DE102022126778A1 - RICHTUNGSABHÄNGIGER NÄHERUNGSSENSOR FÜR GROßE ENTFERNUNGEN - Google Patents

Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren für gerichtete Näherungssensoren für große Entfernungen beschrieben. Eine Vorrichtung enthält mindestens drei Elektroden in einer Sensorschicht, eine Elektrode in einer Abschirmschicht und einen Isolator zwischen den Schichten. Eine Verarbeitungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie die mindestens drei Elektroden über einen bestimmten Zeitraum abtastet, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, während sie ein Schirmsignal an der Elektrode der Abschirmschicht erzeugt. Die Verarbeitungsvorrichtung erkennt eine Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale. Die Verarbeitungsvorrichtung misst einen Amplitudenwert des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden und gibt eine Anzeige der Geste in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert aus, der ein erstes Schwellenwertkriterium erfüllt, das repräsentiert, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht befindet.

Description

• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Erfassungssysteme, insbesondere auf Näherungserfassungssysteme, die so konfiguriert werden können, dass sie Gesten in einer bestimmten Richtung und in einem großen Abstand erkennen.
• Näherungserfassungssysteme können verwendet werden, um ein Vorhandensein und/oder eine Geste eines Objekts in der Nähe zu erkennen. Diese Näherungserfassungssysteme können kapazitive Erfassung, Ultraschallerfassung, Infrarot (IR)-Näherungserfassung, Radarerfassung und Schallerfassung (z.B. Mikrofon) verwenden. Die kapazitive Näherungserfassung kann eine Benutzeroberfläche für verschiedene Verbrauchergeräte (z.B. intelligente Lautsprecher, Laptops, Tablets, Mobiltelefone, Spielzeuge, Geräte usw.) verbessern, indem sie dem Benutzer eine intuitive Möglichkeit zur Interaktion mit dem Verbrauchergerät bietet. In diesen Anwendungen können Näherungssensoren eingesetzt werden, um Gesten zu erkennen, ohne dass ein physischer Kontakt zwischen dem Benutzer und dem Verbrauchergerät besteht.
• Kapazitätserfassungssysteme können elektrische Signale erfassen, die an Elektroden erzeugt werden und Änderungen der Kapazität widerspiegeln. Solche Kapazitätsänderungen können auf ein Berührungsereignis hinweisen (d.h. auf die Nähe eines Objekts zu bestimmten Elektroden). Kapazitive Sensorelemente können als Ersatz für mechanische Tasten, Knöpfe und ähnliche mechanische Bedienelemente verwendet werden. Die Verwendung eines kapazitiven Sensorelements macht komplizierte mechanische Schalter und Taster überflüssig und ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb unter rauen Bedingungen. Darüber hinaus sind kapazitive Sensorelemente in modernen Kundenanwendungen weit verbreitet und bieten neue Optionen für Benutzerschnittstellen in bestehenden Produkten. Kapazitive Sensorelemente können von einer einzelnen Taste bis hin zu einer großen Anzahl von Elementen reichen, die in Form einer kapazitiven Sensoranordnung für eine berührungsempfindliche Oberfläche angeordnet sind.
• Anordnungen von kapazitiven Sensorelementen funktionieren, indem sie die Kapazität eines kapazitiven Sensorelements messen und nach einem Delta (Änderung) in der Kapazität suchen, das eine Berührung oder das Vorhandensein eines leitenden Objekts anzeigt. Wenn ein leitfähiges Objekt (z.B. ein Finger, eine Hand oder andere Objekte) mit einem kapazitiven Sensorelement in Berührung kommt oder sich in dessen Nähe befindet, ändert sich die Kapazität, und das leitfähige Objekt wird erkannt. Eine elektrische Schaltung kann die Kapazitätsänderungen der kapazitiven Berührungssensorelemente messen, und die elektrische Schaltung wandelt die gemessenen Kapazitäten der kapazitiven Sensorelemente in digitale Werte um.
