 und die Steuereinheit 174 können die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 108 detektieren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier gegebenenfalls sowohl den Berührungssensor als auch seine Steuereinheit umfassen. Der Berührungssensor 108 kann einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann der Berührungssensor 108 ein Elektrodenfeld 110 beinhalten (dargestellt in 6). Das Elektrodenfeld 110 kann eine Vielzahl von Elektrodenleitungen darstellen, die Ansteuer- und Ausleseelektroden (oder ein Feld von Elektroden einer einzigen Art) sein können, die auf einem oder auf mehreren Substraten angeordnet sind, die aus einem dielektrischen Material bestehen können. Eine Elektrodenleitung kann sich hier auf einen einzigen leitfähigen Draht, eine Reihe von in einer Linie angeordneten Elektroden oder jede andere geeignete elektronische Struktur oder Reihe von elektronischen Strukturen beziehen, die eine Linienform oder ein anderes Muster definieren. Derartige Elektrodenleitungen können betrieben werden, um eine Finger- und/oder Stiftposition mittels Gegenkapazität, Eigenkapazität, Induktion oder anderer geeigneter Verfahren der Positionsdetektion zu detektieren. Eine Bezugnahme auf ein Elektrodenfeld kann hier sowohl die Elektroden des Berührungssensors als auch das Substrat oder die Substrate, auf denen sie angeordnet sind, umfassen. Eine Elektrode (entweder eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode, eine Ansteuerelektrode oder eine Ausleseelektrode) kann ein Bereich aus leitfähigem Material sein, der eine Form hat, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, eine Schleife, oder eine andere geeignete Form oder geeignete Kombinationen derselben. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten aus leitfähigem Material die Form einer Elektrode erzeugen, und die Fläche der Form kann durch diese Schnitte begrenzt sein. Darüber hinaus können Berührungssensoren, Elektrodenfelder und Elektrodenleitungen so verstanden werden, dass sie ein Signal erzeugen und/oder senden. In derartigen Fällen kann die Erzeugung des Signals, obgleich das Signal selbst als Ergebnis einer physikalischen Änderung in dem Berührungssensor oder Komponenten des Berührungssensors erfolgt, durch das Elektrodenfeld selbst, die Steuereinheit und/oder andere Komponenten des Berührungserfassungsgeräts 100 angesteuert werden.
Die Messschaltung 150 kann Schaltungen enthalten, die dazu eingerichtet sind, die durch das Elektrodenfeld 110 empfangenen Signale zu verarbeiten. Die Ausgabe der Messschaltung 150 kann dann an die Verarbeitungseinheit 176 zur weiteren Analyse weitergeleitet werden und die resultierenden Informationen können im Speicher 190 gespeichert werden. Im Speicher 190 können auch Instruktionen gespeichert sein, die dazu geeignet sein können, dass sie, wenn sie durch die Verarbeitungseinheit 176 ausgeführt werden, den Betrieb der Steuereinheit 174 steuern und andere Operationen auszuführen. Die Steuereinheit 174 kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb des Elektrodenfeldes 110 zu steuern. Die Steuereinheit 174 kann z. B. die Erzeugung und/oder das Übertragen von Signalen durch das Elektrodenfeld 110 steuern. In manchen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 174 die Erzeugung und/oder die Übertragung eines zusammengesetzten Signals, das ein Datensignal und ein Ansteuersignal enthält, durch das Elektrodenfeld 110 steuern. Die Steuereinheit 174 kann auch die Detektion von Signalen durch das Elektrodenfeld 110 und/oder die Messschaltung 150 steuern.
Die Messschaltung 150 und die Steuereinheit 174 können jeweils mehrere elektronische Strukturen auf einem oder auf mehreren Chips enthalten. In manchen Ausführungsformen kann die Messschaltung 150 und die Steuereinheit 174 in einem einzigen Chip oder einer anderen Struktur enthalten sein. Verschiedene Operationen der Messschaltung 150 und der Steuereinheit 174 können per Hardware oder per Software, die im Speicher 190 oder einem anderen Speichergerät des Berührungserfassungsgeräts 100 gespeichert ist, gesteuert werden.
5 illustriert ein beispielhaftes Elektrodenfeld 110, das in dem Berührungserfassungsgerät 100 aus 4 verwendet werden kann. Das Elektrodenfeld 110 enthält Elektrodenleitungen 120 und Elektrodenleitungen 130. Die Elektrodenleitungen 120 und 130 können Ansteuer- und/oder Ausleseleitungen sein. Die Steuereinheit 174 kann den Betrieb der Elektrodenleitungen 120 und 130 so steuern, dass jede Elektrodenleitung zu einem Zeitpunkt als Ansteuerleitung und zu einem anderen Zeitpunkt als Signalleitung betrieben werden kann.
