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Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, welche eine kapazitive Detektionseinrichtung aufweist, wobei die Detektionseinrichtung eine Detektionsfläche unter Ausbildung eines der Detektionsfläche zugeordneten Arrays von Arrayelektroden aufweist. Beispielsweise handelt es sich bei der kapazitiven Detektionseinrichtung um ein kapazitives Touchpad oder einen kapazitiven Touchscreen. Die Eingabevorrichtung weist ferner eine elektrisch leitend mit den Arrayelektroden verbundene, elektronische Auswerteinheit auf, um ein zugehöriges, bevorzugt in zeitlicher Abfolge erzeugtes, Array von Messfeldern, auch wegen des zugrundeliegenden Messkonzepts auch Messkapazitäten genannt, zur ortsauflösenden Detektion einer kapazitiven Beeinflussung auf der Eingabefläche mittels des Elektrodenarrays auszubilden.
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Eingabevorrichtungen der zuvor beschriebenen Gattung weisen das Problem auf, dass sie empfindlich auf elektromagnetische Einstreuung reagieren. Daher ist üblicherweise auf der dem Bediener abgewandten Seite der Eingabevorrichtung eine als Abschirmelektrode fungierende leitende Abschirmschicht vorgesehen, die mit einem vorgegebenen Abschirmpotenzial, meist Erdpotenzial, beaufschlagt wird. Beispielsweise ist eine Kontaktfeder vorgesehen, die in Berührkontakt mit der leitenden Abschirmschicht steht. Aufgrund von Erschütterungen, Temperaturschwankungen oder der Einwirkungen von chemischen Reinigungsstoffen kommt es immer wieder zur Unterbrechung oder hohen Kontaktwiderständen der elektrischen Verbindung zwischen der leitenden Abschirmschicht und dem Abschirmpotenzial kommen, so dass bei Beaufschlagung der leitenden Abschirmschicht mit einem nicht dem Abschirmpotenzial entsprechenden Störpotenzial es zu einer Beeinflussung der Messfelder kommt, was dann fälschlicherweise bei der kapazitiven Berührdetektion als eine gewollte Berühreingabe am entsprechenden Ort der Beeinflussung interpretiert wird und als „Ghost Touch“ bezeichnet wird. Insbesondere bei einer Eingabevorrichtung mit sicherheitsrelevanter Eingabefunktion ist dies kein akzeptabler Zustand. Zwar wäre es denkbar, eine elektronische Schaltung zur Überwachung des an der leitenden Abschirmschicht anliegenden Potenzials vorzusehen, dies ist aber vergleichsweise aufwendig.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer gattungsgemäßen Eingabevorrichtung, welche vergleichsweise einfach die Gefahr von Fehldetektionen von vermeintlichen Berühreingaben aufgrund fehlerhafter Potenzialbeaufschlagung der Abschirmschicht unterdrückt und bei der insbesondere die Überwachung des an einer Abschirmschicht anliegenden Potenzials einfach realisiert ist. Diese Aufgabe wird durch eine Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung sowie ein Verfahren zur Berühreingabeauswertung sind jeweils Gegenstand eines nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, welche eine kapazitive Detektionseinrichtung beinhaltet und dabei die Detektionseinrichtung eine Detektionsfläche unter Ausbildung eines der Detektionsfläche zugeordneten Arrays von Arrayelektroden aufweist. Die Arrayelektroden, auch kurz als Elektroden bezeichnet, sind beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene oder auf zwei oder mehr parallelen Ebenen angeordnet. Die Anordnung und Lage der Arrayelektroden wird bevorzugt durch eine regelmäßige, noch bevorzugter rechtwinklige, gedachte Gitterstruktur, auch kurz Gitter genannt, beschrieben, wobei die Lage der durch die Arrayelektroden zu erzeugenden Messfelder durch die Knotenpunkte des Gitters definiert ist. Dabei ist ein Knotenpunkt beispielsweise durch einen Kreuzungspunkt von zwei Arrayelektroden definiert. Der Begriff Elektrode soll die Ausbildung der betroffenen Elektrode aus leitfähigem Material, beispielsweise aus Metall oder einer metallischen Legierung implizieren.