• Es gibt zwei typische Kapazitätsarten: 1) gegenseitige Kapazität, bei der die Kapazitätserfassungsschaltung mit beiden Elektroden und einer Treiber/Empfänger-Konfiguration gekoppelt ist, um die Kapazität zwischen den Elektroden zu messen; 2) Eigenkapazität, bei der die Kapazitätserfassungsschaltung mit einer einzelnen Elektrode des Kondensators gekoppelt ist, wobei die zweite Elektrode mit einem Gleichspannungspegel verbunden ist oder parasitär mit Erde gekoppelt ist. Ein Touchpanel hat eine verteilte Last aus den Kapazitäten der beiden Typen 1) und 2), und einige Touchlösungen erfassen beide Kapazitäten entweder einzeln oder in hybrider Form mit ihren verschiedenen Erfassungsmodi.
• Eine Aufgabe besteht darin, bekannte Ansätze zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
• Diese hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der nachfolgenden Lösungen basieren. Insbesondere können Kombinationen der nachfolgenden Merkmale eingesetzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale der Vorrichtung können mit (einem) beliebigen Merkmal(en) des Verfahrens bzw. einer integrierten Schaltung oder umgekehrt kombiniert werden.
• Zur Lösung wird eine Vorrichtung angegeben, die Folgendes umfasst:
• - eine Sensorschicht mit mindestens drei Elektroden, die in einer ersten Ebene angeordnet sind;
• - eine Abschirmschicht mit einer Elektrode, die in einer zweiten Ebene parallel zu der ersten Ebene angeordnet ist;
• - einen Isolator, der sich zwischen der Sensorschicht und der Abschirmschicht befindet;
• - eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit den mindestens drei Elektroden und der Elektrode gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist zum
  • - Abtasten der mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, während ein Schirmsignal auf die Elektrode der Abschirmschicht gegeben wird;
  • - Erkennen einer Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale;
  • - Messen eines Amplitudenwertes des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden;
  • - Ausgeben einer Anzeige der Geste als Reaktion auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein erstes Schwellenwertkriterium, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht befindet.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Erhöhungen in dem gefilterten Signal;
• - Erkennen der Geste als Reaktion darauf, dass mindestens die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal;
• - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder
• - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, in Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen;
• - Zurücksetzen des Basislinienwertes, wenn die Anzeige ausgegeben oder keine Geste erkannt wird.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal; und
• - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich, der Folgendes umfasst:
  • - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt;
  • - einen zweiten Datenpunkt, bei dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jeden der erfassten Signalbereiche zu Folgendem dient:
• - Bestimmen von X- und Y-Positionen für jede Abtastung zwischen dem ersten Index und dem letzten Index;
• - Annähern von Abhängigkeiten zwischen den X-Positionen und den Indizes und von Abhängigkeiten zwischen den Y-Positionen und den Indizes mit Hilfe von Geraden;
• - Berechnen von Differenzen zwischen einer ersten angenäherten Position und einer letzten angenäherten Position für beide Richtungen;
• - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllen; oder
• - Bestimmen, dass es sich bei der Geste um eine Klickgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllen.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für jeden der erfassten Signalbereiche zu Folgendem dient:
• - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen Wert des zweiten gefilterten Signals in Reaktion auf eine Differenz der Werte des ersten gefilterten Signals und des zweiten gefilterten Signals bei einem Index, der ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung eine Kapazitätserfassungsschaltung für jede der mindestens drei Elektroden umfasst, um digitale Werte des digitalen Signals zu bestimmen, wobei die digitalen Werte Eigenkapazitätswerte der jeweiligen Elektrode über den Zeitraum darstellen, während das Schirmsignal auf die Elektrode der Abschirmschicht geleitet wird.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Sensorschicht Folgendes umfasst:
• - eine erste Elektrode, die sich auf einer ersten Seite der Vorrichtung befindet;
• - eine zweite Elektrode, die sich auf einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite befindet;
• - eine dritte Elektrode, die sich auf einer dritten Seite der Vorrichtung befindet; und
• - eine vierte Elektrode, die sich auf einer vierten Seite gegenüber der dritten Seite befindet, wobei die Elektrode eine planare Elektrode ist, die sich unterhalb der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrode befindet.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für Folgendes ausgebildet ist:
• - Erkennen der Geste des Objekts innerhalb eines maximalen Abstands von 15 Zentimetern über der ersten Ebene;
• - Unterscheiden zwischen der Nähe eines Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorebene befindet, und der Nähe eines Objekts, das sich direkt über der Sensorebene befindet.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung für Folgendes ausgebildet ist:
• - Erkennen eines Vorhandenseins eines zweiten Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorschicht befindet, wobei das zweite Objekt ein geerdetes oder erdfreies Metallobjekt ist, das in der Nähe der Vorrichtung gesetzt oder entfernt wird;
• - dynamisches Aktualisieren der Basislinienwerte der mindestens drei Elektroden in Reaktion auf die digitalen Signale, die ein Schwellenwertkriterium erfüllen, wobei die Basislinienwerte nicht größer sind als ein niedrigster Wert im digitalen Signal.