Wie in 5 dargestellt, bilden die Elektrodenleitungen 120 und 130 in manchen Ausführungsformen ein Gittermuster, wobei die Elektrodenleitungen 120 senkrecht zu den Elektrodenleitungen 130 sein können. In anderen Ausführungsformen können die Elektrodenleitungen 120 und 130 ein anderes Layout und andere Orientierungen haben. Die Elektrodenleitungen 120 können z. B. gekrümmt, zickzackförmig oder eine zufällige Form haben, oder unterschiedliche Orientierungen haben, so wie auch die Elektrodenleitungen 130. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen mehrere Elektrodenfelder haben, die in verschiedenen Schichten angeordnet sein können, oder die Elektrodenleitungen 120 können in einer ersten Schicht angeordnet sein, während die Elektrodenleitungen 130 in einer zweiten Schicht angeordnet sind.
6 illustriert eine beispielhafte Messschaltung 150, die in dem Berührungserfassungsgerät 100 aus 4 verwendet werden kann. Die Messschaltung 150 kann das nach dem Frequenzmultiplexverfahren aufgeteilte zusammengesetzte Signal, das durch den Sender 220 aus 3 erzeugt wurde, verarbeiten. Wie in 6 dargestellt, enthält die Messschaltung 150 eine Elektrodenfeldverbindung 151, die mit dem Elektrodenfeld 110 verbunden ist. Die Elektrodenfeldverbindung 151 ist mit dem Empfangskanal 152 und dem Empfangskanal 153 verbunden.
Der Empfangskanal 152 kann verwendet werden, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten, um die Position des Stifts 200 oder des Fingers des Benutzers zu ermitteln. Der Empfangskanal 153 kann verwendet werden, um das zusammengesetzte Signal zu verarbeiten, um die Statusinformationen des Stifts zu ermitteln, die z. B. den Betrag der auf einen Abschnitt des Stifts ausgeübten Kraft, die Orientierung des Stifts, Informationen, die angeben, ob ein Abschnitt des Stifts innerhalb eines Schwellenabstands eines Abschnitts des Berührungserfassungsgeräts 100 befindlich ist, und/oder den Status einer Batterie beinhalten. Die Ausgabe der Empfangskanäle 152 und 153 kann mit der Verarbeitungseinheit 176 verbunden sein.
Die Empfangskanäle 152 und 153 können es dem Berührungserfassungsgerät 100 ermöglichen, ein durch das Elektrodenfeld 110 (nicht dargestellt) empfangenes zusammengesetztes Signal simultan zu verarbeiten, um Positionsinformationen und Statusinformationen parallel zu ermitteln. Da das durch die Elektrodenleitungen des Elektrodenfelds 110 empfangene Signal sowohl das niederfrequente Ansteuersignal als auch das höherfrequente Datensignal enthält, kann der Empfangskanal 152 die Kapazitätsänderungen analysieren, die durch das Ansteuersignal verursacht werden und an den verschiedenen Elektrodenleitungen des Elektrodenfelds 110 detektiert wurden, um die Position des Stifts 200 zu ermitteln, während der Empfangskanal 153 die höherfrequenten Informationen analysieren kann, die in dem gleichen Signal codiert sein können, um die Statusinformationen des Stifts 200 zu ermitteln. In manchen Ausführungsformen kann das Berührungserfassungsgerät 100 daher in der Lage sein, die Position des Stifts 200 zu ermitteln, indem das zusammengesetzte Signal als Funktion der ersten Frequenz analysiert wird, und die Informationen, die den Status des Stifts 20 angeben, zu bestimmen, indem das zusammengesetzte Signal als Funktion der zweiten Frequenz analysiert wird.
Wie in 6 dargestellt, kann der Empfangskanal 152 einen Schalter 154, einen Integrator 155, einen ADC 160 und einen Signalprozessor 162 enthalten. Der Integrator 155 beinhaltet einen Kondensator 156 und einen Operationsverstärker 158. Der Schalter 154 ist mit dem Kondensator 156 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 verbunden, und der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 158 kann mit Masse 159 verbunden sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers 158 ist mit dem Kondensator 156 und dem Analog-Digital-Wandler (ADC) 160 verbunden, der mit dem Signalprozessor 162 verbunden ist. Der Integrator 155 kann verwendet werden, um die Ansteuersignalkomponente des zusammengesetzten Signals zu detektieren, so wie es durch das Elektrodenfeld 110 empfangen wird, wobei er an seinem Ausgang eine Spannung erzeugt, die proportional ist zu der Kapazität von einer oder von mehreren Elektrodenleitungen des Elektrodenfelds 110. Durch die Verarbeitung des durch jede der Elektrodenleitungen des Elektrodenfelds 110 empfangenen Signals kann das Berührungserfassungsgerät die Position des Stifts 200 oder des Fingers des Benutzers ermitteln. Die Kapazitätsänderung ist z. B. größer an Kreuzungsstellen der Elektrodenleitungen 120 und 130, die näher an der Spitze des Stifts 200 oder an dem Finger des Benutzers liegen. Durch Analysieren der Kapazitätsänderungen an den verschiedenen Elektroden kann das Berührungserfassungsgerät 100 somit die Position des Stifts 200 oder des Fingers ermitteln.
