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Technisches Gebiet
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Diese Offenlegung betrifft allgemein die Verarbeitung von Berührungssignalen.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Berührungssensor kann das Vorhandensein und den Ort einer Berührung oder Annäherung eines Gegenstands (z. B. des Fingers eines Benutzers oder eines Zeigestifts) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors, der beispielsweise über einen Anzeigebildschirm gelegt ist, erkennen. In einer Anwendung mit berührungsempfindlicher Anzeige kann der Berührungssensor einen Benutzer dazu befähigen, direkt mit dem angezeigten Bildschirminhalt zu interagieren, statt indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Berührungssensor kann an einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem Personal Digital Assistant (PDA), einem Smartphone, einer Satellitennavigationseinrichtung, einem tragbaren Medienabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Kioskcomputer, einer Verkaufseinrichtung (POS-Einrichtung) oder einer anderen geeigneten Einrichtung angebracht oder als Teil davon bereitgestellt sein. Ein Bedienfeld an einem Haushalts- oder anderem Gerät kann einen Berührungssensor enthalten.
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Es gibt eine Reihe verschiedener Arten von Berührungssensoren, z. B. resistive Berührungsbildschirme, schallwellengesteuerte(SAW-)Berührungsbildschirme und kapazitive Berührungsbildschirme. Hier kann die Bezugnahme auf einen Berührungssensor gegebenenfalls einen Berührungsbildschirm umfassen und umgekehrt. Wenn ein Gegenstand die Oberfläche des Berührungssensors berührt oder in ihre Nähe kommt, kann innerhalb des Berührungsbildschirms am Ort der Berührung oder Annäherung eine Kapazitätsänderung auftreten. Eine Steuereinheit des Berührungssensors kann die Kapazitätsänderung verarbeiten, um ihre Position auf dem Berührungsbildschirm zu ermitteln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Berührungssensor-Array mit einer beispielhaften Berührungssensor-Steuereinheit.
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2 veranschaulicht eine beispielhafte Schnittansicht eines beispielhaften Berührungssensors und einer beispielhaften Anzeige.
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3 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung eines beispielhaften Algorithmus zur Verformungskompensation.
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4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren für die Kompensation der Verformung von Berührungsbedienfeldern.
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Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Berührungssensor-Array mit einer beispielhaften Berührungssensor-Steuereinheit. Das Berührungssensor-Array 10 und die Berührungssensor-Steuereinheit 12 können das Vorhandensein und den Ort einer Berührung oder Annäherung eines Gegenstands innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs eines Berührungssensor-Arrays 10 erkennen. Hier kann die Bezugnahme auf ein Berührungssensor-Array gegebenenfalls sowohl den Berührungssensor als auch seine Berührungssensor-Steuereinheit umfassen. Genauso kann die Bezugnahme auf eine Berührungssensor-Steuereinheit gegebenenfalls sowohl die Berührungssensor-Steuereinheit als auch ihr Berührungssensor-Array umfassen. Das Berührungssensor-Array 10 kann gegebenenfalls einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche aufweisen. Das Berührungssensor-Array 10 kann ein Array von Elektroden aufweisen, die auf einem oder mehreren Substraten, die aus einem dielektrischen Material hergestellt sein können, angeordnet sind. Hier kann die Bezugnahme auf ein Berührungssensor-Array gegebenenfalls sowohl die Elektroden des Berührungssensors und das/die Substrat(e) umfassen, auf denen sie angeordnet sind. Alternativ kann die Bezugnahme auf ein Berührungssensor-Array gegebenenfalls die Elektroden des Berührungssensors, nicht jedoch das/die Substrat(e) umfassen, auf denen sie angeordnet sind.
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Eine Elektrode kann ein Bereich aus leitendem Material sein, das eine Form bildet, z. B. eine Scheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, eine andere geeignete Form oder eine geeignete Kombination davon. Ein oder mehrere Einschnitte in eine oder mehrere Schichten von leitendem Material können (zumindest teilweise) die Form einer Elektrode erzeugen, und der Bereich der Form kann (zumindest teilweise) durch diese Einschnitte begrenzt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das leitende Material einer Elektrode ca. 100% des Bereichs ihrer Form einnehmen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt sein und das ITO der Elektrode kann gegebenenfalls ca. 100% des Bereichs ihrer Form einnehmen (manchmal als 100-prozentige Füllung bezeichnet). Bei bestimmten Ausführungsformen kann das leitende Material einer Elektrode erheblich weniger als 100% des Bereichs ihrer Form einnehmen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann eine Elektrode aus feinen Linien aus Metall oder anderem leitenden Material (FLM) hergestellt sein, z. B. Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material, und die feinen Linien aus leitendem Material können in einem schraffierten, netzartigen oder anderen geeigneten Muster ca. 5% des Bereichs ihrer Form einnehmen. Hier umfasst die Bezugnahme auf FLM gegebenenfalls solches Material.
