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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Berührungssensoren.
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Hintergrund
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Ein Berührungssensor kann die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder die Annäherung eines Objekts (wie z. B. den Finger eines Benutzers oder einen Stift) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors detektieren, der z. B einem Anzeigebildschirm überlagert ist. In einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung kann es der Berührungssensor einem Nutzer ermöglichen, direkt mit dem auf dem Bildschirm dargestellten zu interagieren, und nicht nur indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Berührungssensor kann befestigt sein auf, oder Bestandteil sein von, einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Kiosk-Computer, einem Kassengerät, oder anderen geeigneten Geräten. Ein Steuerpanel auf einem Haushaltsgerät oder einer anderen Einrichtung kann ebenfalls einen Berührungssensor beinhalten.
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Es gibt eine Anzahl verschiedener Arten von Berührungssensoren, wie z. B. resistive Berührungsbildschirme, Berührungsbildschirme mit akustischen Oberflächenwellen und kapazitive Berührungsbildschirme. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier ggf. einen Berührungsbildschirm mit umfassen, und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche des kapazitiven Berührungsbildschirms berührt oder in dessen Nähe kommt, so kann eine Kapazitätsänderung innerhalb des Berührungsbildschirms am Ort der Berührung oder der Annäherung auftreten. Eine Berührungssensorsteuereinheit kann die Kapazitätsänderung verarbeiten, um ihre Position auf dem Berührungsbildschirm zu bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 illustriert einen beispielhaften Berührungssensor mit einer beispielhaften Sensor-Steuereinheit.
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2A–2B zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt eines beispielhaften Berührungssensors mit beispielhaften Elektroden und einer beispielhaften Elektrodenkonfigurationssequenz.
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3 zeigt einen Abschnitt des Berührungssensors aus 2B mit einer beispielhaften Elektrodenkonfiguration und beispielhaften elektrischen Feldlinien.
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4 zeigt einen anderen beispielhaften Berührungssensor mit anderen beispielhaften Elektroden.
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5 zeigt ein Beispielverfahren zur Positionsdetektion eines Objekts in der Nähe eines Sensors.
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Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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1 illustriert einen beispielhaften Sensor 10 mit einer beispielhaften Sensorsteuereinheit 12. In dem Beispiel der 1 ist der Sensor 10 ein Berührungssensor und die Sensorsteuereinheit 12 ist eine Berührungssensorsteuereinheit. Der Sensor 10 und die Sensorsteuereinheit 12 können die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Sensors 10 detektieren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier ggf. sowohl den Berührungssensor als auch seine Berührungssensorsteuereinheit umfassen. In ähnlicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Berührungssensorsteuereinheit ggf. sowohl die Berührungssensorsteuereinheit als auch ihren Berührungssensor umfassen. Der Sensor 10 kann ggf. einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche beinhalten. Der Sensor 10 kann ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden (oder ein Feld von Elektroden von nur einem Typ) beinhalten, die auf einem oder auf mehreren Substraten angebracht sind, die aus einem dielektrischen Material bestehen können. Ein Bezug auf einen Berührungssensor kann hier ggf. sowohl die Elektroden auf dem Berührungssensor als auch das Substrat oder die Substrate umfassen, auf denen die Elektroden angebracht sind. Umgekehrt kann eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor ggf. die Elektroden des Berührungssensors, nicht aber die Substrate, auf denen sie angebracht sind, umfassen.
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Eine Elektrode (entweder eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode, eine Ansteuerelektrode, oder eine Ausleseelektrode) kann ein Bereich aus leitfähigem Material sein, der eine bestimmte Form hat, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, oder eine andere geeignete Form oder deren Kombinationen. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder in mehreren Schichten aus einem leitfähigen Material können (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode bilden und die Fläche der Form kann (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) bestehen und das ITO der Elektrode kann ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken (manchmal als 100%-ige Füllung bezeichnet). In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode deutlich weniger als 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material (FLM) bestehen, wie z. B. Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material, und die feinen Leitungen aus leitfähigem Material können ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzartigen oder einem anderen geeigneten Muster bedecken. Eine Bezugnahme auf FLM kann hier ggf. derartige Materialien umfassen. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden bestehend aus bestimmten leitfähigen Materialien in bestimmten Formen mit bestimmten Füllungen in bestimmten Mustern beschreibt oder illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden aus jedem geeigneten leitfähigen Material in jeder geeigneten Form mit jedem geeigneten Füllprozentsatz in jedem geeigneten Muster.
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Gegebenenfalls können die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Berührungssensors im Ganzen oder zum Teil ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors bilden. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie z. B. das leitfähige Material, die Füllung, oder die Muster innerhalb der Formen) können im Ganzen oder zum Teil ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors bilden. Ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors können eine oder mehrerer Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen und ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors können eine oder mehrere optische Eigenschaften des Berührungssensors, wie z. B. die Durchsichtigkeit, die Brechung oder die Reflektion bestimmen.
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Ein mechanischer Stapel kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Sensors 10 bildet, enthalten. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der mechanische Stapel eine erste Schicht aus einem optisch klaren Klebstoff (OCA) unterhalb eines Abdeckpanels beinhalten. Das Abdeckpanel kann durchsichtig sein und aus einem widerstandsfähigen Material bestehen, das für eine wiederholte Berührung beeignet ist, wie z. B. Glas, Polycarbonat, oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Abdeckpanele besehend aus jedem geeigneten Material. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Abdeckpanel und dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektrode bildet, angeordnet sein. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht (die aus PET oder einem anderen geeigneten Material besteht, ähnlich zu dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden bildet) beinhalten. Alternativ kann gegebenenfalls eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht angebracht werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt angrenzend an eine Anzeige eines Geräts, das den Sensor 10 und die Sensorsteuereinheit 12 enthält, angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Abdeckpanel eine Dicke von ungefähr 1 mm haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektrode bildet, kann eine Dicke von 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben, und die dielelektrische Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Obwohl die vorliegende Offenbarung einen konkreten mechanischen Stapel mit einer konkreten Zahl von konkreten Schichten bestehend aus bestimmten Materialien mit einer bestimmten Dicke beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten mechanischen Stapel mit jeder geeigneten Zahl von geeigneten Schichten von jedem geeigneten Material mit jeder geeigneten Dicke. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine Schicht aus Klebstoff oder einem Dielektrikum, die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den obenstehend beschriebenen Luftspalt ersetzen, so dass kein Luftspalt zur Anzeige hin besteht.