Wie in 6 dargestellt, kann der Empfangskanal 153 einen rauscharmen Verstärker (Low Noise Amplifier, LNA) 164, einen Mischer 168, eine Mischereingangsverbindung 166, einen Filter 170 und einen Signalprozessor 172 enthalten. Die Elektrodenfeldverbindung 151 ist mit dem LNA 164 verbunden. Der Ausgang des LNA 164 ist mit dem Mischer 168 verbunden, der außerdem mit der Mischereingangsverbindung 166 verbunden ist. Der Ausgang des Mischers 168 ist mit dem Filter 170 verbunden, der mit dem Signalprozessor 172 verbunden ist. Der Empfangskanal 152 kann verwendet werden, um die Datensignalkomponente des zusammengesetzten Signals zu demodulieren und die Informationen zu ermitteln, die den Status des Stifts angeben. Das zusammengesetzte Signal kann durch den Empfangskanal 153 parallel zur Verarbeitung durch den Empfangskanal 152 verarbeitet werden, wodurch ein größerer Datendurchsatz ermöglicht werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Decodierung des Datensignals in einem separaten Kanal unter Verwendung von Demodulationstechniken anstelle der Verwendung des Integrators 155 zur Decodierung des Datensignals das System weniger rauschanfällig gegenüber Rauschen machen.
7 illustriert einen beispielhaften Stift 200 und ein Elektrodenfeld 110, die in dem Berührungserfassungssystem 100 aus 1 verwendet werden können. Das Elektrodenfeld 110 hat Elektrodenleitungen 120 und 130. Die Elektrodenleitungen 120a und 120b bilden Elektrodenleitungspaare 122, und die Elektrodenleitungen 130a und 130b bilden das Elektrodenleitungspaar 132. Wie in 7 gezeigt, hat der Stift 200 eine Position 140 bezüglich des Elektrodenfelds 110. Die Position 140 hat eine X-Position längs der Dimension 142 zwischen den Elektrodenleitungen 120a und 120b und eine Y-Position längs der Dimension 144 zwischen den Elektrodenleitungen 130a und 130b. Die durch die Elektrodenleitungspaare 122 und 132 gesendeten Signale, sowie Signale, die durch andere Elektrodenleitungspaare, die durch andere Elektrodenleitungen 120 und 130 gebildet werden, gesendet werden, können durch den Stift 200 detektiert werden und zur Ermittlung der Position 140 verwendet werden.
In manchen Ausführungsformen können die Elektrodenleitungen 120a und 120b Quadratursignale erzeugen und/oder senden. Die Elektrodenleitungen 120a und 120b können z. B. ein erstes Signal beziehungsweise ein zweites Signal senden, wobei jedes Signal die gleiche Stärke und die gleiche Frequenz hat, wobei aber das zweite Signal eine Quadraturphasenverschiebung relativ zu dem ersten Signal hat. Der Stift 200 kann die durch das Elektrodenleitungspaar 122 gesendeten Signale messen, womit die Stärke des ersten Signals und des zweiten Signals detektiert wird. Die relativen Stärken dieser Signale, so wie sie durch den Stift 200 empfangen werden, können verwendet werden, um den relativen Abstand des Stifts 200 von den Elektrodenleitungen 120a und 120b zu ermitteln, und somit die Position des Stifts 200 längs der Dimension 142 zu ermitteln. Das gleiche Verfahren kann nachfolgend durch alle Elektrodenleitungspaare, die durch die Elektrodenleitungen 120 gebildet werden, durchgeführt werden.
Darüber hinaus kann dieses Verfahren mit dem Elektrodenleitungspaar 132 und allen anderen Elektrodenleitungspaaren, die durch die Elektrodenleitungen 130 gebildet werden, wiederholt werden. Genauso wie die Verarbeitung der Quadratursignale, die durch das Elektrodenleitungspaar 122 gesendet wurden, verwendet wurde, um die Position des Stifts 200 längs der Dimension 142 zu ermitteln, kann die Verarbeitung der Quadratursignale, die durch das Elektrodenleitungspaar 132 gesendet werden, die Ermittlung der Position des Stifts 200 längs der Dimension 144 ermöglichen. Durch eine Wiederholung dieses Verfahrens für alle Elektrodenleitungspaare, die durch die Elektrodenleitungen 120 und 130 gebildet werden, kann daher die Position 140 des Stifts 200 ermittelt werden. In manchen Ausführungsformen kann der Stift 200 einen Nahfeldkopplungsmechanismus haben, so dass nur eine begrenzte Zahl von Signalen von Elektrodenleitungspaaren empfangen wird.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Stift 200 dazu eingerichtet sein, die Quadratursignale, die durch die Elektrodenleitungspaare des Elektrodenfelds 110 gesendet werden, zu verarbeiten und seine eigene Position zu ermitteln, die dann an das Berührungserfassungsgerät 100 zurück übertragen werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der Stift 200 dazu eingerichtet sein, die Stärken der empfangenen Signale zu detektieren und die Stärken der von jeder Elektrodenleitung empfangenen Signale zurück an das Berührungserfassungsgerät 100 zu übertragen, wodurch das Berührungserfassungsgerät 100 die Position des Stifts 200 auf Basis dieser Informationen ermitteln kann. In beiden Ausführungsformen kann der Stift 200 diese Informationen an das Berührungserfassungsgerät 100 zurück übertragen, indem ein getrennter Drahtlostransmitter verwendet wird, um ein Signal zu erzeugen, das durch den Empfänger 180 (nicht dargestellt) des Berührungserfassungsgeräts 100 empfangen werden kann, oder der Stift 200 kann diese Informationen über das Elektrodenfeld 110 übertragen. Die Übertragung der Informationen zurück an das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 kann die gleichen oder ähnliche Verfahren verwenden, wie diese obenstehend zur Erzeugung eines Datensignals oder eines zusammengesetzten Signals, das durch das Elektrodenfeld 110 detektiert und durch die Messschaltung 150 (nicht dargestellt) verarbeitet werden kann, beschrieben wurden. Nach der Erfassung von Quadratursignalen, die durch ein Elektrodenleitungspaar des Elektrodenfelds 110 gesendet wurden, kann der Stift 200 z. B. die Position und/oder die Statusinformationen auf Basis des empfangenen Signals ermitteln und dann ein Ansteuersignal und ein Datensignal, das die Informationen enthält, zu einem zusammengesetzten Signal kombinieren (oder die Informationen anderweitig in dem Ansteuersignal codieren), welches dann durch das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 empfangen wird.