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Zwar werden in dieser Offenlegung bestimmte Elektroden aus einem bestimmten leitenden Material beschrieben bzw. veranschaulicht, das bestimmte Formen mit bestimmten Füllungsgraden in bestimmten Mustern bildet, jedoch werden in dieser Offenlegung beliebige geeignete Elektroden aus einem beliebigen geeigneten leitenden Material betrachtet, das beliebige geeignete Formen mit beliebigen geeigneten Füllungsgraden in beliebigen geeigneten Mustern bildet.
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Gegebenenfalls können die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Berührungssensor-Arrays 10 als Ganzes oder in Teilen eine oder mehrere Makrostrukturen eines Berührungssensor-Arrays 10 bilden. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (z. B. die leitenden Materialien, Füllungen oder Muster innerhalb der Formen) können im Ganzen oder in Teilen eine oder mehrere Mikrostrukturen des Berührungssensor-Arrays 10 bilden. Eine oder mehrere Makrostrukturen eines Berührungssensor-Arrays 10 können eine oder mehrere Eigenschaften ihrer Funktionalität bestimmen, und eine oder mehrere Mikrostrukturen des Berührungssensor-Arrays 10 können ein oder mehrere optische Merkmale des Berührungssensors bestimmen, z. B. Transmissionsgrad, Brechung oder Reflexion.
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Ein mechanischer Stapel kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitende Material enthalten, das die Elektroden des Berührungssensor-Arrays 10 bildet. Beispielhaft und nicht einschränkend kann der mechanische Stapel eine erste Schicht eines optisch klaren Klebers (OCA) unter einer Deckplatte aufweisen. Die Deckplatte kann klar und aus einem elastischen Material hergestellt sein, das für wiederholtes Berühren geeignet ist, z. B. Glas, Polycarbonat oder Poly(methylmethacrylat)(PMMA). In dieser Offenlegung wird eine beliebige geeignete Deckplatte aus einem beliebigen geeigneten Material betrachtet. Die erste OCA-Schicht kann zwischen der Deckplatte und dem Substrat angeordnet sein, wobei das leitende Material die Elektroden bildet. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite OCA-Schicht und eine dielektrische Schicht aufweisen (die aus PET oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann, ähnlich dem Substrat, wobei das leitendende Material die Elektroden bildet). Als Alternative kann gegebenenfalls anstelle der zweiten OCA-Schicht und der dielektrischen Schicht eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material aufgebracht sein. Die zweite OCA-Schicht kann zwischen dem Substrat mit dem leitenden Material, das die Elektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein, und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten OCA-Schicht und einem Luftspalt zu einer Anzeige einer Einrichtung angeordnet sein, darunter das Berührungssensor-Array 10 und die Berührungssensor-Steuereinheit 12. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Deckplatte eine Dicke von ca. 1 Millimeter (mm) aufweisen; die erste OCA-Schicht kann eine Dicke von ca. 0,05 mm aufweisen; das Substrat mit dem leitenden Material, das die Elektroden bildet, kann eine Dicke von ca. 0,05 mm aufweisen; die zweite OCA-Schicht kann eine Dicke von ca. 0,05 mm aufweisen; und die dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 0,05 mm aufweisen. Zwar wird in dieser Offenlegung ein bestimmter mechanischer Stapel mit einer bestimmten Anzahl bestimmter Schichten aus bestimmten Materialien und mit bestimmten Dicken beschrieben, jedoch wird in dieser Offenlegung ein beliebiger geeigneter mechanischer Stapel mit einer beliebigen geeigneten Anzahl beliebiger geeigneter Schichten aus beliebigen geeigneten Materialien und mit beliebigen geeigneten Dicken betrachtet. Beispielhaft und nicht einschränkend kann bei bestimmten Ausführungsformen eine Klebe- oder dielektrische Schicht die dielektrische Schicht, die zweite OCA-Schicht und den oben beschriebenen Luftspalt ersetzen, wobei dann kein Luftspalt zur Anzeige vorhanden ist.
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Ein oder mehrere Teile des Substrats des Berührungssensor-Arrays 10 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. In dieser Offenlegung wird ein beliebiges Substrat mit beliebigen geeigneten Teilen aus einem beliebigen geeigneten Material betrachtet. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden im Berührungssensor-Array 10 im Ganzen oder in Teilen aus ITO hergestellt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden in der Berührungssensor-Anordnung 10 aus feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material hergestellt sein. Beispielhaft und nicht einschränkend können ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Kupfer bestehen oder kupferhaltig sein und eine Dicke bis ca. 5 Mikrometer (μm) und eine Breite bis ca. 10 μm aufweisen. Als weiteres Beispiel können ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Silber bestehen oder silberhaltig sein und ebenso eine Dicke bis ca. 5 Mikrometer (μm) und eine Breite bis ca. 10 μm aufweisen. In dieser Offenlegung werden beliebige geeignete Elektroden aus einem beliebigen geeigneten Material betrachtet.