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Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Sensors 10 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Substrate, bei denen irgendein geeigneter Abschnitt aus irgendeinem geeigneten Material besteht. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden in dem Sensor 10 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Sensors 10 aus dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Kupfer oder aus einem kupferhaltigen Material bestehen und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Silber oder einem silberhaltigen Material besehen und gleichermaßen eine Dicke von 5 μm oder weniger und eine Breite von 10 μm oder weniger haben. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Elektroden bestehend aus jedem geeigneten Material.
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Der Sensor 10 kann eine kapazitive Form der Berührungserfassung implementieren. In einer Gegenkapazitätserfassung kann der Sensor 10 ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden beinhalten, die ein Feld von kapazitiven Knoten bilden. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten bilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, die den kapazitiven Knoten bilden, können einander nahekommen, machen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander. Stattdessen sind die Ansteuer- und Ausleselektroden kapazitiv miteinander über einen Abstand zwischen ihnen gekoppelt. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die an die Ansteuerelektroden (durch die Sensorsteuereinheit 12) angelegt wird, kann eine Ladung auf den Ausleseelektroden induzieren und die induzierte Ladungsmenge kann von externen Einflüssen (wie z. B. einer Berührung oder der Annäherung eines Objekts) abhängen. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung an den kapazitiven Knoten auftreten und die Sensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen. Durch Messung der Kapazitätsänderung über das Feld hinweg, kann die Sensorsteuereinheit 12 den Ort der Berührung oder der Annäherung innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 bestimmen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 10 die Position eines Objekts (wie zum Beispiel einen Stift oder einen Finger oder die Hand eines Benutzers) ermitteln, das einen physikalischen Kontakt mit einem berührungsempfindlichen Bereich des Sensors 10 eingeht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Sensor 10 in bestimmten Ausführungsformen die Position eines Objekts bestimmen, das in die Nähe des Sensors 10 kommt, ohne ihn notwendigerweise zu berühren. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Objekt in die Nähe des Sensors 10 kommen, wenn es sich in einem bestimmten Abstand von einer Oberfläche des Sensors 10 befindet, wenn es an einer bestimmten Stelle über einer Oberfläche des Sensors 10 schwebt, wenn es eine Bewegung oberhalb einer Oberfläche des Sensors 10 macht (wie zum Beispiel eine Wischbewegung oder eine Luftgeste), oder bei jeder Kombination derselben. In bestimmten Ausführungsformen kann das Ermitteln der Position eines Objekts, das in die Nähe des Sensor 10 kommt, ohne einen physikalischen Kontakt einzugehen, als Ermittlung der Annäherung eines Objekts bezeichnet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Ermittlung der Annäherung eines Objekts die Ermittlung der Position einer Projektion des Objekts auf den Sensor 10 umfassen, wenn das Objekt sich in einem gewissen Abstand oberhalb einer Ebene des Sensors 10 befindet. Die Projektion eines Objekts auf den Sensor 10 kann längs einer Achse erfolgen, die im Wesentlichen senkrecht ist auf einer Ebene des Sensors 10. In bestimmten Ausführungsformen kann die Position der Projektion eines Objekts auf den Sensor 10 als die Position oder der Ort eines Objekts bezeichnet werden. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann der Sensor 10 die Position eines Objekts bestimmen, wenn sich das Objekt oberhalb der Oberfläche des Sensors 10 befindet und sich innerhalb eines Abstands von ungefähr 20 mm von der Oberfläche des Sensors 10 befindet. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Sensoren 10 beschreibt oder illustriert, die eine Position eines physikalischen Kontakts eines Objekts, eine Annäherung eines Objekts, oder eine Kombination derselben ermitteln, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Sensoren 10, die dazu eingerichtet sind, eine Position eines physikalischen Kontakts eines Objekts, eine Annäherung eines Objekts oder eine geeigneten Kombination von einem oder mehreren derselben zu ermitteln.
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In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann der Sensor 10 ein Feld von Elektroden einer einzigen Art beinhalten, die einen kapazitiven Knoten bilden. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Änderung der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Sensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen, z. B. als Änderung der Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung kann durch eine Messung der Kapazitätsänderung über das Feld hinweg die Position der Berührung oder der Annäherung innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 durch die Sensorsteuereinheit 12 bestimmt werden. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Formen der kapazitiven Berührungserfassung.
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In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere Ansteuerelektroden zusammen eine Ansteuerleitung bilden, die horizontal oder vertikal oder in jeder anderen geeigneten Richtung verläuft. In ähnlicher Weise können eine oder mehrere Ausleseelektroden zusammen eine Ausleseleitung bilden, die horizontal oder vertikal oder in jeder anderen geeigneten Richtung verläuft. Zusätzlich können eine oder mehrere Masseelektroden zusammen eine Masseleitung bilden, die horizontal oder vertikal oder in jeder anderen geeigneten Richtung verläuft. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuerleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Ausleseleitungen verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuerleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Ausleseleitungen verlaufen. Eine Bezugnahme auf eine Ansteuerleitung kann gegebenenfalls eine oder mehrere Ansteuerelektroden mit umfassen, die die Ansteuerleitung bilden, und umgekehrt. In ähnlicher Weise kann hier eine Bezugnahme auf eine Ausleseleitung gegebenenfalls eine oder mehrere Ausleselektroden mit umfassen, die die Ausleseleitung bilden, und umgekehrt. Zusätzlich kann hier eine Bezugnahme auf eine Masseleitung gegebenenfalls eine oder mehrere Masseelektroden mit umfassen, die die Masseleitung bilden, und umgekehrt. In bestimmten Ausführungsformen kann eine beliebige Elektrode ggf. als Ansteuer-, Auslese-, oder Masseelektrode konfiguriert werden und die Konfiguration der Elektroden kann während des Betriebs des Sensors 10 geändert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Konfiguration der Elektroden durch die Steuereinheit 12 gesteuert werden.