• Weiterhin wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:
• - Abtasten von mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, wobei sich die mindestens drei Elektroden in einer ersten Ebene befinden;
• - Ansteuern einer Elektrode mit einem Schirmsignal über den Zeitraum, wobei die Elektrode in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene angeordnet ist;
• - Erkennen einer Geste durch ein Objekt unter Verwendung der digitalen Signale;
• - Messen eines Amplitudenwertes des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden;
• - Ausgeben einer Anzeige der Geste in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein Schwellenwertkriterium erfüllt, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserfassungsbereichs oberhalb der ersten Ebene befindet.
• Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner für jedes der digitalen Signale umfasst:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort ,IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Anstiege im gefilterten Signal;
• - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal;
• - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder
• - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
• Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner für jedes der digitalen Signale umfasst:
• - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen; und
• - Zurücksetzen des Basislinienwertes als Reaktion auf die Ausgabe der Anzeige oder ein Nicht-Erkennen einer Geste.
• Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner für jedes der digitalen Signale umfasst:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal;
• - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich umfassend:
  • - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt;
  • - einen zweiten Datenpunkt, an dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.
• Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner für jeden der Signalbereiche Folgendes umfasst:
• - Bestimmen von X- und Y-Positionen für jede Abtastung zwischen dem ersten Index und dem letzten Index;
• - Annähern von Abhängigkeiten zwischen den X-Positionen und den Indizes sowie von Abhängigkeiten zwischen den Y-Positionen und den Indizes durch Geraden;
• - Berechnen von Differenzen zwischen einer ersten angenäherten Position und einer letzten angenäherten Position für beide Richtungen;
• - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die Unterschiede in beiden Richtungen ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllen; oder
• - Bestimmen, dass es sich bei der Geste um eine Klickgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllen.
• Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner für jeden der Signalbereiche Folgendes umfasst:
• - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen Wert des zweiten gefilterten Signals in Reaktion auf eine Differenz der Werte des ersten gefilterten Signals und des zweiten gefilterten Signals bei einem Index, der ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt.
• Auch wird eine integrierte Schaltung vorgeschlagen, die Folgendes umfasst:
• - eine Näherungserfassungsschaltung zum Abtasten von mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, während ein Schirmsignal auf eine Elektrode gegeben wird, wobei die mindestens drei Elektroden in einer Sensorschicht in einer ersten Ebene angeordnet sind und die Elektrode in einer Abschirmschicht angeordnet ist;
• - eine Verarbeitungsschaltung, die mit der Näherungserfassungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist zum
  • - Erkennen einer Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale;
  • - Messen eines Amplitudenwerts des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden;
  • - Ausgeben einer Anzeige der Geste als Reaktion auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein erstes Schwellenwertkriterium, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht befindet.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsschaltung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Erhöhungen in dem gefilterten Signal;
• - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal;
• - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, wenn die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder
• - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, in Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
• Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsschaltung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient:
• - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten;
• - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal;
• - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich, der Folgendes umfasst:
  • - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt; und
  • - einen zweiten Datenpunkt, an dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden weiter ausgeführt im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
• 1A zeigt ein elektronisches Gerät mit einem gerichteten Näherungssensor gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 1B ist ein Blockdiagramm eines Schichtenaufbaus eines gerichteten Näherungssensors gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 1C zeigt eine perspektivische Ansicht eines gerichteten Näherungssensors gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 1D zeigt eine Draufsicht auf einen gerichteten Näherungssensor gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 2A zeigt einen Näherungserfassungsbereich eines gerichteten Näherungssensors gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 2B zeigt den Näherungserkennungsabstand des gerichteten Näherungssensors aus 2A gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 2C zeigt ein Metallobjekt in der Nähe des gerichteten Näherungssensors von 2A gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 2D zeigt eine Geste durch ein Objekt, das in einem Näherungserkennungsbereich gemäß mindestens einer Ausführungsform erkannt wird.