In manchen Ausführungsformen können darüber hinaus andere Techniken als die Quadratursignalisierung durch Elektrodenleitungspaare verwendet werden, um es dem Stift 200 zu ermöglichen, zwischen den von dem Elektrodenfeld 110 empfangenen Signalen zu differenzieren. Informationen, die die Elektrodenleitungen unterscheiden, können z. B. in den Signalen codiert sein. Der Stift 200 wäre dann in der Lage, die Informationen zu decodieren, wodurch es ihm ermöglicht wird festzustellen, welches Signal von welcher Elektrodenleitung empfangen wurde. Eine Verwendung dieser Informationen zusammen mit der relativen Stärke der empfangenen Signale und/oder von Phasenverschiebungsinformationen kann es dem Berührungssensor dann ermöglichen, bei der Erfassung von kapazitiven oder induktiven Änderungen in dem Berührungssensor 108 nur in einem Fingerberührungsmodus zu arbeiten, da die Stiftposition durch den Stift 200 selbst auf Basis der durch den Berührungssensor erzeugten Signale detektiert werden könnte. In anderen Worten, die Fingerposition könnte durch den Berührungssensor 108 direkt detektiert werden, wohingegen die Stiftposition durch den Stift 200 direkt detektiert wird und dann an das Berührungserfassungsgerät 100 zurück übertragen wird.
In manchen Ausführungsformen sendet eine erste Elektrodenleitung ein erstes Signal mit einer ersten Frequenz und eine zweite Elektrodenleitung sendet ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz. Das zweite Signal kann eine Quadraturphasenverschiebung relativ zu dem ersten Signal haben. Der Stift 200 empfängt das erste Signal mit einer ersten Stärke und empfängt das zweite Signal mit einer zweiten Stärke. Der Stift 200 sendet ein Antwortsignal an das Berührungserfassungsgerät 100, wobei das Antwortsignal auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal basiert, und die Position des Stifts 200 wird auf Basis des ersten und des zweiten Signals ermittelt. Die Position des Stifts kann zumindest zum Teil auf Basis einer Differenz zwischen der ersten Signalstärke und der zweiten Signalstärke ermittelt werden. Darüber hinaus kann eine dritte Elektrodenleitung ein drittes Signal mit einer dritten Frequenz senden, eine vierte Elektrodenleitung kann ein viertes Signal mit einer vierten Frequenz senden, und die erste und die zweite Elektrodenleitung können in einer ersten Richtung orientiert sein, während die dritte und die vierte Elektrodenleitung in einer zweiten Richtung orientiert sind, wobei die erste Richtung sich von der zweiten Richtung unterscheidet. Die erste Richtung und die zweite Richtung können im Wesentlichen senkrecht zueinander sein. Bei der Ermittlung der Position des Stifts kann eine Position längs einer ersten Achse auf Basis von zumindest dem ersten Signal und dem zweiten Signal ermittelt werden, und eine Position längs der zweiten Achse kann zumindest zum Teil auf Basis des dritten Signals und des vierten Signals ermittelt werden. Beim Senden der Antwortsignale an das Berührungserfassungsgerät 100 kann ein Transmitter des Stifts 200 das Antwortsignal an einen Drahtlos-Empfänger des Berührungserfassungsgeräts 100 senden, oder das Antwortsignal kann durch das Elektrodenfeld 110 empfangen werden. Die Position des Stifts 200 kann durch den Stift 200 ermittelt werden, und das Antwortsignal kann Informationen enthalten, die die Position des Stifts 200 angeben. Die Position des Stifts 200 kann auch durch das Berührungserfassungsgerät 100 ermittelt werden, und das Antwortsignal kann Informationen enthalten, die die erste Stärke und die zweite Stärke angeben.
8 illustriert einen beispielhaften Stift 200 und ein Elektrodenfeld 110, die in dem Berührungserfassungsgerät 100 aus 1 verwendet werden können. Wie in 8 dargestellt, hat der Stift 200 eine Stiftposition 140 bezüglich des Elektrodenfelds 110. Die Stiftposition 140 befindet sich im Abstand 146 von der X-Y-Position 148, die eine senkrechte Projektion der Stiftposition 140 auf die Ebene des Elektrodenfelds 110 ist. Die X-Y-Position 148 hat eine X-Position längs der Dimension 142 und eine Y-Position längs der Dimension 144.