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Der Sensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration kann ein Paar aus einer Ansteuer- und einer Ausleseelektrode, die miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen kapazitiv gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten bilden. Bei einer Eigenkapazitätsimplementierung können Elektroden von nur einer Art in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ zu den Ansteuer- oder Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind, kann der Sensor 10 Ansteuerelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind, haben. Darüber hinaus kann der Sensor 10 Ansteuerelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines anderen Substrats angeordnet sind. In derartigen Konfigurationen kann eine Kreuzungsstelle einer Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode einen kapazitiven Knoten bilden. Derartige Kreuzungsstellen können Orte sein, an denen die Ansteuerungs- und Ausleseelektroden einander „kreuzen” oder einander in der jeweiligen Ebene am nächsten kommen. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden machen keinen elektrischen Kontakt miteinander, sondern sind über ein Dielektrikum an der Kreuzungsstelle kapazitiv miteinander gekoppelt. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Konfiguration konkreter Elektroden beschreibt, die konkrete Knoten ausbilden, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Konfigurationen aller geeigneten Elektroden, die irgendwelche geeigneten Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, die auf jeder geeigneten Seite von geeigneten Substraten in jedem geeigneten Muster angeordnet sind.
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Wie obenstehend beschrieben, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Sensors 10 eine Berührungs- und Annäherungseingabe an dem Ort des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Sensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung erfassen und verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort der Berührungs- oder Annäherungseingabe zu bestimmen. Die Sensorsteuereinheit 12 kann dann Informationen über die Berührungs- oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere Komponenten (wie z. B. eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts, das den Sensor 10 und die Sensorsteuereinheit 12 enthält, übertragen, das wiederum auf die Berührungs- oder Annäherungseingabe durch Initiierung einer damit verbundenen Funktion des Geräts (oder einer auf dem Gerät laufenden Anwendung) antwortet. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Berührungssensorsteuereinheit mit bestimmter Funktionalität in Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit jeder geeigneten Funktionalität bezüglich jedes geeigneten Geräts und jedes geeigneten Berührungssensors.
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Die Sensorsteuereinheit 12 kann aus einer oder aus mehreren integrierten Schaltungen (ICs) bestehen, wie z. B. aus Universalmikroprozessoren, Mikrocontrollern, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, anwendungsspezifischen ICs (ASICs). In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Sensorsteuereinheit 12 analoge Schaltungen, digitale Logiken und digitale nichtflüchtige Speicher. In bestimmten Ausführungsformen ist die Sensorsteuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte (FPC) angeordnet, die mit dem Substrat des Sensors 10, wie untenstehend beschrieben wird, verbunden ist. Die FPC kann ggf. aktiv oder passiv sein. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Berührungssensorsteuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet sein. Die Sensorsteuereinheit 12 kann eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit beinhalten. Die Ansteuereinheit kann Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden des Sensors 10 liefern. Die Ausleseeinheit kann Ladungen an den kapazitiven Knoten des Sensors 10 erfassen und Messsignale an die Verarbeitungseinheit liefern, die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann das Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit steuern und Messsignale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 verfolgen. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit, und gegebenenfalls andere geeignete Programme. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Berührungssensorsteuereinheit mit einer konkreten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit jeder geeigneten Implementierung mit irgendwelchen geeigneten Komponenten.
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Die auf dem Substrat des Sensors 10 angeordneten Leiterbahnen 14 aus leitfähigem Material könnend die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Sensors 10 mit Anschlussflächen 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Sensors 10 angeordnet sind. Wie untenstehend beschrieben wird, ermöglichen die Anschlussflächen 16 die Verbindung der Leiterbahnen 14 mit der Sensorsteuereinheit 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in oder um (z. B. an den Kanten) die berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 erstrecken. Bestimmte Leiterbahnen 14 können Ansteuerverbindungen zur Verbindung der Sensorsteuereinheit 12 mit den Ansteuerelektroden des Sensors zur Verfügung stellen, über die die Ansteuereinheit der Sensorsteuereinheit 12 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden anlegen kann. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen für die Kopplung der Berührungssteuersensoreinheit 12 mit den Ausleseelektroden des Sensors 10 zur Verfügung stellen, über die die Ausleseeinheit der Sensorsteuereinheit 12 Ladungen an den kapazitiven Knoten des Sensors 10 erfassen kann. Die Leiterbahnen 14 können aus dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material gebildet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Silber oder silberhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In bestimmten Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen, zusätzlich oder als Alternative zu den dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material. Obwohl die vorliegende Offenbarung konkrete Leiterbahnen aus einem bestimmten Material mit einer bestimmten Breite beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen bestehend aus jedem geeigneten Material jeder geeigneten Breite. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann der Sensor 10 ein oder mehrere Masseleitungen beinhalten, die an einem Masseverbinder (der eine Anschlussfläche 16 sein kann) an einer Kante des Substrats des Sensors 10 (ähnlich zu den Leiterbahnen 14) enden.
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Die Anschlussflächen 16 können entlang eines oder mehrerer Ränder des Substrats außerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Sensors 10 angeordnet sein. Wie obenstehend beschrieben, kann die Sensorsteuereinheit 12 auf einer FPC angeordnet sein. Die Anschlussflächen 16 können aus dem gleichen Material bestehen, wie die Leiterbahnen 14 und können auf der FPC unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Films (ACF) befestigt sein. Die Verbindung 18 kann leitfähige Leitungen auf der FPC beinhalten, die die Sensorsteuereinheit 12 mit den Anschlussflächen 16 verbinden, die wiederum die Sensorsteuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Sensors 10 verbinden. In einer anderen Ausführungsform können die Anschlussflächen 16 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie z. B. einem einsetzkraftfreien Leiterplattenverbinder) verbunden sein; in dieser Ausführungsform muss die Verbindung 18 keine FPC beinhalten. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Verbinder 18 zwischen der Sensorsteuereinheit 12 und dem Sensor 10.
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2A illustriert eine Draufsicht eines beispielhaften Sensors 10 mit beispielhaften Elektroden 20, die mit beispielhaften Leiterbahnen 14 aus leitfähigem Material gekoppelt sind. In dem Beispiel der 2A sind die Elektroden 20 im Wesentlichen rechteckig, und jede Elektrode 20 kann einen Abschnitt haben, der sich zu einer Leiterbahn 14 hin erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Elektrode 20 ein Bereich aus leitfähigem Material sein, das eine bestimmte Form hat, wie zum Beispiel eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, eine Raute, eine Schneeflocke, eine andere geeignete Form oder geeignete Kombinationen derselben. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden 20 Abschnitte haben, die miteinander verzahnt sind. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Elektrode 20 aus zwei oder mehreren getrennten Bereichen aus leitfähigem Material gebildet sein, die elektrisch miteinander gekoppelt sind. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektroden 20 mit bestimmten Formen beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden 20, die eine geeignete Form haben oder aus geeigneten Formen aus leitfähigem Material gebildet werden.