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Bei der Berührungssensor-Anordnung 10 kann eine kapazitive Form der Berührungserfassung implementiert sein. Bei einer Implementierung mit Eigenkapazität kann das Berührungssensor-Array 10 eine Anordnung von Elektroden aufweisen, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden. Eine gepulste oder Wechselspannung, die (durch die Berührungssensor-Steuereinheit 12) an die Elektrode angelegt wird, kann eine Ladung in die Elektrode induzieren, und die induzierte Ladungsmenge kann anfällig gegenüber äußeren Einflüssen sein (z. B. eine Berührung oder Annäherung eines Gegenstands). Wenn ein Gegenstand den kapazitiven Knoten berührt oder in seine Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung im kapazitiven Knoten auftreten und die Berührungssensor-Steuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen. Durch Messen der Kapazitätsänderungen im gesamten Array 10 kann die Berührungssensor-Steuereinheit 12 die Position der Berührung oder Annäherung innerhalb des/der berührungsempfindlichen Bereichs/Bereiche des Berührungssensor-Arrays 10 ermitteln. In dieser Offenlegung wird gegebenenfalls jede beliebige Form der kapazitiven Berührungserfassung betrachtet.
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Bei einer Implementierung mit Eigenkapazität können die Elektroden in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet sein. Zwar werden in dieser Offenlegung bestimmte Konfigurationen bestimmter Elektroden beschrieben, die bestimmte Knoten bilden, jedoch wird in dieser Offenlegung jede beliebige geeignete Konfiguration beliebiger geeigneter Elektroden betrachtet, die beliebige geeignete Knoten bilden. Ferner werden in dieser Offenlegung beliebige geeignete Elektroden betrachtet, die auf einer beliebigen Anzahl beliebiger geeigneter Substrate in beliebigen geeigneten Mustern angeordnet sind.
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Wie oben beschrieben, kann eine Kapazitätsänderung in einem kapazitiven Knoten des Berührungssensor-Arrays 10 die Eingabe einer Berührung oder Annäherung an der Position des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Berührungssensor-Steuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung erkennen und verarbeiten, um das Vorhandensein und den Ort der Eingabe der Berührung oder Annäherung zu ermitteln. Die Berührungssensor-Steuereinheit 12 kann dann Informationen über die Eingabe der Berührung oder Annäherung an eine oder mehrere andere Komponenten (z. B. eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPUs)) einer Einrichtung übermitteln, die die Berührungssensor-Anordnung 10 und die Berührungssensor-Steuereinheit 12 aufweist, die auf die Eingabe der Berührung oder Annäherung reagieren können, indem sie eine Funktion der Einrichtung (oder einer auf der Einrichtung betriebenen Anwendung) einleiten. Zwar wird in dieser Offenlegung eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinheit mit einer bestimmten Funktionalität hinsichtlich einer bestimmten Einrichtung und einem bestimmten Berührungssensor-Array beschrieben, jedoch wird in dieser Offenlegung jedes beliebige geeignete Berührungssensor-Array mit jeder beliebigen geeigneten Funktionalität hinsichtlich jeder beliebigen geeigneten Einrichtung und jedes beliebigen geeigneten Berührungssensor-Arrays betrachtet.
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Bei der Berührungssensor-Steuereinheit 12 kann es sich um einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (ICs) handeln, z. B. universelle Mikroprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikbausteine oder -arrays, anwendungsspezifische ICs (ASICs). Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Berührungssensor-Steuereinheit 12 analoge Schaltkreise, digitale Logik und digitalen nichtflüchtigen Speicher. Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Berührungssensor-Steuereinheit 12 auf einer flexiblen Leiterplatte (FPC) angeordnet, die mit dem Substrat des Berührungssensor-Arrays 10 verbunden ist, wie nachstehend beschrieben. Die FPC kann gegebenenfalls aktiv oder passiv sein. Bei bestimmten Ausführungsformen sind mehrere Berührungssensor-Steuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet. Die Berührungssensor-Steuereinheit 12 kann eine Prozessoreinheit, eine Ansteuereinheit, eine Erfassungseinheit und eine Speichereinheit aufweisen. Die Ansteuereinheit kann Ansteuersignale in die Elektroden des Berührungssensor-Arrays 10 einspeisen. Die Erfassungseinheit kann die Ladung in den kapazitiven Knoten des Berührungssensor-Arrays 10 erfassen und Messsignale für die Prozessoreinheit bereitstellen, die die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten darstellen. Die Prozessoreinheit kann die Einspeisung von Ansteuersignalen in die Elektroden durch die Ansteuereinheit steuern und Messsignale von der Erfassungseinheit verarbeiten, um das Vorhandensein und den Ort der Eingabe einer Berührung oder Annäherung innerhalb des/der berührungsempfindlichen Bereichs/Bereiche des Berührungssensor-Arrays 10 zu erkennen und zu verarbeiten. Die Prozessoreinheit kann auch Positionsänderungen der Eingabe einer Berührung oder Annäherung innerhalb des/der berührungsempfindlichen Bereichs/Bereiche eines Berührungssensor-Arrays 10 verfolgen. In der Speichereinheit kann die Programmierung zur Ausführung durch die Prozessoreinheit gespeichert sein, darunter gegebenenfalls die Programmierung zum Steuern der Ansteuereinheit zum Einspeisen von Ansteuersignalen in die Ansteuerelektroden, die Programmierung zum Verarbeiten von Messsignalen von der Erfassungseinheit und eine andere geeignete Programmierung. Zwar wird in dieser Offenlegung eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinheit mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschrieben, jedoch wird in dieser Offenlegung jede beliebige geeignete Berührungssensor-Steuereinheit mit jeder beliebigen geeigneten Implementierung mit beliebigen geeigneten Komponenten betrachtet.