• 2D zeigt eine Geste durch ein Objekt, das außerhalb des Näherungserkennungsbereichs erkannt wird, gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Gestenerkennung gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 4A ist ein Diagramm einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit für die Erkennung von Signalanhebungen und die Aktualisierung einer Basislinie in dem Verfahren von 3 gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 4B ist ein Diagramm einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit für die Erkennung von Signalabfällen in dem Verfahren von 3 gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Gestenerkennung gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 6A ist ein Diagramm einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit zur Aktualisierung einer Basislinie in dem Verfahren von 5 gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 6B ist ein Diagramm einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit zur Erfassung eines Signalbereichs für die Näherungserkennung in dem Verfahren von 5 gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung von Wischgesten gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 8A zeigt einen gerichteten Näherungssensor mit vier Elektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 8B zeigt einen gerichteten Näherungssensor mit vier Elektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 8C zeigt einen gerichteten Näherungssensor mit sechzehn Elektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 9 ist ein Diagramm einer geradlinigen Annäherung zwischen X-Positionen und Abtastungs-Indizes gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 10A ist ein Diagramm eines 8-fachen Single-Touch-Gestenerkennungsschemas gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 10B ist ein Diagramm eines 4-Wege-Schemas zur Erkennung von Single-Touch-Gesten gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• 11 ist ein Blockdiagramm einer integrierten Schaltung mit einer Kapazitätserfassungsschaltung und einer Verarbeitungsschaltung gemäß mindestens einer Ausführungsform.
• Wie oben beschrieben, kann die kapazitive Näherungserfassung eine Benutzeroberfläche für verschiedene Verbrauchergeräte (z.B. intelligente Lautsprecher, Laptops, Tablets, Mobiltelefone, Spielzeuge, Geräte usw.) verbessern, indem sie dem Benutzer eine intuitive Möglichkeit zur Interaktion mit dem Verbrauchergerät bietet. In diesen Anwendungen können Näherungssensoren eingesetzt werden, um Gesten zu erkennen, ohne dass ein physischer Kontakt zwischen dem Benutzer und dem Verbrauchergerät besteht. Bei kapazitiven Näherungssensoren gibt es einige Probleme. Zu den größten Herausforderungen gehören das Erreichen eines großen Näherungserfassungsabstands und die Unterscheidung zwischen der Nähe eines Objekts im Umfeld (z.B. nicht direkt über dem Sensor) und der Nähe eines Objekts über dem Sensor in einer bestimmten Erfassungszone oder mit Richtwirkung. Es ist auch eine Herausforderung, eine robuste Lösung zu finden, wenn ein geerdeter oder schwebender Metallgegenstand in der Nähe des Näherungssensors angebracht oder entfernt wird oder wenn verschiedene Störquellen den Näherungssensor umgeben.
