DE102016003779A1

DE102016003779A1 - Verfahren zum Erkennen einer Berührung eines kapazitiven Sensorelements

Info

Publication number: DE102016003779A1
Application number: DE102016003779.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Dahlhaus; Jan Freiwald
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-26
Filing date: 2016-03-26
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017167645A1

Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen einer Berührung eines kapazitiven Sensorelements, wobei ein Kapazitätswert des Sensorelements mittels eines fortlaufend angewendeten Integrationsverfahrens gemessen wird, bei dem jeweils eine an einem Integrationskondensator mit einem bekannten Kapazitätswert anliegende Spannung mittels eines A/D-Wandlers gemessen und zu einem Sensorrohwert verarbeitet wird, welche Sensorrohwerte zur Erkennung einer Berührung des Sensorelements ausgewertet werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die fortlaufend erfassten Sensorrohwerte einem Hochpassfilter zugeführt werden, und dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters zur Erkennung von Störungen durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Berührung eines kapazitiven Sensorelements, wobei ein Kapazitätswert des Sensorelements mittels eines fortlaufend angewendeten Integrationsverfahrens gemessen wird, bei dem jeweils eine an einem Integrationskondensator mit einem bekannten Kapazitätswert anliegende Spannung mittels eines A/D-Wandlers gemessen und zu einem Sensorrohwert verarbeitet wird, welche Sensorrohwerte zur Erkennung einer Berührung des Sensorelements ausgewertet werden.
Verfahren der hier angesprochenen Art werden verwendet, um kapazitive Berührungs- bzw. Annäherungssensoren auszuwerten. Ein solcher Sensor kann die Gegenwart und bei entsprechender Ausgestaltung auch den Ort einer Berührung oder der Annäherung durch ein Objekt, wie zum Beispiel einen Finger des Benutzers oder einen Stift, innerhalb eines empfindlichen Bereichs detektieren. Der berührungsempfindliche Bereich kann dabei beispielsweise einen Anzeigebildschirm überlagern. In einer Anzeigeanwendung kann es der Berührungs- bzw. Annäherungssensor dem Benutzer ermöglichen, direkt mit dem, was auf dem Bildschirm dargestellt wird, zu interagieren, und nicht nur indirekt mittels einer Maus oder einem ähnlichen Eingabegerät.
Es gibt eine Anzahl verschiedener Arten von Berührungssensoren, wie zum Beispiel resistive Berührungssensoren, Berührungssensoren mit akustischen Oberflächenwellen und kapazitive Berührungssensoren, wobei letztgenannte, mit denen eben insbesondere auch schon eine bloße Annäherung erfasst werden kann, inzwischen die größte Verbreitung erfahren haben.
Wenn ein Objekt die Oberfläche eines kapazitiven Berührungssensors berührt oder in dessen Nähe kommt, tritt eine Änderung des Kapazitätswertes des Sensorelements auf. Aufgabe eines zugeordneten Sensorsteuergerätes bzw. des durch dieses verwendeten Messverfahrens ist es, diese Kapazitätsänderung zu verarbeiten, um die diese auslösende Berührung oder Annäherung zu erfassen. Die besondere Schwierigkeit hierbei besteht darin, dass die Kapazitätswerte der Sensorelemente und insbesondere die zu erfassenden Änderungen sehr klein sind. Aus diesem Grunde bedient man sich zu ihrer Messung gerne sogenannter Integrationsverfahren, bei denen in mehreren aufeinander folgenden Zyklen kleine Ladungsmengen von dem Sensorelement, dessen Kapazitätswert relativ klein und veränderlich ist, auf einen Integrationskondensator mit einem bekannten festen und deutlich größeren Kapazitätswert übertragen werden.
Durch die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 041 464 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Berührung eines kapazitiven Sensorelements gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden.
Die Tatsache, dass die Kapazitätswerte der Sensorelemente und insbesondere die zu erfassenden Änderungen sehr klein sind, hat weiterhin zur Folge, dass die Messung sehr störanfällig ist. So ist insbesondere durch die Einstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Störsignale eine fehlerhafte Erkennung einer vermeintlichen Berührung des Sensorelements möglich, obwohl eine solche nicht stattgefunden hat.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber dem zuvor beschriebenen den Vorteil, bei gleich hoher Empfindlichkeit bezüglich der Erkennung tatsächlicher Berührungen des Sensorelements eine insbesondere durch hochfrequente elektromagnetischer Störsignale ausgelöste Fehlerkennung praktisch auszuschließen.
Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die fortlaufend erfassten Sensorrohwerte einem Hochpassfilter zugeführt werden, und dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters zur Erkennung von Störungen durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung ausgewertet wird.