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Bei der Detektionseinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein kapazitives Touchpad oder einen kapazitiven Touchscreen. Erfindungsgemäß ist ferner eine elektrisch mit den Arrayelektroden verbundene, bevorzugt elektrisch leitend verbundene, elektronische Auswerteinheit vorgesehen, um mittels des Arrays von Arrayelektroden ein zugehöriges, bevorzugt in zeitlicher Abfolge erzeugtes und zeitlich variierendes, Messfeldarray von elektrischen Messfeldern zur ortsauflösenden Detektion einer kapazitiven Beeinflussung auf der Detektionsfläche auszubilden. Beispielweise handelt es sich um eine kapazitive Detektionseinrichtung in projiziert-kapazitiver Technologie, insbesondere um eine solche mutual-capacitance Aufbau. Bei dem mutual-capacitance Aufbau werden Messfelder und somit Messkapazitäten an den Knotenpunkten zwischen zwei elektrisch isolierten, sich kreuzenden Elektrodenstrukturen erzeugt. Die Knotenpunkte sind bei handelsüblichen Touchpads oder Touchscreens in einem rechtwinkligen Gitter angeordnet.
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Die Auswerteinheit ist in der Lage, die mehreren Messkapazitäten bzw. die Beeinflussung der Messfelder zu messen. Wenn das jeweilige Messfeld durch eine äußere Annäherung eines Objekts, wie einen Finger eines Bedieners, beeinflusst wird, wird die durch die Auswerteinheit gemessene elektrische Messkapazität, beispielsweise am betreffenden Knotenpunkt, verändert und detektiert und kann aufgrund der Elektrodenstruktur, bevorzugt nach Reihen und Spalten gegliederten Elektrodenstruktur, einem Ort, auch als örtliche Lage oder als Position bezeichnet, auf der Detektionsfläche zugeordnet werden, was unter ortsauflösender Detektion verstanden wird.
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Die Eingabevorrichtung weist erfindungsgemäß ferner eine auf der dem Bediener abgewandten Seite der Arrayelektroden angeordnete, leitfähige Abschirmschicht auf, die elektrisch gegenüber den Arrayelektroden isoliert angeordnet ist. Sie ist aber zur Beaufschlagung mit einem elektrischen Abschirmpotenzial angeordnet und/oder ausgebildet. Beispielsweise entspricht das Abschirmpotenzial dem Erdpotenzial oder der Fahrzeugmasse.
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Bevorzugt wird die leitfähige Abschirmschicht über einen einen Berührkontakt mit der Abschirmschicht herstellendes, elektrisches Kontaktmittel, wie eine elastisch gegen die Abschirmschicht vorgespannte Kontaktfeder, mit dem Abschirmpotenzial beaufschlagt.
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Bevorzugt bildet die leitfähige Abschirmschicht mehrere, jeweils in Richtung eines oder eines Clusters von spezifischen Messfeldern des Messfeldarrays vorstehende, untereinander beabstandet angeordnete Erhebungen aus.
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Erfindungsgemäß ist die Auswerteinheit ausgelegt, die kapazitive Beeinflussung der einzelnen Messfelder des Messfeldarrays zu erfassen und ein die jeweilige örtliche Lage des jeweils beeinflussten Messfeldes beinhaltendes Detektionsergebnis, also ein den oder die Orte der kapazitiven Beeinflussung beinhaltendes Detektionsergebnis auszugeben.
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Erfindungsgemäß ist die Auswerteinheit ferner ausgebildet, das Detektionsergebnis für den Fall zu verwerfen, dass eine örtliche Mindestübereinstimmung der Lagen der als beeinflusst detektierten Messfelder mit den Lagen der spezifischen Messfelder vorliegt. Dies wird erfindungsgemäß auf eine Beaufschlagung der leitfähigen Abschirmschicht mit einem von dem elektrischen Abschirmpotenzial abweichenden Störpotenzial zurückgeführt und ist beispielsweise Resultat einer unterbrochenen elektrischen Verbindung zwischen der Abschirmschicht und der Abschirmpotenzialquelle.
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Dadurch, dass das Detektionsergebnis verworfen wird, wird eine auf der Beeinflussung durch das Störpotenzial beruhende und vermeintliche positive und falsche Detektion einer Berührung unterdrückt. Ferner wird ein Fehler betreffend die Abschirmung durch die Detektion an sich aufgedeckt und es bedarf keiner sonstigen Maßnahmen zur Überwachung der Potenzialbeaufschlagung der Abschirmschicht, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung.