• Ein herkömmlicher Näherungssensor erkennt eine Annäherungsgeste, indem er die Differenzzählung zwischen zwei Näherungssensoren in Abhängigkeit von der Zeit vergleicht. Wenn zum Beispiel eine Wischbewegung von links nach rechts (auch als Schnippgeste oder Bewegungsgeste bezeichnet) in der X-Achse ausgeführt wird, ändert sich das Signal der beiden Näherungssensoren so, dass zuerst der erste Näherungssensor und dann der zweite Näherungssensor ausgelöst wird. Dieses Auslösemuster kann ermittelt werden, um die Geste zu interpretieren. Dieses Verfahren kann auch auf die beiden Näherungssensoren in der Y-Achse angewendet werden. Herkömmliche Näherungssensoren haben einen geringen Erfassungsbereich für Gesten, z.B. weniger als ein paar Zentimeter. Herkömmliche Näherungssensoren können die Nähe eines Objekts um die Sensoren herum nicht von der eines Objekts über den Sensoren unterscheiden und funktionieren nicht, wenn ein geerdeter/schwebender Metallgegenstand in die Nähe des Näherungssensors gebracht oder aus der Nähe entfernt wird.
• Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen überwinden die oben beschriebenen Mängel und andere, indem sie eine gerichtete Näherungslösung bereitstellen, die Gesten nur für Objekte meldet, die in einem bestimmten Bereich (hier auch als Erkennungszone oder Näherungserkennungsbereich bezeichnet) oberhalb einer Sensorschicht erkannt werden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können den Näherungserkennungsabstand zur robusten Erkennung von Gesten auf bis zu 15 Zentimeter erhöhen. Der Näherungserkennungsabstand kann größer sein als der Durchmesser eines Näherungssensors. Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können ein robustes System bereitstellen, das funktioniert, wenn ein geerdeter/schwebender Metallgegenstand in die Nähe des Näherungssensors gebracht oder aus der Nähe entfernt wird. Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können in Umgebungen mit unterschiedlichen Störquellen rund um den Näherungssensor robust funktionieren. In mindestens einer Ausführungsform ist der Näherungssensor ein gerichteter kapazitiver Näherungssensor, der auf Eigenkapazitätserfassung, Näherungssignalverarbeitung und Gestenerkennung basiert. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der gerichtete kapazitive Näherungssensor eine Reihe von Elektroden in einer Sensorschicht und eine aktive Schirmelektrode in einer Abschirmschicht mit einem Isolator zwischen der Sensor- und der Abschirmschicht. Der gerichtete kapazitive Näherungssensor kann zum Beispiel vier Elektroden in der Sensorschicht enthalten, eine Elektrode pro Seite der Sensorschicht. Diese vier Elektroden können so gebogen werden, dass sie einen Kreis aus vier Sensorelektroden auf einer kreisförmigen Oberfläche einer Vorrichtung bilden. Die aktive Schirmelektrode kann eine planare Elektrode sein, die sich gegenüber der kreisförmigen Fläche mit den vier Sensorelektroden befindet.
• Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können eine Touch-Benutzerschnittstelle für eine Vielzahl von Geräten (z.B. intelligente Lautsprecher, Laptops, Tablets, Mobiltelefone, Spielzeuge, Geräte und dergleichen) verbessern, indem sie dem Benutzer eine intuitive Möglichkeit bieten, mit dem Gerät zu interagieren, während sie den Abstand für die Näherungserkennung erhöhen, der Näherungserfassung innerhalb eines bestimmten Bereichs eine Richtungsabhängigkeit verleihen und eine Näherungserkennung in Gegenwart von Metallobjekten oder anderen Störquellen in der Nähe des Gerätes ermöglichen. Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können einen alternativen Weg bieten, um eine Berührungsaktivierung in stark frequentierten Bereichen zu ermöglichen, in denen klassische Schaltersteuerungsmechanismen zu Kontaminationspunkten für Schmutzansammlungen und Keime geworden sind. Aspekte der vorliegenden Offenbarung von Ausführungsformen können eine „Wake-on-Approach“-Funktion für ein Gerät ermöglichen, um die niedrigste Systemleistung zu erreichen, indem die Näherungssensoren als System-Wake-Quellen verwendet werden.