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In dem Beispiel der 2A haben die Elektroden 20 eine längliche Form und ihre längere Achse kann längs einer bestimmten Achse ausgerichtet sein, wie zum Beispiel einer vertikalen oder einer horizontalen Achse des Sensors 10. Darüber hinaus können die Elektroden 20 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere Elektroden 20 zusammen eine Leitung bilden, die horizontal, vertikal oder in einer anderen geeigneten Richtungen verläuft, und die eine oder die mehreren Elektroden 20 können eine Ansteuerleitung, eine Ausleseleitung oder eine Masseleitung bilden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektroden 20 mit bestimmten Orientierungen relativ zu bestimmten Achsen oder mit bestimmten Anordnungen relativ zueinander beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden 20, die eine geeigneten Orientierung oder Anordnung haben. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Sensoren 10 mit einer bestimmten Anzahl von Elektroden 20 in bestimmten Anordnungen beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Sensoren 10 mit jeder geeigneten Anzahl von Elektroden 20 in jeder geeigneten Anordnung.
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2B zeigt einen Querschnitt der Beispielelektroden 20 aus 2A und eine Tabelle, die eine beispielhafte Konfigurationssequenz für die Elektroden 20 auflistet. In bestimmten Ausführungsformen kann jede Elektrode 20 als Ansteuerelektrode, Ausleseelektrode oder Masseelektrode konfiguriert sein. Eine Ansteuerelektrode (oder Ansteuerleitung) kann eine oder mehrere Elektroden 20 enthalten, die als Ansteuerelektroden konfiguriert sind. Eine Ausleseelektrode (oder Ausleseleitung) kann eine oder mehrere Elektroden 20 enthalten, die als Ausleseelektroden konfiguriert sind. Eine Masseelektrode (oder Masseleitung) kann eine oder mehrere Elektroden 20 enthalten, die als Masseelektroden konfiguriert sind, wie zum Beispiel durch Kopplung mit einer elektrischen Masse. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden 20 durch die Steuereinheit 12 konfiguriert werden und eine bestimmten Elektrodenkonfiguration kann eine Spezifikation für jede Elektrode 20 als Ansteuerelektrode, als Ausleseelektrode oder als Masseelektrode enthalten. Eine Elektrodenkonfigurationssequenz kann eine Liste enthalten, die eine oder mehrere derartige Elektrodenkonfigurationen angibt. Die Elektrodenkonfigurationssequenz kann eine Reihe von einer oder mehreren Elektrodenkonfigurationen repräsentieren, und die Elektroden 20 können der Reihe nach durch alle Konfigurationen der Elektrodenkonfigurationssequenz geführt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann jede Elektrode 20 als Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektrode konfiguriert werden, und so wie die Elektroden durch die Elektrodenkonfigurationssequenz geführt werden, kann jede Elektrode während des Betriebs des Sensors 10 in ihrer Konfiguration geändert werden. In dem Beispiel der 2B wird die Elektrode 20A bei Durchgang durch die Konfigurationssequenz durch jede der Konfigurationen von Konfiguration 1 bis Konfiguration 5 jeweils als Ansteuerelektrode, als Ansteuerelektrode, als Masseelektrode, als Ausleseelektrode und als Masseelektrode konfiguriert.
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In der in 2A dargestellten beispielhaften Konfiguration 1 können die Elektroden 20A, 20E, 20F und 20J als Ansteuerelektroden konfiguriert sein, die Elektroden 20C und 20H können als Ausleseelektroden konfiguriert sein, und die Elektroden 20B, 20D, 20G und 20I können als Masseelektroden konfiguriert sein. Bei einer bestimmten Konfiguration können die Elektroden 20 einen Gegenkapazitätsberührungssensor bilden, der einen oder mehrere kapazitive Knoten hat. Wie oben stehend beschrieben wurde, können in bestimmten Ausführungsformen eine Ansteuer- und eine Ausleseelektrode kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Gruppe von einer oder von mehreren angrenzenden Ansteuerelektroden und eine Gruppe von einer oder von mehreren angrenzenden Ausleseelektroden durch eine oder durch mehrere Masseelektroden getrennt sein, die sich zwischen den beiden Gruppen von Ansteuer- und Ausleseelektroden befinden. In einem nichteinschränkenden Beispiel sind in Konfiguration 1 die Ansteuerelektrode 20A und die Ausleseelektrode 20C durch die Masseelektrode 20B getrennt. In einem nichteinschränkenden Beispiel sind in der Konfiguration 1 die angrenzenden Ansteuerelektroden 20E und 20F und die Ausleseelektrode 20H durch die Masseelektrode 20G getrennt.