Wie obenstehend beschrieben wurde, kann das Elektrodenfeld 110 dazu eingerichtet sein, Signale zu erzeugen und/oder zu senden, die durch den Stift 200 detektiert werden können. In manchen Ausführungsformen können die durch die Elektrodenleitungen 120 und 130 gesendeten Signale mit Informationen codiert sein, die es dem Stift 200 ermöglichen, seine Position 140 relativ zu dem Berührungserfassungsgerät 100 zu ermitteln. Codierungstechniken können unter anderem Spreizspektrumtechniken, geschlossene Leistungsregelkreise (Closed Loop Power Control) und andere geeignete Techniken zur Erzeugung eines Datensignals, das unterhalb des Grundrauschens der obenstehend beschriebenen kapazitiven, induktiven oder anderweitigen Berührungserfassungstechniken liegt, beinhalten. Dies kann sicherstellen, dass die in dem durch das Elektrodenfeld 110 gesendeten Signal codierten Informationen nicht mit einer der anderen Berührungserfassungsoperationen interferieren, die durch das Berührungserfassungsgerät 100 oder den Stift 200 ausgeführt werden.
In manchen Ausführungsformen kann die Elektrodenleitung 120a ein Signal senden, das Informationen enthält, die sie selbst als die das Signal sendende Elektrode identifizieren. Dieses Signal kann auch Informationen beinhalten, die die Stärke identifizieren, mit der das Signal erzeugt wurde. Der Stift 200 kann dann das durch die Elektrodenleitung 120a mit einer bestimmten Stärke gesendete Signal empfangen, wobei die Differenz zwischen der Stärke des erzeugten Signals und des empfangenen Signals proportional zu dem Abstand zwischen der Elektrodenleitung 120a und dem Stift 200 ist. Dieses Verfahren kann durch die Elektrodenleitungen 120b, 120c und die anderen Elektrodenleitungen 120 in dem Elektrodenfeld 110 wiederholt werden. Darüber hinaus kann das gleiche Verfahren mit den Elektrodenleitungen 130a, 130b und den anderen Elektrodenleitungen 130 in dem Elektrodenfeld 110 wiederholt werden. Jede Elektrodenleitung 120 und 130 kann somit ein Signal an den Stift 200 senden, wobei jedes Signal Informationen enthält, die angeben, welche Elektrodenleitung das Signal gesendet hat.
In manchen Ausführungsformen kann das Signal darüber hinaus auch Informationen enthalten, die die Stärke angeben, mit der es gesendet wurde, wohingegen in anderen Ausführungsformen das Berührungserfassungsgerät 100 dazu eingerichtet sein kann, die Signale mit einer bekannten vorbestimmten Stärke zu erzeugen. Die Informationen, die angeben, welche Elektrodenleitung welches Signal gesendet hat, zusammen mit der Stärke, mit der jedes dieser Signale durch den Stift 200 empfangen wurde, können verwendet werden, um die Position des Stifts 200 längs der Dimensionen 142 und 144 und somit die X-Y-Position 148 zu berechnen. Diese Informationen können auch verwendet werden, um den Abstand 146 und somit die Position 140 des Stifts 200 zu ermitteln.
In manchen Ausführungsformen kann der Stift 200 dazu eingerichtet sein, die durch die Elektrodenleitungen 120 und 130 gesendeten Signale zu verarbeiten und seine eigene Position zu ermitteln, die dann an das Berührungserfassungsgerät 100 zurück übertragen werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der Stift 200 dazu eingerichtet sein, die Informationen, die angeben, welche Elektrodenleitung das jeweilige Signal gesendet hat, und die Stärke des jeweiligen Signals, mit der es durch den Stift 200 detektiert wurde, angeben, an das Berührungserfassungsgerät 100 zurück übertragen. In derartigen Ausführungsformen kann das Berührungserfassungsgerät 100 dann die Position 140 des Stifts 200 auf Basis dieser Informationen ermitteln. In beiden Ausführungsformen kann der Stift 200 diese Informationen an das Berührungserfassungsgerät 100 unter Verwendung eines separaten Drahtlostransmitters zur Erzeugung eines Signals, das durch einen Empfänger 180 (nicht dargestellt) des Berührungserfassungsgeräts 100 empfangen werden kann, zurück übertragen, oder der Stift 200 kann diese Informationen über das Elektrodenfeld 110 übertragen. Die Kommunikation dieser Informationen an das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 kann die gleichen oder ähnliche Verfahren verwenden, wie diese obenstehend zur Erzeugung eines Datensignals oder eines zusammengesetzten Signals, das durch das Elektrodenfeld 110 detektiert und durch die Messschaltung 150 (nicht dargestellt) verarbeitet werden kann, beschrieben wurden. In manchen Ausführungsformen kann der Stift 200 z. B. Signale empfangen, die durch Elektrodenleitungen 120 und 130 gesendet wurden, wobei die Signale mit Informationen codiert sind, die angeben, welche Elektrode welches Signal gesendet hat. Der Stift 200 kann dann ein Antwortsignal an das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 auf Basis der Stärke, mit der jedes dieser Signale empfangen wurde, und der codierten Informationen senden.