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Bevorzugt beinhaltet das Detektionsergebnis ein Maß der kapazitiven Beeinflussung für jedes beeinflusste Messfeld, also einen Wert betreffend den Grad der kapazitiven Kopplung. Dabei ist ferner die Auswerteinheit ausgelegt, das Detektionsergebnis nur dann zu verwerfen, wenn neben der örtlichen Mindestübereinstimmung ferner eine weitere Mindestübereinstimmung im Maß der kapazitiven Beeinflussung vorliegt.
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Um eine durch die Beaufschlagung mit dem Störpotenzial bewirkte, kapazitive Beeinflussung zuverlässig von einer sogenannten Multi-Touch-Eingabe unterscheiden zu können, sind bevorzugt mehr als fünf Erhebungen, noch bevorzugter mehr als zehn Erhebungen vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Erhebungen entlang einer Parallelen zum Außenumfang der Detektionsfläche verteilt angeordnet.
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Bevorzugt unterscheiden sich wenigstens zwei der Erhebungen in wenigstens einer Abmessung, bevorzugter in einer zur Detektionsfläche parallelen Richtung bestimmten Abmessung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein jeweils von der Erhebung eingehaltener Minimalabstand zur Detektionsfläche für die Mehrzahl aller Erhebungen identisch.
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Bevorzugt ist der Abstand zwischen nächstbenachbarten Erhebungen für die Mehrzahl der Erhebungen, bevorzugter alle Erhebungen, ungleichmäßig gewählt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die leitfähige Abschirmschicht auf einem Träger und/oder eine Blende aufgebracht oder bildet den Träger und/oder die Blende aus. Als Träger wird beispielsweise eine Komponente verstanden, die der Festlegung der Eingabevorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie oder einer Innenverkleidung des Fahrzeugs, wie dem fahrzeugseitigen Armaturenbrett, der Mittelkonsole etc. dient. Der Träger ist beispielsweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie ZAMAK hergestellt. Als Blende wird beispielsweise ein eine Sichtfläche ausbildendes Element verstanden. Die Blende bzw. der Träger ist beispielsweise rahmenförmig ausgebildet. Er weist beispielsweise einen zentralen Durchbruch auf. Der geometrische Mittelpunkt des Durchbruchs und der geometrische Mittelpunkt der Detektionsfläche liegen beispielsweise auf einer gemeinsamen Orthogonalen zur Detektionsfläche.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Berühreingabeauswertung mit den folgenden Schritten. In einem Bereitstellungsschritt erfolgt die Bereitstellung einer Eingabevorrichtung, welche eine einem Bediener zugewandte Detektionsfläche zur Vornahme einer Bedieneingabe aufweist. Die bereitgestellte Eingabevorrichtung weist ferner eine kapazitive Detektionseinrichtung auf, welche ein Array von Arrayelektroden und eine elektrisch mit den Arrayelektroden verbundene, elektronische Auswerteinheit aufweist, um mittels des Arrays von Arrayelektroden ein zugehöriges Messfeldarray von elektrischen Messfeldern zur ortsauflösenden Detektion einer kapazitiven Beeinflussung auf der Detektionsfläche auszubilden. Die bereitgestellte Eingabevorrichtung umfasst ferner eine auf der dem Bediener abgewandten Seite der Arrayelektroden angeordnete, gegenüber den Arrayelektroden elektrisch isolierte, leitfähige Abschirmschicht, welche zur Beaufschlagung mit einem elektrischen Abschirmpotenzial ausgebildet und/oder angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß bildet die leitfähige Abschirmschicht dabei mehrere, jeweils in Richtung eines oder eines Clusters von spezifischen Messfeldern des Messfeldarrays vorstehende, untereinander beabstandet angeordnete Erhebungen aus.
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In einem erfindungsgemäßen Erfassungsschritt erfolgt ein Erfassen der kapazitiven Beeinflussung der einzelnen Messfelder des Messfeldarrays durch die Auswerteinheit. In einem nachfolgenden Ausgabeschritt erfolgt eine Ausgabe eines die jeweilige örtliche Lage des jeweils beeinflussten Messfeldes beinhaltenden Detektionsergebnis durch die Auswerteinheit, sofern nicht in einem der Ausgabe zeitlich vorhergehenden Schritt des Verwerfens das Detektionsergebnis durch die Auswerteinheit für den Fall verworfen wird, dass eine örtliche Mindestübereinstimmung der Lagen der als beeinflusst detektierten Messfelder mit den Lagen der spezifischen Messfelder nach dem Erfassen vorliegt, weil das Detektionsergebnis auf eine Beaufschlagung der leitfähigen Abschirmschicht mit einem von dem elektrischen Abschirmpotenzial abweichenden Störpotenzial zurückzuführen ist. Dadurch, dass das Detektionsergebnis verworfen wird, wird eine auf der Beeinflussung durch das Störpotenzial beruhende und vermeintliche positive und falsche Detektion einer Berührung unterdrückt. Ferner wird ein Fehler betreffend die Abschirmung durch die Detektion an sich aufgedeckt und es bedarf keiner sonstigen Maßnahmen zur Überwachung der Potenzialbeaufschlagung der Abschirmschicht, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung.