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In der beispielhaften Konfiguration 1 aus 2B kann die Steuereinheit 12 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden 20A, 20E, 20F und 20J übertragen und Auslesesignale von den Ausleseelektroden 20C und 20H empfangen, um einen Ort eines Objekts zu bestimmen, oder um zu bestimmen, ob ein Objekt in die Nähe des Sensors 10 gekommen ist. Die Steuereinheit 12 kann dann die Elektroden 20 gemäß der Konfiguration 2 aus 2B rekonfigurieren. Mit der Konfiguration 2 kann die Steuereinheit 12 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden 20A, 20B, 20F und 20G übertragen und Auslesesignale von den Ausleseelektroden 20G und 20I empfangen. In ähnlicher Weise kann die Steuereinheit 12 zur Konfiguration 3, Konfiguration 4 und Konfiguration 5 übergehen, und dabei ähnliche Messungen bei jeder Konfiguration vornehmen, welche die Übertragung und den Empfang von Ansteuer- bzw. Auslesesignalen beinhaltet. Nach der Konfiguration 5 können die Elektroden 20 zur Konfiguration 1 zurückkehren und die Sequenz des Abtastens der Elektrodenkonfiguration über den Sensor 10 kann wiederholt werden. Wie oben stehend beschrieben wurde, können die Elektroden 20 in bestimmten Ausführungsformen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein, und längs einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sein, wie zum Beispiel einer vertikalen oder einer horizontalen Achse. In einer derartigen Anordnung kann eine Ansteuer- und Auslesemessung (d. h. die Übertragung von Ansteuersignalen an Ansteuerelektroden und der Empfang von Auslesesignalen von den Ausleseelektroden) eine Stelle oder eine Annäherung eines Objekts längs einer Achse ermitteln, die sich in einer Ebene der Elektroden 20 befindet und im Wesentlichen oder ungefähr senkrecht ist zu einer Achse, längs der die Elektroden 20 ausgerichtet sind. In dem Beispiel der 2A können die Elektroden im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein und längs einer vertikalen Achse ausgerichtet sein. Mit dieser Anordnung kann eine Ansteuer- und Auslesemessung eine Stelle oder eine Annäherung eines Objekts längs einer horizontalen Achse ermitteln. Durch die Durchführung einer Ansteuer- und Auslesemessung mit den Elektroden 20 in einer bestimmten Konfiguration kann die Auflösung, mit der die Position oder Annäherung eines Objekts ermittelt werden kann, von der Größenordnung der Breite der Zahl der Elektroden 20 innerhalb eines sich wiederholenden Musters der Elektroden 20 sein. In dem Beispiel der 2B gibt es fünf Elektroden 20 innerhalb des sich wiederholenden Musters der Elektroden 20 (d. h. Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse, Ansteuerung), und bei einer bestimmten Elektrodenkonfiguration kann die Auflösung, mit der eine Position oder Annäherung eines Objekts ermittelt werden kann, von der Größenordnung von ungefähr einer Breite von fünf Elektroden 20 sein. Beim Durchgang durch eine Sequenz von Elektrodenkonfigurationen, die das Abtasten des Elektrodenkonfigurationsmusters über den Sensor 10 und das Durchführen einer Ansteuer- und Auslesemessung bei jeder Konfiguration enthalten kann, wie dies oben stehend beschrieben wurde, kann die Auflösung, mit der eine Position oder Annäherung eines Objekts ermittelt werden kann, bis auf die Größenordnung von ungefähr einer Breiter von einer Elektrode 20 verbessert werden. In dem Beispiel der 2B kann eine Ansteuer- und Auslesemessung bei jeder der fünf in der Tabelle gezeigten Elektrodenkonfigurationen durchgeführt werden, woraufhin die Messsequenz zur Konfiguration 1 zurückkehren kann und die Sequenz der abgetasteten Messungen erneut wiederholt werden kann, um die horizontale Erstreckung des Berührungssensors 10 wiederholt abzutasten.
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Das Beispiel der 2A zeigt Elektroden 20, die längs einer vertikalen Achse ausgerichtet sind, und eine Ansteuer- und Auslesemessung kann eine Stelle eines Objekts ermitteln oder eine Annäherung des Objekts längs einer horizontalen Achse erfassen. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden 20 längs einer horizontalen Achse ausgerichtet sein, und eine Ansteuer- und Auslesemessung kann eine Stelle eines Objekts oder eine Annäherung eines Objekts längs einer vertikalen Achse bestimmen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 10 ein Feld von Elektroden enthalten, die längs einer vertikalen Achse ausgerichtet sind, um den Ort eines Objekts längs einer horizontalen Achse zu bestimmen, und ein weiteres Feld von Elektroden, die längs einer horizontalen Achse ausgerichtet sind, um den Ort eines Objekts längs einer vertikalen Achse zu ermitteln. In einer derartigen beispielhaften Ausführungsform kann der Ort eines Objekts oder die Annäherung eines Objekts in zwei Dimensionen längs einer horizontalen und einer vertikalen Achse erfasst werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 10 ein Feld von Elektroden enthalten, deren Form und Anordnung derart ist, dass die Elektroden 20 konfiguriert werden können, um den Ort eines Objekts längs einer vertikalen und einer horizontalen Achse zu bestimmen. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Fälle von Elektroden 20 mit bestimmten Formen, Anordnungen oder einer bestimmten Anzahl von Elektroden 20 zur Ermittlung eines Ortes eines Objekts längs einer oder mehrerer bestimmter Achsen beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden 20 mit jeder geeigneten Form, Anordnung oder Anzahl von Elektroden 20 zur Ermittlung eines Ortes eines Objekts längs einer oder mehrerer geeigneter Achsen.
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In dem Beispiel der 2B kann eine Konfiguration von Elektroden 20 mit der folgenden, längs der Ausstreckung des Sensors 10 sich wiederholenden Anordnung beschrieben werden: Ansteuerung, Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse. Die gleiche Konfiguration kann gleichermaßen mit der folgenden sich wiederholenden Anordnung beschrieben werden: Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse, Ansteuerung. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Konfiguration von Elektroden 20 drei angrenzende Ansteuerelektroden und zwei angrenzende Masseelektroden enthalten, wie dies in der folgenden Anordnung gezeigt ist: Ansteuerung, Ansteuerung, Ansteuerung, Masse, Masse, Auslesung, Masse, Masse. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Konfiguration von Elektroden 20 die folgende Anordnung enthalten: Ansteuerung, Ansteuerung, Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse. In bestimmten Ausführungsformen kann die Konfiguration der Elektroden 20 jede geeignete Anordnung enthalten, in der jede Gruppe von einer oder von mehreren angrenzenden Ansteuerelektroden und jede Gruppe von einer oder von mehreren angrenzenden Ausleseelektroden eine oder mehrere Masseelektroden haben, die zwischen den beiden Gruppen von Ansteuer- und Ausleseelektroden befindlich sind. In bestimmten Ausführungsformen kann die Konfiguration der Elektroden 20 jede geeignete Anordnung enthalten, in der jede Gruppe von einer oder von mehreren angrenzenden Ausleseelektroden eine oder mehrere Masseelektroden hat, die an diese auf beiden Seiten dieser Gruppe angrenzt. In bestimmten Ausführungsformen muss die Konfiguration der Elektroden 20 nicht einem bestimmten Muster folgen, muss nicht ein Muster haben, das sich über den Sensor 10 hinweg wiederholt, oder muss keine bestimmte Symmetrie aufweisen, wie zum Beispiel in der folgenden Anordnung: Ansteuerung, Masse, Masse, Auslesung, Masse, Ansteuerung, Ansteuerung, Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektrodenkonfigurationen beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektrodenkonfigurationen, die geeignete Anordnungen von Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektroden enthalten.