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Bahnen 14 aus leitendem Material, die auf dem Substrat der Berührungssensor-Anordnung 10 angeordnet sind, können die Elektroden des Berührungssensors 10 mit Anschlussflächen 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensor-Arrays 10 angeordnet sind. Wie nachstehend beschrieben, erleichtern die Anschlussflächen 16 das Verbinden der Bahnen 14 mit der Berührungssensor-Steuereinheit 12. Die Bahnen 14 können sich in oder um (z. B. an den Kanten) den/die berührungsempfindlichen Bereich(e) des Berührungssensor-Arrays 10 erstrecken. Bestimmte Bahnen 14 können Ansteuerverbindungen zum Verbinden der Berührungssensor-Steuereinheit 12 mit den Elektroden des Berührungssensor-Arrays 10 bereitstellen, durch die die Ansteuereinheit der Berührungssensor-Steuereinheit 12 Ansteuersignale in die Elektroden einspeisen kann. Andere Bahnen 14 können Erfassungsverbindungen zum Verbinden der Berührungssensor-Steuereinheit 12 mit den Elektroden des Berührungssensors 10 bereitstellen, durch die die Erfassungseinheit der Berührungssensor-Steuereinheit 12 die Ladung in den kapazitiven Knoten des Berührungssensor-Arrays 10 erfassen kann. Die Bahnen 14 können aus feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material hergestellt sein. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das leitende Material der Bahnen 14 aus Kupfer bestehen oder kupferhaltig sein und eine Breite bis ca. 100 μm aufweisen. Als weiteres Beispiel kann das leitende Material der Bahnen 14 aus Silber bestehen oder silberhaltig sein und eine Breite bis ca. 100 μm aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Bahnen 14 zusätzlich oder als Alternative zu den feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material im Ganzen oder in Teilen aus ITO hergestellt sein. Zwar werden in dieser Offenlegung bestimmte Bahnen aus bestimmten Materialien mit bestimmten Breiten beschrieben, jedoch werden in dieser Offenlegung beliebige geeignete Bahnen aus beliebigen geeigneten Materialien mit beliebigen geeigneten Breiten betrachtet. Zusätzlich zu den Bahnen 14 kann das Berührungssensor-Array 10 eine oder mehrere Masseleitungen aufweisen, die mit einem Massesteckverbinder (der eine Anschlussfläche 16 sein kann) an einer Kante des Substrats des Berührungssensor-Arrays 10 abgeschlossen sind (ähnlich den Bahnen 14).
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Die Anschlussflächen 16 können sich entlang einer oder mehrerer Kanten des Substrats außerhalb des/der berührungsempfindlichen Bereichs/Bereiche des Berührungssensor-Arrays 10 befinden. Wie oben beschrieben, kann sich die Berührungssensor-Steuereinheit 12 auf einer FPC befinden. Die Anschlussflächen 16 können aus demselben Material hergestellt sein wie die Bahnen 14 und mit einer anisotropen leitfähigen Folie (ACF) mit der FPC verbunden sein. Die Verbindung 18 kann leitende Linien auf der FPC beinhalten, die die Berührungssensor-Steuereinheit 12 mit den Anschlussflächen 16 verbinden, die wiederum die Berührungssensor-Steuereinheit 12 mit den Bahnen 14 und den Elektroden des Berührungssensor-Arrays 10 verbinden. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Anschlussflächen 16 mit einem elektromechanischen Steckverbinder (z. B. einem Wire-to-Board-Steckverbinder mit Nullkraftsockel) verbunden sein; bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass die Verbindung 18 keine FPC aufweisen muss. In dieser Offenlegung wird jede beliebige geeignete Verbindung 18 zwischen der Berührungssensor-Steuereinheit 12 und dem Berührungssensor 10 betrachtet.