In manchen Ausführungsformen sendet eine erste Elektrodenleitung eines Elektrodenfelds ein erstes Signal mit Informationen, die die erste Elektrodenleitung identifizieren, wobei das erste Signal eine erste Stärke hat. Die erste Elektrodenleitung sendet das erste Signal an den Stift 200. Das Berührungserfassungsgerät 100 empfängt dann ein Empfangssignal von dem Stift 200, wobei das Empfangssignal zumindest zum Teil auf den Informationen basiert, die die erste Elektrodenleitung identifizieren und eine Stärke angeben, mit der das erste Signal durch den Stift empfangen wurde. Die Position des Stifts 200 wird dann zumindest zum Teil auf Basis der Informationen ermittelt, die die erste Elektrodenleitung identifizieren und die Stärke angeben, mit der das erste Signal durch den Stift empfangen wurde. Das Empfangssignal kann Informationen enthalten, die die Stärke angeben, mit der das erste Signal durch den Stift 200 empfangen wurde, und Informationen, die die erste Elektrodenleitung identifizieren. Das Empfangssignal kann Informationen enthalten, die die Position des Stifts angeben. Das erste Signal kann auch Informationen enthalten, die die Stärke angeben, mit der das erste Signal durch die erste Elektrodenleitung gesendet wurde, und die Ermittlung der Position des Stifts kann außerdem auf der Differenz zwischen der Stärke, mit der das erste Signal durch die erste Elektrode gesendet wurde, und der Stärke, mit der das erste Signal durch den Stift empfangen wurde, basieren. Die Position des Stifts 200 kann eine Position längs einer ersten, einer zweiten und einer dritten Achse beinhalten, wobei die erste Achse sich von der zweiten Achse unterscheidet, die erste und die zweite Achse im Wesentlichen parallel zu dem Elektrodenfeld liegen, und die dritte Achse im Wesentlichen senkrecht zu dem Elektrodenfeld ist.
Darüber hinaus kann eine zweite Elektrodenleitung des Elektrodenfelds ein zweites Signal senden, das Informationen enthält, die die zweite Elektrodenleitung identifizieren, und die Ermittlung der Position des Stifts 200 kann des Weiteren auf den Informationen basieren, die die zweite Elektrodenleitung identifizieren und eine Stärke angeben, mit der das zweite Signal durch den Stift 200 empfangen wurde. Eine dritte Elektrodenleitung des Elektrodenfelds kann ein drittes Signal senden, das Informationen enthält, die die dritte Elektrodenleitung identifizieren, und eine vierte Elektrodenleitung des Elektrodenfelds kann ein viertes Signal senden, das Informationen enthält, die die vierte Elektrodenleitung identifizieren. Die erste und die zweite Elektrodenleitung können in einer im Wesentlichen ähnlichen ersten Richtung orientiert sein, und die dritte und die vierte Elektrodenleitung können in einer im Wesentlichen ähnlichen zweiten Richtung orientiert sein, wobei sich die erste Richtung von der zweiten Richtung unterscheidet. Die erste Richtung und die zweite Richtung können im Wesentlichen senkrecht zueinander sein.
In anderen Ausführungsformen empfängt der Stift 200 ein erstes Signal, das Informationen enthält, die eine erste Elektrodenleidung eines Elektrodenfelds des Berührungserfassungsgeräts 100 identifizieren, wobei das erste Signal eine erste Empfangsstärke hat. Der Stift 200 analysiert das erste Signal, um die erste Empfangsstärke und die Informationen, die die erste Elektrodenleitung identifizieren, zu ermitteln. Der Stift 200 erzeugt dann ein erstes Antwortsignal zumindest zum Teil auf Basis der ersten Empfangsstärke und der Informationen, die die erste Elektrodenleitung identifizieren, und sendet das erste Empfangssignal an das Berührungserfassungsgerät 100. Der Stift 200 kann ein zweites Signal empfangen, das Informationen enthält, die eine zweite Elektrodenleitung des Elektrodenfelds identifizieren, wobei das zweite Signal eine zweite Empfangsstärke hat. Das erste Antwortsignal kann des Weiteren auf der zweiten Empfangsstärke und den Informationen, die die zweite Elektrodenleitung identifizieren, basieren, oder der Stift 200 kann ein zweites Antwortsignal erzeugen, das zumindest zum Teil auf der zweiten Empfangsstärke und den Informationen, die die zweite Elektrodenleitung identifizieren, basiert. Das erste Signal kann des Weiteren Informationen enthalten, die eine Stärke angeben, mit der das erste Signal durch die erste Elektrodenleitung gesendet wurde. Das erste Antwortsignal kann die Position des Stifts 200 beinhalten, und der Stift 200 kann seine Position zumindest zum Teil auf Basis der ersten Empfangsstärke, den Informationen, die die erste Elektrodenleitung identifizieren, der zweiten Empfangsstärke und den Informationen, die die zweite Elektrodenleitung identifizieren, ermitteln.