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In dem Beispiel der 2B ist eine beispielhafte Elektrodenkonfigurationssequenz dargestellt, die ein Muster mit fünf Elektroden enthält (d. h. Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse, Ansteuerung), das sich über die Ausdehnung des Sensors 10 hinweg wiederholt. Die dicken Linien in 2B, die um diese Gruppe von fünf Elektroden 20 herum gezeichnet ist, ist eine visuelle Hilfestellung, um die Änderungen in den Elektrodenkonfigurationen anzuzeigen, wenn das Elektrodenmuster über den Sensor 10 hinweg abgetastet wird. Die Elektrodenkonfigurationssequenz geht durch fünf Konfigurationen (d. h. Konfiguration 1, Konfiguration 2, Konfiguration 3, Konfiguration 4 und Konfiguration 5) und kehrt dann zur Konfiguration 1 zurück, wo sich die Sequenz wiederholt. Im Allgemeinen kann eine Elektrodenkonfiguration, die ein sich wiederholendes Muster von n Elektroden enthält, eine Elektrodenkonfigurationssequenz haben, die n Konfigurationen enthält, bevor sich die Elektrodenkonfigurationssequenz wiederholt. Bei einer derartigen Elektrodenkonfiguration kann eine Abtastung über den Sensor 10 in n diskreten Schritten durchgeführt werden. In dem Beispiel der 2B kann der Übergang von einer Konfiguration zur nächsten in der Sequenz als ein schrittweise Voranschreiten der Elektrodenkonfiguration über den Sensor 10 aufgefasst werden, wobei sich die Elektrodenkonfiguration gleichförmig um eine Elektrode nach rechts verschiebt, wenn von einer Konfiguration zur nächsten umgeschaltet wird. In der Konfiguration 1 aus 2B sind die Elektroden 20A, 20B, 20C, 20D und 20E als Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse bzw. Ansteuerung konfiguriert, und die Elektroden 20F, 20G, 20H, 20I und 20J wiederholen das gleiche Konfigurationsmuster. In der nächsten Konfiguration (Konfiguration 2) aus 2B hat sich das Muster gleichförmig um eine Elektrode nach rechts verschoben, so dass die Elektroden 20B, 20C, 20D, 20E und 209F nun als Ansteuerung, Masse, Auslesung, Masse bzw. Ansteuerung konfiguriert sind, und die Elektrode 20A als Ansteuerelektrode konfiguriert ist, die das nächste Element in dem sich wiederholenden Muster aus fünf Elektroden ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Elektrodenkonfigurationssequenz jede geeignete Zahl von Konfigurationen von Elektroden 20 enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann die Elektrodenkonfigurationssequenz eine einzige stationäre Konfiguration von Elektroden 20 enthalten, die nicht über den Sensor 10 abgetastet wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Elektrodenkonfiguration horizontal, vertikal oder in einer anderen geeigneten Richtung oder in einer Kombination dieser Richtungen verschoben werden, wenn die Elektroden von einer Konfiguration zur nächsten gehen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Elektrodenkonfiguration um eine, zwei oder eine andere geeignete feste Zahl von Elektroden verschoben werden oder um eine geeignete variierende Zahl von Elektroden in einer geeigneten Richtung verschoben werden, wenn die Elektroden von einer Konfiguration zur nächsten gehen. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektrodenkonfigurationen und bestimmte Elektrodenkonfigurationssequenzen beschreibt oder illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektrodenkonfigurationen und alle geeigneten Elektrodenkonfigurationssequenzen.
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Die Beispielelektroden 20 aus 2A und 2B können eine Einzelschichtkonfiguration haben, bei der die Elektroden 20 auf einer Seite eines Substrats angebracht sind. Jede Elektrode 20 kann in einer Ebene liegen und eine einzige Schicht aus Elektroden 20 kann zusammen in einer Ebene liegen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor 10 Elektroden 20 in einer Zweischicht-(oder Doppelschicht-)Konfiguration haben, bei der die Elektroden 20 jeweils auf einer Seite von zwei Substraten oder auf zwei Seiten eines einzigen Substrats angebracht sind. In einer derartigen Zweischichtkonfiguration können die Elektroden 20 in einer von zwei Ebenen liegen, und die Ebenen können parallel zueinander sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden 20 eine Mehrfachschichtkonfiguration haben, bei der die Elektroden 20 auf einer oder auf mehreren Seiten von einem oder von mehreren Substraten aufgebracht sind. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektroden 20 beschreibt oder illustriert, die in einer oder mehreren bestimmten Schichten konfiguriert sind, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden 20, die in jeder geeigneten Zahl von Schichten konfiguriert sind. Eine oder mehrere der Elektroden 20 können als aneinander angrenzend bezeichnet werden, oder eine oder mehrere Elektroden 20 können als neben oder zwischen einer oder mehrerer anderer Elektroden 20 liegend bezeichnet werden. Eine derartige Bezeichnung kann sich auf die relative Position der Elektroden 20 längs einer Achse beziehen, die innerhalb einer Ebene der Elektroden 20 liegt. Eine Bezugnahme auf eine derartige relative Position der Elektroden kann darüber hinaus so erfolgen, als ob die Elektroden in einer einzigen Ebene liegen würden. In einer Ausführungsform, in der die Elektroden in einer oder in mehreren parallelen Ebenen liegen, kann eine derartige Bezugnahme auf die relative Position der Elektroden so erfolgen, als ob die eine oder die mehreren parallelen Ebenen zu einer einzigen Ebene zusammengefasst wären.
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3 zeigt einen Abschnitt des Querschnitts der Beispielelektroden 20 aus 2B und beispielhafte elektrische Feldlinien 30 (oder ein elektrisches Feld). Die Elektroden 20 in 3 befinden sich in der Konfiguration 1, bei der die Elektroden 20A, 20B, 20C, 20D und 20E als Ansteuer-, Masse-, Auslese-, Masse- bzw. Ansteuerelektroden konfiguriert sind. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Ansteuersignal an die Ansteuerelektroden 20A und 20E angelegt, welches ein elektrisches Feld 30 erzeugen kann, von dem sich ein Teil von den Ansteuerelektroden 20A und 20E zur Ausleseelektrode 20C erstrecken kann. Die Ausleseelektrode 20C kann ein Auslesesignal liefern, das zumindest zum Teil von dem elektrischen Feld 30 und einer Kapazität zwischen den Ansteuerelektroden 20A und 20E und der Ausleseelektrode 20C herrührt. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Objekt, das in die Nähe des Sensors 10 kommt, das elektrische Feld 30 stören und eine Änderung in einer Kapazität zwischen den Ansteuerelektroden 20A und 20E und der Ausleseelektrode 20C verursachen. Eine elektrische Feldstörung und eine zugehörige Kapazitätsänderung kann eine Änderung in dem von der Ausleseelektrode 20C gelieferten Auslesesignal verursachen, wodurch angezeigt wird, dass ein Objekt in die Nähe des Sensors 10 gekommen ist. Ein Auslesesignal kann durch eine Messschaltung, die mit der Ausleseelektrode 20C verbunden ist, gemessen werden.