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2 veranschaulicht eine beispielhafte Schnittansicht eines beispielhaften Berührungssensorstapels. Zwar wird in dieser Offenlegung eine bestimmte Konfiguration bestimmter Schichten beschrieben, die einen bestimmten Berührungssensorstapel bilden, jedoch wird in dieser Offenlegung jede beliebige geeignete Konfiguration beliebiger geeigneter Schichten betrachtet, die einen beliebigen geeigneten Berührungssensorstapel bilden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden 10A auf einer oder mehreren Substratschichten 22A–B angeordnet sein. Im Beispiel von 2 sind die Elektroden 10A auf gegenüberliegenden Flächen der Substratschicht 22A angeordnet. Wie oben beschrieben, können die Substratschichten 22A–B eine im Wesentlichen transparente Schicht wie PET oder Polycarbonat oder möglicherweise eine Glasschicht sein. Bei bestimmten Ausführungsformen können im Wesentlichen transparente Klebschichten 28 dazu dienen, die Substratschicht 22A mit einem im Wesentlichen transparenten Berührungsbedienfeld 20 und die Substratschicht 22A mit der Substratschicht 22B zu verkleben. Beispielhaft und nicht einschränkend kann es sich bei der Klebschicht 28 um einen flüssigen Kleber oder einen Klebebogen handeln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine dielektrische Schicht 26 zwischen einer Anzeige 24 und einer Substratschicht 22B positioniert sein. Beispielhaft und nicht einschränkend kann es sich bei der dielektrischen Schicht 26 um einen Luftspalt oder eine weitere Klebschicht handeln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann gegebenenfalls eine Masseebene 25 des Berührungsensors zwischen der Substratschicht 22B und der dielektrischen Schicht 26 positioniert sein. Zwar wird in dieser Offenlegung ein bestimmter Berührungssensorstapel mit einer bestimmten Masseebene veranschaulicht und beschrieben, jedoch wird in dieser Offenlegung jeder beliebige geeignete Berührungssensorstapel betrachtet, der eine Masseebene aufweisen kann oder nicht.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Abstand zwischen dem Berührungsbedienfeld 20 und anderen Einrichtungskomponenten, z. B. Anzeige 24 oder Masseebene 25 des Berührungssensors, während des Gebrauchs schwanken. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Schwankung des Abstands über die Fläche des Berührungsbedienfeldes 20 aufgrund der Verformung des Berührungsbedienfeldes 20 während einer Berührungseingabe in das Berührungsbedienfeld 20 auftreten. Die Schwankung des Abstands kann eine oder mehrere örtliche Schwankungen des Signals verursachen, das von den Elektroden 10A des Berührungssensors gemessen wird. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Schwankung des Abstands zu einem Offset in der Ladungsmenge oder der Spannung führen, die durch einen oder mehrere kapazitive Knoten des Berührungssensors gemessen wird. Die örtliche Schwankung des Signals kann zu einer Fehlerkennung einer Berührungseingabe, einem Versagen der Erkennung einer Berührungseingabe oder einer ungenauen Ortsbestimmung der Berührungseingabe führen, wenn die Schwankung nicht kompensiert wird. Die Verformungskompensation des Berührungsbedienfeldes 20 kann eine Kompensation für andere Wirkungen bereitstellen, z. B. Rauschen der Flüssigkristallanzeige (LCD), Wärmedrift oder Alterungswirkungen des Berührungssensors. Ein LCD-Rauschen kann die Berührungserkennung durch den Berührungssensor stören. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die LCD-Anzeige 24 im Betrieb elektrische Signale erzeugen, die die Ansteuereinheit des Berührungssensors beeinflussen. Die Kompensation der Verformung von Berührungsbedienfeldern kann das LCD-Rauschen, das von der Anzeige 24 erzeugt wird, im Wesentlichen ausgleichen. Als weiteres Beispiel kann der Betrieb von Komponenten des Berührungssensors Wärme erzeugen, die die im Berührungssensor (z. B. in den Ansteuereinheiten) verlaufenden elektrischen Signale beeinflussen. Als weiteres Beispiel kann sich die Leistungsfähigkeit des Berührungssensors verschlechtern (aufgrund des wiederholten physikalischen Drucks, der auf den Berührungssensor wirkt, oder der Verschlechterung von Materialien, die bei der Herstellung des Berührungssensors verwendet werden). Als Ergebnis der oben genannten Wirkungen ist es möglich, dass der Berührungssensor eine falsche Berührungseingabe erkennt oder eine Berührungseingabe nicht erkennt.