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Bevorzugt beinhaltet das Detektionsergebnis ein Maß der kapazitiven Beeinflussung für jedes beeinflusste Messfeld, also einen Wert betreffend den Grad der kapazitiven Kopplung. Dabei ist ferner die Auswerteinheit ausgelegt, das Detektionsergebnis nur dann zu verwerfen, wenn neben der örtlichen Mindestübereinstimmung ferner eine weitere Mindestübereinstimmung im Maß der kapazitiven Beeinflussung vorliegt.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Eingabevorrichtung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:
- 1 eine halbtransparente Aufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 1;
- 2 eine Rückansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform;
- 3 eine perspektivische Schnittansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung 1 mit einem als kapazitive Detektionseinrichtung 3 fungierenden Touchpad. Die Detektionseinrichtung 3 definiert eine dem Bediener zugewandte Detektionsfläche 2, die durch kapazitive Detektion berührsensitiv ausgelegt ist. Die kapazitive Detektionseinrichtung 3 weist parallel verlaufende Arrayelektroden X0 bis Xn sowie orthogonal dazu laufende Arrayelektroden Y0 bis Yn auf, die jeweils kettenförmig elektrisch leitend verbundene rautenförmige Elektrodenflächen aufweisen. Die Elektrodenflächen der Arrayelektroden X0 bis Xn und die der Arrayelektroden Y0 bis Yn sind alternierend zueinander angeordnet, so dass sie ein Gitter bilden. Das Gitter aus Arrayelektroden in der 1 dient nur der schematischen Verdeutlichung des prinzipiellen Aufbaus, andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Kreuzungspunkte der Arrayelektroden X0 bis Xn mit den Arrayelektroden Y0 bis Yn bilden ein Array aus imaginären Knotenpunkten. Die Arrayelektroden X0 bis Xn, Y0 bis Yn sind beispielsweise auf einer Folie aufgebracht, die auf einer dem Bediener abgewandten Seite einer Kunststoffschicht angeordnet ist, welche die Detektionsfläche 2 ausbildet. Mit den Arrayelektroden X0 bis Xn und Y0 bis Yn ist eine elektronische Auswerteinheit 4 elektrisch verbunden, die die Arrayelektroden X0 bis Xn und Y0 bis Yn selektiv und in zeitlicher Abfolge zur Erzeugung eines zugehörigen Messfeldes mit jeweils einem Potenzial beaufschlagt, um anhand der Beeinflussung dieser Messfelder eine Berührung durch den Bediener im Bereich der Detektionsfläche 2 ortsaufgelöst zu detektieren. Die Auswerteinheit 4 ist in der Lage, die mehreren Messkapazitäten bzw. die Beeinflussung der Messfelder zu messen. Wenn das jeweilige Messfeld durch eine äußere Annäherung eines Objekts, wie den Finger eines Bedieners, beeinflusst wird, wird die durch die Auswerteinheit 4 gemessene elektrische Messkapazität, beispielsweise am betreffenden Knotenpunkt, verändert und detektiert und kann aufgrund der Elektrodenstruktur, bevorzugt nach Reihen und Spalten gegliederten Elektrodenstruktur, einem Ort, auch als örtliche Lage oder als Position bezeichnet, auf der Detektionsfläche 2 zugeordnet werden, was unter ortsauflösender Detektion verstanden wird. Die Eingabevorrichtung 1 ist über einen Träger 6 an einer nicht dargestellten Fahrzeugkomponente, wie einer Mittelkonsole im Fahrzeuginnenraum befestigbar. Die Eingabevorrichtung umfasst ferner eine Blende, die rahmenförmig aus einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie ZAMAK, ausgebildet ist. Die Blende der Eingabevorrichtung 1 bildet daher eine auf der dem Bediener abgewandten Seite der Arrayelektroden X0 bis Xn, Y0 bis Yn angeordnete, leitfähige Abschirmschicht 5 aus, die elektrisch gegenüber den Arrayelektroden X0 bis Xn, Y0 bis Yn isoliert angeordnet ist. Sie ist aber zur Beaufschlagung mit einem elektrischen Abschirmpotenzial über eine nicht dargestellte Kontaktfeder mit einer auf Fahrzeugmasse liegenden Abschirmpotenzialquelle elektrisch leitend verbunden.