Codierte Signale, die durch den Berührungssensor 108 erzeugt werden und durch den Stift 200 empfangen werden, mit Informationen, die zur Ermittlung der Position des Stifts 200 verwendet werden, können die Fähigkeit des Berührungssensors 108, störungsfrei zu arbeiten, verbessern. Die Verwendung von Verfahren, wie z. B. Spreizspektrumschemata oder geschlossene Leistungsregelkreise können es dem Stift 200 ermöglichen, Signale zu empfangen, die unter dem Grundrauschen des Berührungssensors 108 bleiben. Die verringerte Störung dieses „Wasserzeichensignalisierungsschemas” kann die Fähigkeit verbessern, eine Fingererfassungs- und eine Berührungserfassungssignalisierung gleichzeitig zu betreiben. Da darüber hinaus Fingererfassungs- und Stifterfassungsschemata unterschiedliche Signalisierungspegel und Zeitbudgets für den Elektrodenberührungssensor 108 benötigen können, kann die Detektion der Fingerposition und der Stiftposition über unterschiedliche Pfade die Leistungsfähigkeit des Berührungserfassungssystems 20 verbessern, indem die Berücksichtigung ihrer einander widersprechenden Anforderungen in dem gleichen Empfangskanal überflüssig gemacht wird. Da Entwurfskompromisse, die durch einander widersprechende Zeit- und Signalisierungsanforderungen der Fingererfassung und der Stifterfassung verursacht werden, vermieden werden können, ermöglichen diese Verfahren eine verbesserte Leistungsfähigkeit sowohl der Fingererfassung als auch der Stifterfassung.
Vorliegend ist „oder” inklusiv und nicht exklusiv zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Vorliegend bedeutet „A oder B” daher „A, B oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges ausdrücklich angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl einzeln als auch insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B, jeweils 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 vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. In ähnlicher Weise umfassen die beigefügten Ansprüche gegebenenfalls alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Darüber hinaus umfasst jeder Bezug in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet ist, dazu angepasst ist, dazu in der Lage ist, dazu konfiguriert ist, dazu betreibbar ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System, diese Komponente, unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert ist, eingeschaltet ist, entsperrt ist, so lange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu eingerichtet ist, dazu in der Lage ist, dazu konfiguriert ist, oder dazu betreibbar ist, diese Funktion auszuführen.
Verschiedene der hier offenbarten Ausführungsformen können in einer Vielzahl von Kombinationen zusammen verwendet werden. In manchen Ausführungsformen kann das Berührungserfassungssystem 20 verschiedene Arten von Berührungserfassungsgeräten 100 und Stiften 200 verwenden, und das Berührungserfassungsgerät 100 und der Stift 200 können sowohl unterschiedlich viele und unterschiedliche Arten von Komponenten, als auch unterschiedliche Konfigurationen und Organisationen dieser Komponenten enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann der Stift 200 z. B. sowohl eine andere Anzahl und Art von Prozessoren 210, Sendern 220 und Empfängern 260 als auch zusätzliche Komponenten haben. In einem anderen Beispiel kann das Elektrodenfeld 110 in verschiedenen Ausführungsformen andere Arten, eine andere Anzahl und eine andere Orientierung der Elektrodenleitungen 120 und 130 haben. In manchen Ausführungsformen können die Elektrodenleitungen 120 und 130 z. B. ein Gitter aus senkrechten Leitungen bilden, wohingegen in anderen Ausführungsformen die Elektrodenleitungen 120 und 130 andere Größen, Formen und Orientierungen haben können.
Darüber hinaus kann in verschiedenen Ausführungsformen das Berührungserfassungssystem 20 eine oder mehrere der Kommunikationsverfahren verwenden, die obenstehend beschrieben wurden, zur Kommunikation von Informationen zwischen dem Berührungserfassungsgerät 100 und dem Stift 200 und umgekehrt. In manchen Ausführungsformen kann der Stift 200 z. B. ein Signal von dem Berührungserfassungsgerät 100 empfangen, das codierte Informationen enthält, während er auch ein kombiniertes Signal an das Berührungserfassungsgerät 100 über das Elektrodenfeld 110 sendet, das ein Ansteuersignal und ein Datensignal beinhaltet. In anderen Ausführungsformen kann der Stift 200 Quadratursignale von Elektrodenleitungspaaren 122 und 132 empfangen, während er auch ein kombiniertes Signal über das Elektrodenfeld 110 an das Berührungserfassungsgerät 100 sendet, das ein Ansteuersignal und ein Datensignal beinhaltet. In weiteren Ausführungsformen kann der Stift 200 Quadratursignale von Elektrodenleitungspaaren 122 und 132 empfangen, wobei jedes der Quadratursignale mit Informationen codiert ist, die durch den Stift 200 verwendet werden können, um eine Position und/oder andere Informationen zu ermitteln.