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Verformung im Berührungsbedienfeld 20 erkannt werden, indem in den ohne Berührungseingabe gemessenen Ladungsmengen oder Spannungen nach einer allmählichen Krümmung des Hintergrunds in Abhängigkeit von der Position innerhalb des Berührungssensors gesucht wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Offset aufgrund einer Verformung des Berührungsbedienfeldes 20 ermittelt werden, indem eine Funktion entsprechend einer Kurve oder einer zweidimensionalen (2D-) Oberfläche an die Ausgangssignale vom Berührungssensor angepasst wird. Beispielhaft und nicht einschränkend kann mindestens teilweise auf der Grundlage einer örtlichen Spannungsdifferenz zwischen den kapazitiven Knoten, die einem oder mehreren kapazitiven Knoten des Berührungsssensors benachbart sind, eine Krümmung des Berührungsbedienfeldes 20 angenommen werden. Beispielsweise können kapazitive Knoten mit einer Ausgangsspannungsschwankung mit einem relativ kleinen Gradienten von den benachbarten kapazitiven Knoten teilweise auf ein Biegen des Berührungsbedienfeldes 20 zurückgeführt werden. Als weiteres Beispiel können kapazitive Knoten mit einer Ausgangsspannungsschwankung mit einem relativ kleinen Gradienten von den benachbarten kapazitiven Knoten teilweise auf eine Berührungseingabe zurückgeführt werden, die von den Elektroden 10 des Berührungssensors erkannt werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann die gemessene Ladungsmenge oder die gemessene Spannung jedes kapazitiven Knotens dazu dienen, ein Offset zu ermitteln, der sich aus der Gesamtverformung des Berührungsbedienfeldes 20 ergibt. Beispielhaft und nicht einschränkend kann eine Kurve oder 2D-Oberfläche an die Ausgangssignale vom gesamten Berührungssensor angepasst werden und das auf die Signale des Berührungssensors angewandte Offset kann aus der Kurve oder 2D-Oberfläche ermittelt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Offset, das sich aus der Verformung des Berührungsbedienfeldes 20 ergibt, mindestens teilweise auf der Grundlage der Spitzenabweichung oder Differenz in den Ausgangssignalen des Berührungssensors ermittelt werden. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das Offset mindestens teilweise auf der Grundlage der Filterung von Daten bestimmt werden, indem ein vorbestimmter Schwellenwert der Ausgangssignale verwendet wird. Ferner kann angenommen werden, dass Signale unterhalb der vorbestimmten Schwelle ein Ergebnis der Verformung des Berührungsbedienfeldes 20 und kein Ergebnis einer Berührungseingabe sind.
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Als weiteres Beispiel kann das Ermitteln des Offsets mindestens teilweise auf der Grundlage von gemessenen Ladungsmengen oder gemessenen Spannungen der kapazitiven Knoten mit Werten unterhalb des vorbestimmten Schwellenniveaus oder von gemessenen Signalen von kapazitiven Knoten, die einer relativen Differenz zu gemessenen Signalen von benachbarten kapazitiven Knoten unterhalb eines vorbestimmten Schwellenniveaus entsprechen, erfolgen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Durchschnitt der gemessenen Differenzen, die geringer (als Absolutwert) als der vorbestimmte Schwellenwert sind, gebildet werden, um das Offset zu bestimmen, wobei der berechnete Wert gegebenenfalls einen mittleren Vorformungsgradienten in einer bestimmten Reihe oder Spalte darstellen kann. Wie oben beschrieben, können die Differenzen des gemessenen Signals zwischen benachbarten Knoten mit folgender Gleichung berechnet werden.
dj = err(j) – err(j – 1), j = 1 : N (1) wobei j der Index des aktuellen kapazitiven Knotens, d
j die Differenz zwischen zwei benachbarten kapazitiven Knoten in einer bestimmten Reihe bzw. Spalte, err das gemessene Signal, das einem bestimmten kapazitiven Knoten entspricht, und N die Anzahl der kapazitiven Knoten in der bestimmten Reihe oder Spalte ist. Ein durchschnittlicher Biege- oder Verformungsgradient kann näherungsweise durch die folgende Gleichung ermittelt werden:
wobei Biegegradient der durchschnittliche Biegegradient bzw. das Offset ist und als Durchschnitt der Gradienten berechnet werden kann, die (als Absolutwert) geringer sind als der vorbestimmte Schwellenwert. Zwar wird in dieser Offenlegung eine bestimmte Kompensationsmethodik zum Kompensieren einer bestimmten Verformung eines Berührungssensorstapels veranschaulicht und beschrieben, jedoch wird in dieser Offenlegung jede beliebige geeignete Kompensationsmethodik zum Kompensieren jeder beliebigen Verformung eines Berührungssensorstapels betrachtet, z. B. Verdrehen oder Falten des Berührungssensorstapels.