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In 3 enthalten die elektrischen Feldlinien 30 einen Nahfeldanteil und einen Fernfeldanteil, wobei der Fernfeldanteil sich weiter von einer Ebene (oder Ebenen), in der sich die Elektroden 20 befinden, erstreckt als der Nahfeldanteil. 3 zeigt Elektroden 20B und 20D, die als Masseelektroden konfiguriert sind, wobei sich ein Nahfeldanteil des elektrischen Feldes 30 von den Ansteuerelektroden 20A und 20E zu den Masseelektroden 20B und 20D erstreckt. Die Masseelektroden 20B und 20D können sich zwischen den Ansteuer- und Ausleseelektroden befinden, und können als Ableitung (shunt) dienen, welche einen Nahfeldanteil des elektrischen Feldes 30 von den Ausleseelektroden 20C ableitet. Ein Shunt kann sich hier auf eine Kapazität parallel zu einer Ansteuer-Ausleseelektroden-Kapazität beziehen, und eine Shunt-Kapazität kann einen Teil des elektrischen Feldes 30 von einer oder von mehreren Ausleseelektroden zu einer oder zu mehreren Masseelektroden ableiten. In 3 kann eine Shunt-Kapazität eine Kapazität zwischen den Ansteuerelektroden 20A und 20E und den Masseelektroden 20B und 20D sein. Durch die Anordnung von einer oder von mehrere Masseelektroden zwischen den Ansteuer- und Ausleseelektroden kann der Teil des elektrischen Feldes 30, der zu den Masseelektroden 20B und 20D abgeleitet wurde, einen Nahfeldanteil des elektrischen Feldes 30 enthalten. Darüber hinaus kann der Teil des elektrischen Feldes 30, der sich von den Ansteuerelektroden 20A und 20E zu den Ausleseelektroden 20C erstreckt, einen Fernfeldanteil des elektrischen Feldes 30 enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann das Ableiten eines Nahfeldanteils des elektrischen Feldes 30 weg von den Ausleseelektroden 20C dazu führen, dass die Ausleseelektroden 20C empfindlicher werden gegenüber Objekten weiter weg vom Berührungsbildschirm 10, als dies ansonsten ohne die Ableitung der Fall wäre. In bestimmten Ausführungsformen kann das Ableiten eines Nahfeldanteils des elektrischen Feldes 30 weg von der Ausleseelektrode 20C einen signifikanten Anteil einer Sockelkapazität (oder eines Offsets) von der Ausleseelektrode 20C wegnehmen, die mit einem Nahfeldanteil des elektrischen Feldes verbunden ist. Darüber hinaus kann die Ableitung einen Nahfeldanteil des elektrischen Feldes 30 von der Ausleseelektrode 20C wegnehmen, wodurch das gesamte elektrische Feld 30 (oder die induzierte elektrische Ladung) an der Ausleseelektrode 20 reduziert wird. Diese Reduktion des elektrischen Feldes (oder der induzierten elektrischen Ladung) an der Ausleseelektrode 20C kann eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors einer Messschaltung, die mit der Ausleseelektrode 20C verbunden ist, ermöglichen, wodurch die Empfindlichkeit der Ausleseelektrode 20C zur Detektion von Objekten, die in ihre Nähe kommen, verbessert werden kann.
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In dem Beispiel der 2A und 2B kann eine Elektrodenkonfiguration zwei angrenzende Ansteuerelektroden 20 enthalten, um das elektrische Feld 30 über den Sensor 10 zu projizieren, und eine Masseelektrode, um den Einfluss des Nahfeldanteils des elektrischen Feldes 30 auf eine Sensorelektrode zu reduzieren. Durch die Auswahl anderer Elektrodenkonfigurationen mit einer anderen Anzahl von Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektroden kann die Form oder die Struktur des elektrischen Feldes geändert werden, und es kann dafür gesorgt werden, dass sich ein Fernfeldanteil des elektrischen Feldes 30 mehr oder weniger weit vom Sensor 10 weg erstreckt, abhängig von der Anwendung und der gewünschten Ännäherungsempfindlichkeit des Sensors 10. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, einen Sensor 10 zu haben, dessen Ännäherungsempfindlichkeit in einem Bereich von ungefähr 5–10 mm von dem Sensor 10 liegt. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, einen Sensor 10 zu haben, dessen Ännäherungsempfindlichkeit in einem Bereich von ungefähr 20–30 mm von dem Sensor 10 liegt. Die Auswahl einer bestimmten Elektrodenkonfiguration mit einer bestimmten Anzahl von angrenzenden Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektroden kann es ermöglichen, den Empfindlichkeitsbereich eines Berührungssensors effektiv auf einen gewünschten Bereich abzustimmen. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine Elektrodenkonfiguration auf einen bestimmten Sensor 10 angewendet werden, woraus sich die Möglichkeit ergibt, ein Objekt, das sich in ungefähr 20 mm Entfernung vor der Oberfläche des Sensors 10 befindet, zu erfassen und zu verfolgen. In diesem Beispiel kann die Annäherung eines Objekts an die Oberfläche des Berührungssensors ermittelt werden, wenn sich das Objekt ungefähr 20 mm oder weniger über der Oberfläche des Sensors 10 befindet. In bestimmten Ausführungsformen können Elektrodenkonfigurationen angewendet werden, die eine Erfassung der Annäherung eines Objekts ermöglichen, wenn sich das Objekt 5–10 mm, 10–20 mm, 20–30 mm oder in einem anderen geeigneten Abstand oder Abstandsbereich oberhalb der Oberfläche des Sensors 10 befindet. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann eine Elektrodenkonfiguration drei angrenzende Ansteuerelektroden und zwei angrenzende Masseelektroden zusammen mit einer einzigen Ausleseelektrode enthalten. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann eine Elektrodenkonfiguration drei angrenzende Ansteuerelektroden und eine Masseelektrode zusammen mit einer einzigen Ausleseelektrode enthalten. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektrodenkonfigurationen beschreibt oder illustriert, die eine bestimmte Zahl von Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektroden enthalten, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Elektrodenkonfigurationen mit jeder geeigneten Anzahl von Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektroden.