Obwohl die vorliegende Erfindung obenstehend in Verbindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, können Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen, Transformationen und Modifikationen dem Fachmann vorgeschlagen werden, und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlungen, Transformationen und Modifikationen umfasst, die innerhalb des Geists und des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

System, umfassend: ein Berührungserfassungsgerät mit: einem Elektrodenfeld, das eine Vielzahl von Elektrodenleitungspaaren umfasst, wobei jedes Elektrodenleitungspaar eine erste Elektrodenleitung, die zur Erzeugung eines ersten Signals eingerichtet ist, und eine zweite Elektrodenleitung, die zur Erzeugung eines zweiten Signals eingerichtet ist, umfasst; einer Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das Elektrodenfeld zu steuern; einen Stift mit: einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, das erste Signal und das zweite Signal zu messen; einem Signalprozessor, der dazu eingerichtet ist, Positionsinformationen auf Basis von zumindest dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu ermitteln; und einem Transmitter, der dazu eingerichtet ist, ein Signal, das die Positionsinformation umfasst, an das Berührungserfassungsgerät zu senden.
System nach Anspruch 1, wobei das erste Signal ein In-Phase-Signal und das zweite Signal ein Quadratur-Phase-Signal umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, eine erste Signalstärke des ersten Signals und eine zweite Signalstärke des zweiten Signals zu messen, und wobei der Signalprozessor dazu eingerichtet ist, die Positionsinformationen auf Basis von zumindest der Differenz zwischen der ersten Signalstärke und der zweiten Signalstärke zu berechnen.
System nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Elektrodenleitungspaare ein erstes Elektrodenleitungspaar, das in einer ersten Richtung orientiert ist, und ein zweites Elektrodenleitungspaar, das in einer zweiten Richtung orientiert ist, umfasst, wobei sich die erste Richtung von der zweiten Richtung unterscheidet.
System nach Anspruch 4, wobei der Signalprozessor dazu eingerichtet ist, eine Position längs einer ersten Achse auf Basis von zumindest dem ersten Signal des ersten Elektrodenleitungspaares und dem zweiten Signal des ersten Elektrodenleitungspaares zum messen, wobei der Signalprozessor dazu eingerichtet ist, eine Position längs einer zweiten Achse auf Basis von zumindest dem ersten Signal des zweiten Elektrodenleitungspaares und dem zweiten Signal des zweiten Elektrodenleitungspaares zu messen, und wobei die Positionsinformationen zumindest eine Position des Stiftes längs der ersten Achse und längs der zweiten Achse angeben.
System nach Anspruch 4, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zueinander sind.
System nach Anspruch 1, wobei das Berührungserfassungsgerät des Weiteren einen Drahtlosempfänger umfasst, der dazu eingerichtet ist, das Signal zu empfangen, das die Positionsinformationen umfasst, und wobei der Transmitter einen Drahtlostransmitter umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, nacheinander das erste und das zweite Signal eines jeden Elektrodenleitungspaares zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei die Positionsinformationen eine Position des Stiftes umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Positionsinformationen die erste Signalstärke und die zweite Signalstärke umfassen, und wobei das Berührungserfassungsgerät des weiteren ein Positionsberechnungsmodul umfasst, das dazu eingerichtet ist, eine Position des Stiftes auf Basis der Positionsinformationen zu ermitteln.
Verfahren, umfassend: Senden, durch eine erste Elektrodenleitung eines Elektrodenfelds eines Berührungserfassungsgeräts, eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz; Senden, durch eine zweite Elektrodenleitung des Elektrodefelds eines zweiten Signals mit einer zweiten Frequenz; Empfangen, durch einen Stift, des ersten Signals mit einer ersten Stärke; Empfangen, durch einen Stift, des zweiten Signals mit einer zweiten Stärke; Senden, durch den Stift, eines Antwortsignals an das Berührungserfassungsgerät, wobei das Antwortsignal auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal basiert; und Ermitteln einer Position des Stifts auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das zweite Signal eine Quadraturphasenverschiebung relativ zu dem ersten Signal hat.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Position des Stiftes zumindest auf Basis einer Differenz zwischen der ersten Signalstärke und der zweiten Signalstärke ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Senden, durch eine dritte Elektrodenleitung des Elektrodenfeldes, eines dritten Signals mit einer dritten Frequenz; und Senden, durch eine vierte Elektrodenleitung des Elektrodenfeldes, eines vierten Signals mit einer vierten Frequenz; wobei die erste und die zweite Elektrodenleitung in einer ersten Richtung ausgerichtet sind und die dritte und die vierte Elektrodenleitung in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, und wobei sich die erste Richtung von der zweiten Richtung unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ermitteln der Position des Stiftes umfasst: Ermitteln einer Position längs einer ersten Achse zumindest auf Basis des ersten Signals und des zweiten Signals; Ermitteln einer Position längs einer zweiten Achse zumindest auf Basis des dritten Signals und des vierten Signals.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Senden, durch den Stift, des Antwortsignals an das Berührungserfassungsgerät umfasst: Senden durch einen Drahtlostransmitter des Stiftes, des Antwortsignals an einen Drahtlosempfänger des Berührungserfassungsgeräts.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Empfangen, durch das Elektrodenfeld, des Antwortsignals.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Position des Stifts durch den Stift ermittelt wird und wobei das Antwortsignal Informationen umfasst, die die Position des Stifts angeben.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Position des Stifts durch das Berührungserfassungsgerät ermittelt wird und wobei das Antwortsignal Informationen umfasst, die die erste Stärke und die zweite Stärke angeben.