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Die leitfähige Abschirmschicht 5 wird über einen einen Berührkontakt mit der Abschirmschicht 5 herstellendes, elektrisches Kontaktmittel, wie eine elastisch gegen die Abschirmschicht 5 vorgespannte, hier nicht dargestellte Kontaktfeder, mit dem Abschirmpotenzial beaufschlagt.
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Die leitfähige Abschirmschicht 5 bildet mehrere, jeweils in Richtung eines oder eines Clusters von spezifischen Messfeldern des Messfeldarrays vorstehende, untereinander beabstandet angeordnete Erhebungen 8 aus, welche im Detail in den 2 und 3 zu erkennen sind.
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Die Auswerteinheit 4 ist ausgelegt, die kapazitive Beeinflussung der einzelnen Messfelder des Messfeldarrays zu erfassen und ein die jeweilige örtliche Lage des jeweils beeinflussten Messfeldes beinhaltendes Detektionsergebnis, also ein den oder die Orte der kapazitiven Beeinflussung beinhaltendes Detektionsergebnis auszugeben, folglich ist sie ferner in der Lage die Beeinflussung der Erhebungen 8 zu erkennen, für den Fall, dass diese nicht mit dem Abschirmpotenzial sondern einem Störpotenzial beaufschlagt sind, welches sich vom Abschirmpotenzial unterscheidet. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die leitfähige Abschirmschicht 5 ausschließlich von einem Finger des Bedieners berührt wird.
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Um eine durch die Beaufschlagung mit dem Störpotenzial bewirkte, kapazitive Beeinflussung zuverlässig von einer sogenannten Multi-Touch-Eingabe unterscheiden zu können, sind bevorzugt mehr als zehn Erhebungen 8 vorgesehen. Hier sind die Erhebungen 8 entlang einer Parallelen zum Außenumfang der Detektionsfläche 2 verteilt angeordnet, wobei an zwei gegenüberliegenden Flanken der Detektionsfläche 2 jeweils mehr als fünf Erhebungen 8 vorgesehen sind. Hier unterscheiden sich wenigstens zwei der Erhebungen 8 in wenigstens einer zur Detektionsfläche 2 parallelen Richtung bestimmten Abmessung. Ein jeweils von der Erhebung 8 eingehaltener Minimalabstand zur Detektionsfläche 2 ist für die Mehrzahl der Erhebungen 8 identisch. Der Abstand zwischen nächstbenachbarten Erhebungen 8 ist für die Mehrzahl der Erhebungen 8 ungleichmäßig gewählt. Dadurch wird das durch die mit dem Störpotenzial beaufschlagten Erhebungen 8 erzeugte Muster örtlicher, durch die Detektionseinrichtung 3 detektierter Beeinflussungen besonders charakteristisch.
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Erfindungsgemäß ist die Auswerteinheit 4 ausgebildet, das Detektionsergebnis für den Fall zu verwerfen, dass eine örtliche Mindestübereinstimmung der Lagen der als beeinflusst detektierten Messfelder mit den Lagen der spezifischen, durch die Erhebungen 8 beeinflussten Messfelder vorliegt. Dies wird als eine Beaufschlagung der leitfähigen Abschirmschicht 5 mit einem von dem elektrischen Abschirmpotenzial abweichenden Störpotenzial zurückgeführt und ist beispielsweise Resultat einer unterbrochenen elektrischen Verbindung zwischen der Abschirmschicht 5 und deren Abschirmpotenzialquelle.
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Dadurch, dass das Detektionsergebnis verworfen wird, wird eine auf der Beeinflussung durch das Störpotenzial beruhende und vermeintliche positive und falsche Detektion einer Berührung unterdrückt. Ferner wird ein Fehler betreffend die Abschirmung durch die Detektion an sich aufgedeckt und es bedarf keiner sonstigen Maßnahmen zur Überwachung der Potenzialbeaufschlagung der Abschirmschicht 5, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung.