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3 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung einer Verformungskompensation. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Offset, wie oben beschrieben, dazu genutzt werden, um die Verformung des Berührungsbedienfeldes zur Erkennung einer Berührungseingabe zu kompensieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Kompensation der Vorformung von Berührungsbedienfeldern im Wesentlichen die gemessenen Signale vom Berührungssensor in eine berührungsbezogene Komponente 40 und eine verformungsbezogene Komponente 38 trennen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das Offset, das wie oben beschrieben bestimmt wird, vor der Verarbeitung der Berührungseingabe auf die Ausgangssignale vom Berührungssensor angewandt werden. Als weiteres Beispiel kann das Offset an eine Logik übermittelt werden, die gegebenenfalls zum Verarbeiten der Signale vom Berührungssensor konfiguriert ist.
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Wie oben beschrieben, kann das Offset, das sich aus der Verformung des Berührungsbedienfeldes ergibt (z. B. wie näherungsweise durch Gleichung (2) ermittelt), auf die Ausgangssignale von den kapazitiven Knoten des Berührungssensors angewandt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Offset, das sich aus der Verformung des Berührungsbedienfeldes ergibt, durch eine Faltungsoperation über ein 2D-Filter auf die Ausgangssignale angewandt werden. Beispielhaft und nicht einschränkend kann ein Kernel für einen Berührungssensor mit einem M × N-Array der kapazitiven Knoten 32A–C als eine Matrix mit 2D-Koeffizienten dargestellt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Offset, das sich aus der Verformung des Berührungsbedienfeldes ergibt, von den Ausgangssignalen 30 des Berührungssensors subtrahiert werden. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Subtraktion als ein Filtern der Ausgangssignale 30 des Berührungssensors implementiert werden, indem die Filterkoeffizienten oder der Kernel verwendet werden, die mindestens teilweise auf der Grundlage des Offsets ermittelt wurden. Signale von einer Berührungseingabe können eine andere räumliche Frequenz aufweisen als Signale, die sich aus einer Verformung des Berührungsbedienfeldes ergeben. Bei bestimmten Ausführungsformen können die kapazitiven Knoten 32A–C des Berührungssensors in einem Array entlang orthogonaler Achsen angeordnet sein. Beispielhaft und nicht einschränkend können die Filterkoeffizienten eine Richtungsabhängigkeit aufweisen, die mindestens teilweise auf einem unterschiedlichen Richtungsradius der Verformung des Berührungsbedienfeldes beruht, und die Filterkoeffizenten können getrennt auf die Ausgangssignale 30 entlang jeder Dimension des Berührungssensors angewandt werden (z. B. entlang einer X- und Y-Achse).
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m Beispiel von 3 ist eine beispielhafte Darstellung einer 2D-Matrix von Daten 30 aus den gemessenen Signalen des Berührungssensors in Abhängigkeit von einer Position innerhalb des Berührungssensors veranschaulicht. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die 2D-Matrix der gemessenen Signale 30 Signale von einem oder mehreren kapazitiven Knoten mit einem im Wesentlichem kein Offset oder Gradienten anzeigenden Signal 32A, einem oder mehreren kapazitiven Knoten mit einem im Wesentlichen geringen Offset oder Gradienten anzeigenden Signal 32B, das mindestens teilweise auf eine Verformung eines Berührungsbedienfeldes zurückzuführen ist, einem oder mehreren kapazitiven Knoten mit einem im Wesentlichen großen Offset oder Gradienten anzeigenden Signal 32C, das mindestens teilweise auf eine Berührungseingabe zurückzuführen ist, oder jede beliebige Kombination davon beinhalten. Bei bestimmten Ausführungsformen können die gemessenen Signale 30 vor der Anwendung auf das Offset skaliert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine Bandbreite der gemessenen Signale 30 verringert werden und die gemessenen Signale können vor Anwendung des Offsets heruntergetaktet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die gemessenen Signale der kapazitiven Knoten 32A–C entlang einer oder mehrerer Kanten wegen der ungleichmäßigen Verteilung des Rauschens von der Anzeige des Berührungssensorstapels korrigiert werden.