Die Unterdrückung von Fehlerkennungen erfolgt dabei bevorzugt dadurch, dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters mit einem festgelegten Grenzwert verglichen wird, und bei Überschreitung des Grenzwertes durch das Ausgangssignal vermeintlich erkannte Berührungen als ungültig gekennzeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei dem Integrationsverfahren in mehreren aufeinander folgenden Integrationszyklen kleine Ladungsmengen von dem Sensorelement auf den Integrationskondensator, dessen Kapazitätswert groß gegenüber dem des Sensorelements ist, übertragen werden, und nachfolgend die an dem Integrationskondensator anliegende Spannung mittels eines A/D-Wandlers gemessen wird.
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur die Anwendung eines Hochpassfilters zur Erkennung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung bei der Auswertung der Sensorrohwerte eines berührungsempfindlichen Sensorelements als Ablaufdiagramm.
In Schritt 1 werden Sensorrohwerte eines berührungsempfindlichen Sensorelements mittels eines kapazitiven Messverfahrens erfasst. Diese Sensorrohwerte werden dann sowohl einer Berührungserkennung 2 als auch einem Hochpassfilter 3 zugeführt. Das Hochpassfilter 3 dient dabei zur Erkennung von Störungen durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung.
Nur wenn keine Störung erkannt und gleichzeitig eine Berührung identifiziert wird, darf die Berührung als gültig ausgegeben werden. Fehlerkennungen werden somit unterdrückt.
Die Berührungserkennung 2 hat drei verschiedene, mögliche Ausgabewerte. Wenn der aktuell erfasste Sensorrohwert zwischen einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert liegt, wird das Ausgangssignal „Keine Berührung” KB ausgegeben. Wenn der aktuell erfasste Sensorrohwert über dem oberen Grenzwert liegt, wird das Ausgangssignal „Berührung Erkannt” BE ausgegeben. Wenn der aktuell erfasste Sensorrohwert unter dem unteren Grenzwert liegt, deutet dies auf einen Hardwarefehler hin, der das Einleiten eines sicheren Zustands, also das Abschalten der Berührungserkennung erfordert. In diesem Fall wird daher das Ausgangssignal „Störung Erkannt” SE ausgegeben.
Das Hochpassfilter 3 hat zwei verschiedene, mögliche Ausgabewerte. Wenn das Ausgangssignal des Hochpassfilters 3 unterhalb eines oberen Grenzwerts liegt, wird das Ausgangssignal „Keine Störung” KS ausgegeben. Wenn das Ausgangssignal des Hochpassfilters 3 oberhalb dieses oberen Grenzwerts liegt, wird das Ausgangssignal „Störung erkannt” SE ausgegeben.
Eine Berührung wird nur dann als gültig erkannt und im Verfahrensschritt BA ausgegeben, wenn das Ausgangssignal der Berührungserkennung 2 „Berührung Erkannt” BE lautet, und gleichzeitig das Hochpassfilter 3 „Keine Störung” KS ausgibt.
Wenn die Berührungserkennung 2 das Ausgangssignal „Störung Erkannt” SE ausgibt, und gleichzeitig das Hochpassfilter 3 „Keine Störung” KS ausgibt, wird das System gestoppt. Es liegt vermutlich ein Hardwarefehler vor, bei dem ein weiterer Betrieb der Berührungserkennung nicht möglich ist.
Wenn die Berührungserkennung 2 das Ausgangssignal „Keine Berührung” KB ausgibt, oder das Hochpassfilter 3 „Störung erkannt” SE ausgibt, wird eine erneute Messung gestartet, nicht anders als dies nach einer als gültig erkannten und im Schritt BA ausgegebenen Berührung der Fall ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010041464 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Berührung eines kapazitiven Sensorelements, wobei ein Kapazitätswert des Sensorelements mittels eines fortlaufend angewendeten Integrationsverfahrens gemessen wird, bei dem jeweils eine an einem Integrationskondensator mit einem bekannten Kapazitätswert anliegende Spannung mittels eines ND-Wandlers gemessen und zu einem Sensorrohwert verarbeitet wird, welche Sensorrohwerte zur Erkennung einer Berührung des Sensorelements ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die fortlaufend erfassten Sensorrohwerte einem Hochpassfilter zugeführt werden, und dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters zur Erkennung von Störungen durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters mit einem festgelegten Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des Grenzwertes durch das Ausgangssignal vermeintlich erkannte Berührungen als ungültig gekennzeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Integrationsverfahren in mehreren aufeinander folgenden Integrationszyklen kleine Ladungsmengen von dem Sensorelement auf den Integrationskondensator, dessen Kapazitätswert groß gegenüber dem des Sensorelements ist, übertragen werden, und nachfolgend die an dem Integrationskondensator anliegende Spannung mittels eines A/D-Wandlers gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorrohwerte außerdem zur Erkennung von Hardwarefehlern des Sensorelements ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters mit einem festgelegten Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des Grenzwertes durch das Ausgangssignal vermeintlich erkannte Hardwarefehler als ungültig gekennzeichnet werden.