• 1A zeigt ein elektronisches Gerät 100 mit einem gerichteten Näherungssensor 102 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das elektronische Gerät 100 kann ein drahtloser Lautsprecher oder ein beliebiges Gerät sein. Der gerichtete Näherungssensor 102 kann abgeschirmte kapazitive Sensoren mit offenem Feld verwenden, um die Nähe eines Objekts und Annäherungsgesten zu erkennen. Der gerichtete Näherungssensor 102 umfasst insbesondere eine Sensorschicht 104, eine Abschirmschicht 106, einen Isolator 108 und eine Verarbeitungsvorrichtung 110.
• Die Sensorschicht 104 umfasst vier Elektroden 112, 114, 116, 118, die in einer ersten Ebene auf einer ersten Seite des elektronischen Gerätes 100 angeordnet sind. Der Isolator 108 kann sich zwischen der Sensorschicht 104 und der Abschirmschicht 106 befinden (auch als aktive Abschirmschicht bezeichnet, da sie mit einem Schirmsignal angesteuert wird). Der Isolator 108 kann ein Textolith (auch als TCF bezeichnet) einer Leiterplatte sein. Alternativ können auch andere Arten von Isolatoren verwendet werden. Die Abschirmschicht 106 enthält eine Schirmelektrode 119 (Platte oder ein anderer Leiter), die in einer zweiten Ebene parallel zur Sensorschicht 104 in der ersten Ebene angeordnet ist. Die Verarbeitungsvorrichtung 110 ist mit 112, 114, 116, 118 und der Schirmelektrode 119 verbunden. Die Verarbeitungsvorrichtung 110 ist so ausgebildet, dass sie die vier Elektroden 112, 114, 116, 118 über einen bestimmten Zeitraum abtastet, um ein digitales Signal für jede der vier Elektroden 112, 114, 116, 118 zu erhalten, während sie ein Abschirmsignal an der Schirmelektrode 119 der Abschirmschicht 106 erzeugt. Bei den digitalen Signalen kann es sich um eine Folge von digitalen Werten (auch Zählwerte genannt) handeln, die von der Kapazitätserfassungsschaltung gemessen werden. Die digitalen Werte des digitalen Signals können die gemessene Kapazität der Elektrode darstellen.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 110 erkennt eine Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale. Im Rahmen der Gestenerkennung misst die Verarbeitungsvorrichtung 110 einen Amplitudenwert des digitalen Signals für jede der vier Elektroden 112, 114, 116, 118. Die Verarbeitungsvorrichtung 110 gibt eine Anzeige der Gesten in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert aus, der ein erstes Schwellenwertkriterium erfüllt. Das erste Schwellenwertkriterium stellt dar, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht 104 befindet, wie in den 2A-2E näher beschrieben.
• In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 110 eine Näherungserfassungsschaltung, die digitale Signale erzeugt, und ein Verarbeitungselement, das die digitalen Signale verarbeitet, um das Vorhandensein eines Objekts und eine Geste des Objekts über dem gerichteten Näherungssensor 102 zu erkennen. In mindestens einer Ausführungsform kann die Verarbeitungsvorrichtung 110 einen kapazitätserfassenden (CapSense) Sigma-Delta (CSD)-Erfassungskanal verwenden. In einer anderen Ausführungsform kann die Verarbeitungsvorrichtung 110 andere Kapazitätserfassungskanäle verwenden, um die Eigenkapazität der Elektroden 112, 114, 116, 118 zu messen, z.B. Standard-ADC, SAR-ADC (Successive Approximation Register) oder andere Arten von Ladungs-Digital-Wandlern (CDCs). Alternativ kann die Verarbeitungsvorrichtung 110 auch die gegenseitige Kapazität eines Schnittpunkts zwischen zwei Elektroden messen. Die Elektroden 112, 114, 116, 118 können Teil eines Benutzereingabegerätes sein. In anderen Ausführungsformen können die Elektroden 112, 114, 116, 118 Berührungssensoren mit organischen Leuchtdioden (OLED), Berührungs- und Display-Integrationssensoren (TDDI) oder dergleichen sein. Obwohl hier verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf die Kapazitätserfassung beschrieben werden, können die hier beschriebenen Ausführungsformen auch mit anderen Sensortypen verwendet werden, z.B. mit Impedanzsensoren, Induktionssensoren, induktiven Schwingungssensoren, Ultraschallerfassung, Infrarot-(IR)-Näherungserfassung, Radarerfassung und Schallerfassung (z.B. Mikrofone).