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Wie oben beschrieben, kann der Kernel, der dem Offset der Verformung des Berührungsbedienfelds entspricht, reihenweise auf die 2D-Matrix der gemessenen Signale 30 des Berührungssensors angewandt werden, wie in 34 veranschaulicht. Ferner kann der Kernel spaltenweise auf die 2D-Matrix der Daten 30 des Berührungssensors angewandt werden, wie in 36 veranschaulicht. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Kompensationsalgorithmus die verformungsbezogene Komponente 38 verwenden, die in der vorherigen Reihe bzw. Spalte berechnet wurde, um die Berechnung der Biegung in der aktuellen Reihe oder Spalte zu verbessern. Wie im Beispiel aus 3 veranschaulicht, kann die Verarbeitung der Ausgangssignale 34 und 36 eine Richtungskomponente aufweisen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann eine reihenweise Verarbeitung 34 die Wirkung einer Berührungseingabe 32C einschließen, die bei einer spaltenweisen Verarbeitung 36 möglicherweise nicht vorhanden ist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die getrennte Verarbeitung der Ausgangssignale 34 und 36 kombiniert werden, um die verformungsbezogene Komponente 38 zu ermitteln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die verarbeitete Matrix 38 dazu dienen, den zu einer Berührung gehörigen Betrag einer Kraft oder den zu einem LCD-Rauschen gehörigen Betrag einer Stärke zu ermitteln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein mathematisches Subtrahieren der verarbeiteten Matrix 38 von der 2D-Matrix der gemessenen Signale 30 die berührungsbezogene Komponente 40 für die Verarbeitung der Berührungserkennung ergeben.
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4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren für die Kompensation der Verformung von Berührungsbedienfeldern. Das Verfahren kann in Schritt 100 beginnen, in dem ein oder mehrere Signale von einem Berührungssensor einer Einrichtung empfangen werden, die Berührungs- oder Annäherungseingaben innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors empfangen werden. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst der Berührungssensor einen oder mehrere kapazitive Knoten. In Schritt 102 wird ein Offset auf ein oder mehrere Signale angewandt, wobei das Offset einer Schwankung eines Abstandes zwischen einem Berührungsbedienfeld und einer Masseebene der Einrichtung entspricht. In Schritt 104 wird mindestens teilweise auf der Grundlage der Signale und des angewandten Offsets ermittelt, ob eine Berührungseingabe in den Berührungssensor erfolgt ist, an welcher Stelle das Verfahren enden kann. Zwar werden in dieser Offenlegung bestimmte Schritte des Verfahrens von 4 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschrieben, jedoch werden in dieser Offenlegung beliebige geeignete Schritte des Verfahrens aus 4 betrachtet, die in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge erfolgen. Ferner werden in dieser Offenlegung zwar bestimmte Komponenten beschrieben und veranschaulicht, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 4 durchführen, jedoch wird in dieser Offenlegung jede beliebige geeignete Kombination von beliebigen geeigneten Komponenten betrachtet, die beliebige geeignete Schritte des Verfahrens aus 4 durchführen.
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Hier kann ein computerlesbares nicht vorübergehendes Speichermedium bzw. Medien gegebenenfalls einen oder mehrere integrierte, auf Halbleitern aufgebaute oder andere Schaltkreise (ICs) (z. B. feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder anwendungsspezifische ICs (ASICs)), Festplattenlaufwerke (HDDs), hybride Festplattenlaufwerke (HHDs), optische Speicherplatten, Laufwerke für optische Speicherplatten (ODDs), magnetoptische Speicherplatten, Laufwerke für magnetoptische Speicherplatten, Disketten, Diskettenlaufwerke (FDDs), Magnetbänder, Halbleiterlaufwerke (SSDs), RAM-Laufwerke, sichere digitale Karten oder Laufwerke, jedes beliebige andere geeignete computerlesbare nicht vorübergehende Speichermedium oder jede beliebige geeignete Kombination von zweien oder mehreren davon beinhalten. Ein nicht vorübergehendes Speichermedium kann gegebenenfalls flüchtig, nicht flüchtig oder eine Kombination aus flüchtig und nicht flüchtigem Speichermedium sein.
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Hier ist „oder” einschließlich und nicht ausschließlich zu verstehen, sofern es nicht ausdrücklich oder durch den Kontext anders angegeben ist. Deshalb bedeutet „A oder B” hier „A, B oder beide”, sofern es nicht ausdrücklich oder durch den Kontext anders angegeben ist. Ferner bedeutet „und” sowohl gemeinsam und mehrere, sofern es nicht ausdrücklich oder durch den Kontext anders angegeben ist. Deshalb bedeutet „A und B” hier „A und B, gemeinsam oder mehrere”, sofern es nicht ausdrücklich oder durch den Kontext anders angegeben ist.
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Diese Offenlegung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Veränderungen und Modifikationen an den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen, die ein Fachmann verstehen würde. Gleicherweise umfassen die angehängten Ansprüche gegebenenfalls alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Veränderungen und Modifikationen an den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen, die ein Fachmann verstehen würde. Darüber hinaus umfasst die Bezugnahme in den angehängten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das angepasst, eingerichtet, fähig, konfiguriert, in die Lage versetzt, betriebsfähig oder betriebsbereit ist, um eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente, ob diese(s) oder diese bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entriegelt ist oder nicht, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente so angepasst, eingerichtet, fähig, konfiguriert, in die Lage versetzt, betriebsfähig oder betriebsbereit ist.