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4 zeigt ein Beispielsensor 10 mit Beispielelektroden 20, wobei die Elektroden 20 in zwei Schichten angeordnet sein können. Die Elektroden 20AA, 20BB, 20CC und 20DD können auf einer Seite eines Substrats aufgebracht sein. Die Elektroden 20EE, 20FF, 20GG und 20HH können auf einer anderen Seite des gleichen Substrats oder auf einer anderen Seite eines anderen Substrats aufgebracht sein. Die Elektroden 20AA, 20BB, 20CC und 20DD (d. h. die vertikalen Elektroden) können im Wesentlichen parallel zueinander und längs einer vertikalen Achse ausgerichtet sein. Jede der vertikalen Elektroden 20AA–20DD kann als Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektrode konfiguriert sein, und die vertikalen Elektroden 20AA–20DD können verwendet werden, um die Position eines Objekts oder dessen Annäherung längs einer horizontalen Achse zu ermitteln. Die Elektroden 20EE, 20FF, 20GG und 20HH (d. h. die horizontalen Elektroden) können im Wesentlichen parallel zueinander und längs einer horizontalen Achse ausgerichtet sein. Jede der horizontalen Elektroden 20EE–20HH kann als Ansteuer-, Auslese- oder Masseelektrode konfiguriert sein, und die horizontalen Elektroden 20EE–20HH können verwendet werden, um die Position eines Objekts oder dessen Annäherung längs einer vertikalen Achse zu ermitteln. Die Elektroden 20 in 4 können zusammen verwendet werden, um eine Position eines Objekts in zwei Dimensionen längs einer horizontalen und einer vertikalen Achse zu ermitteln, oder um festzustellen, ob ein Objekt in die Nähe des Sensors 10 gekommen ist.
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5 illustriert ein Beispielverfahren 500 zur Positionsdetektion eines Objekts in der Nähe eines Sensors. Das Verfahren kann in Schritt 510 beginnen, in dem ein Ansteuersignal an eine erste Elektrode eines Sensors angelegt werden kann, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, dass sich von der ersten Elektrode zu einer zweiten Elektrode des Sensors erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen kann die erste Elektrode eine Ansteuerelektrode sein, die eine oder mehrere Elektroden enthält, die zweite Elektrode kann eine Ausleseelektrode sein, die eine oder mehrere Elektroden enthält, und der Sensor kann ein Berührungssensor 10 sein. Das elektrische Feld, das sich von der ersten Elektrode aus erstreckt, kann einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil enthalten, wobei der erste Anteil sich weiter weg von einer Ebene der ersten Elektrode erstreckt, als der zweite Anteil. In Schritt 520 kann ein Teil des elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode abgeleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der zweite Teil des elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode weggeleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der zweite Teil des elektrischen Feldes zu einer dritten Elektrode hin geleitet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die dritte Elektrode eine Masseelektrode sein, die eine oder mehrere Elektroden enthalten kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die dritte Elektrode sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befinden. In Schritt 530 kann ein Auslesesignal von der zweiten Elektrode empfangen werden, wobei das Auslesesignal angibt, ob ein Objekt in die Nähe des Sensors gekommen ist, womit das Verfahren enden kann. Wenn das Auslesesignal von der zweiten Elektrode angibt, dass ein Objekt in die Nähe des Sensors gekommen ist, dann kann die Stelle der zweiten Elektrode in dem Sensor die Position des Objekts angeben, wie oben stehend beschrieben wurde.
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Bestimmte Ausführungsformen können die Schritte des Verfahrens aus 5 gegebenenfalls wiederholen. Obwohl darüber hinaus diese Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens aus 5 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt und illustriert, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 5 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus diese Offenbarung bestimmte Komponenten, Geräte oder Systeme beschreibt oder illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 5 ausführen, umfasst diese Offenbarung alle geeigneten Kombinationen geeigneter Komponenten, Geräte oder Systeme, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 5 ausführen.
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Eine Bezugnahme auf ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium kann hier gegebenenfalls eine oder mehrere halbleiterbasierte oder andere integrierte Schaltungen (ICs) (wie zum Beispiel feldprogrammierbare Gatterfelder (FPGA) oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC)), Festplattenlaufwerke (HDDs), Hybridlaufwerke (HHDs), optische Platten, optische Plattenlaufwerke (ODDs), magnetooptische Platten, magnetooptische Laufwerke, Floppy Disks, Floppy-Disk-Laufwerke (FDDs), Magnetbänder, Festkörperlaufwerke (SSDs), RAM-Laufwerke, SD-Karten, SD-Laufwerke, andere geeignete computerlesbare, nichttransitorische Speichermedien oder geeigneten Kombinationen von zweien oder mehrere derselben beinhalten. Ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium kann flüchtig, nichtflüchtig oder eine Kombination aus flüchtig und nichtflüchtig sein.
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”Oder” ist hier inklusive und nicht exklusive zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. ”A oder B” bedeutet daher ”A, B oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus ist ”und” sowohl einzeln als auch insgesamt zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. ”A und B” bedeutet daher, ”A und B, sowohl einzeln als auch insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt.
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Der Umfang dieser Offenbarung umfasst alle Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier beschriebenen und illustrierten beispielhaften Ausführungsformen, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. Der Umfang dieser Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen oder illustrierten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Obwohl diese Offenbarung die jeweiligen Ausführungsformen als bestimmte Komponenten, Elemente, Funktionen, Operationen oder Schritte enthaltend beschreibt oder illustriert, kann jede dieser Ausführungsformen jede Kombination oder Permutation der Komponenten, Elemente, Funktionen, Operationen oder Schritte enthalten, die hier beschrieben wurden und die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. Eine Bezugnahme in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu angepasst ist, dazu eingerichtet ist, dazu in der Lage ist, dazu konfiguriert ist, dazu in die Lage versetzt ist, oder dazu betreibbar ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, umfasst diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente, unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert ist, eingeschaltet ist oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu angepasst, dazu eingerichtet, dazu in der Lage, dazu konfiguriert, dazu in die Lage versetzt oder dazu betreibbar ist, diese Funktion auszuführen.