• In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 110 einen Touch-Controller, der mit den Elektroden 112, 114, 116, 118 und der Schirmelektrode 119 verbunden ist. Die Elektroden 112, 114, 116 und 118 bilden Berührungssensoren (auch „Einheitszelle“ oder Sensorzellen genannt), wenn sie mit dem Touch-Controller gekoppelt sind. Der Touch-Controller kann die Sensorkapazität, C_s, eines jeden Berührungssensors messen. Der Touch-Controller umfasst einen oder mehrere Empfänger (RX)-Erfassungskanäle, um die Kapazität der Berührungssensoren zu messen. Der Touch-Controller kann eine Multiplexschaltung (z.B. TX/RX-Multiplexer) enthalten, um einen oder mehrere Berührungssensoren mit einem oder mehreren RX-Erfassungskanälen zu verbinden.
• In mindestens einer Ausführungsform verwendet der Touch-Controller abgeschirmte kapazitive Sensoren. In dieser Ausführungsform enthält der Touch-Controller eine Schirmquelle, die ein Schirmsignal (V_SH) erzeugt. Die Schirmquelle kann programmiert werden, um die Amplitude, die Phase oder beides einzustellen. Der Touch-Controller kann einen Schirmtreiber enthalten, um die Schirmelektrode 119 mit dem Schirmsignal anzusteuern. Der Touch-Controller kann auch eine Erregungsquelle enthalten, die ein Erregungssignal (V_EX) erzeugt. Das Erregungssignal kann auch als Sendesignal (TX) bezeichnet werden. Die RX-Erfassungskanäle können das Erregungssignal (V_EX) zur Messung der Kapazität, z.B. der Eigenkapazität oder der gegenseitigen Kapazität, verwenden. Die RX-Erfassungskanäle können ein Erfassungssignal von einem Berührungssensor empfangen. Die RX-Erfassungskanäle können einen Analog-DigitalWandler (ADC) enthalten, der ein digitales Signal erzeugt. Die RX-Erfassungskanäle können andere Arten von Erfassungskanälen umfassen, wie CSD, Standard-ADC, SAR-ADC (Successive Approximation Register) oder andere Arten von Ladungs-Digital-Wandlern (CDCs). Der Touch-Controller kann eine Verarbeitungslogik enthalten, um das digitale Signal zur Näherungserkennung, Gestenerkennung oder dergleichen weiterzuverarbeiten. Wie oben beschrieben, kann der Touch-Controller je nach Ausführung mit geschirmten oder nicht geschirmten kapazitiven Sensoren verwendet werden.
• 1B ist ein Blockdiagramm eines Schichtenaufbaus 120 eines gerichteten Näherungssensors gemäß mindestens einer Ausführungsform. Der Stapel 120 umfasst eine Sensorschicht 104, eine Abschirmschicht 106 und einen Isolator 108, der sich zwischen der Sensorschicht 104 und der Abschirmschicht 106 befindet. Der Stapel 120 kann sich über einer Grundplatte 140 befinden, z.B. einer Grundplatte einer Leiterplatte, auf der sich die Verarbeitungsvorrichtung 110 oder andere Elektronik befindet, wie in 1C dargestellt.
• 1C zeigt eine perspektivische Ansicht eines gerichteten Näherungssensors 130 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Grundplatte 140 befindet sich in einer dritten Ebene, während die Schirmelektrode 119 in einer zweiten Ebene und die Elektroden 132, 134, 136, 138 in einer ersten Ebene angeordnet sind, wie in 1D dargestellt. Die drei Ebenen sind parallel zueinander. Die Schirmelektrode 119 und die Elektroden 132, 134, 136, 138 sind durch einen Isolator 108 getrennt. Zwischen der Grundplatte 140 und der Schirmelektrode 119 in der Abschirmschicht 106 befindet sich ein Spalt 142. Der Spalt 142 kann ein Luftspalt sein. Der Spalt 142 kann einen weiteren Isolator enthalten. In anderen Ausführungsformen gibt es keine Grundplatte 140.
• 1D zeigt eine Draufsicht auf den Richtungs-Näherungssensor 130 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die erste Elektrode 132 befindet sich auf einer ersten Seite einer Vorrichtung, die dritte Elektrode 136 auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite. Die zweite Elektrode 134 befindet sich auf einer dritten Seite der Vorrichtung, und die vierte Elektrode 138 befindet sich auf einer vierten Seite gegenüber der dritten Seite. Die Elektroden 132-138 sind gebogene vierseitige Formen, die sich um den Umfang der Vorrichtung wölben. Alternativ können auch zusätzliche Elektroden verwendet werden, wie in der Abbildung mit den Elektroden 122, 124 und 126 dargestellt. Diese Elektroden können für andere Funktionen wie Redundanz, Lokalisierung von benachbarten Rauschquellen oder dergleichen verwendet werden.
• Wie oben beschrieben, können die vier Elektroden (oder eine beliebige Anzahl von Elektroden), die sich auf einer ersten Ebene befinden, und eine Schirmelektrode, die sich auf einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene befindet, zur Näherungserkennung innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der ersten Ebene verwendet werden, wie in den 2A-2E dargestellt und beschrieben, während Objekte und Gesten, die außerhalb des Näherungserkennungsbereichs erkannt werden, zurückgewiesen werden.
• 2A zeigt einen Näherungserfassungsbereich 202 eines gerichteten Näherungssensors 200 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Der gerichtete Näherungssensor 200 ähnelt dem gerichteten Näherungssensor 102 von 2A oder dem gerichteten Näherungssensor 130 der 1C-1D. Der gerichtete Näherungssensor 200 verfügt über einen Sensorbereich 210, in dem Objekte erkannt werden können. Der Näherungserkennungsbereich 202 ist ein Bereich oberhalb der Sensorschicht, in dem Objekte und Gesten erkannt und gemeldet werden. Objekte und Gesten, die außerhalb des Näherungserkennungsbereichs 202 erkannt werden, werden nicht gemeldet.
• Wie oben beschrieben, misst die Verarbeitungsvorrichtung 110 im Rahmen der Gestenerkennung einen Amplitudenwert des digitalen Signals für jede der vier Elektroden 112-118 (oder 132-138). Die Verarbeitungsvorrichtung ermittelt einen höchsten Amplitudenwert und einen niedrigsten Amplitudenwert der digitalen Signale. Die Verarbeitungsvorrichtung ermittelt ein Verhältnis zwischen dem höchsten Amplitudenwert und dem niedrigsten Amplitudenwert und bestimmt, ob das Verhältnis ein erstes Schwellenwertkriterium erfüllt. So kann beispielsweise ein Gestenzurückweisungsverfahren ausgeführt werden, wenn eine Geste von der Seite des gerichteten Näherungssensors 200 erkannt wird. Das Gestenzurückweisungsverfahren kann unerwünschte Gesten von der Seite des gerichteten Näherungssensors 200 zurückweisen. Das Verhältnis kann einem Winkel (z.B. 40-60 Grad) zur ersten Ebene entsprechen. In mindestens einer Ausführungsform kann die Verarbeitungsvorrichtung eine Geste ablehnen, wenn $$\frac{2\cdot maxSignalAmplitude}{minSignalAmplitude}\ge maxMinRatio,$$

  

  $$mitmaxSignalAmplitude=\underset{i}{\text{max}}\left(max{S}_i\right),$$

  

  $$undmitminSignalAmplitude=\underset{i}{\text{min}}\left(max{S}_i\right),$$

  
• Wobei maxS_i die maximalen Antwortsignale jedes Berührungssensors während einer bestimmten Zeitspanne (z.B. während der letzten 50 Abtastungen) ist. maxMinRatio ist ein einstellbarer Parameter, der einen Schwellenwert für den Näherungserkennungsbereich 202 darstellt. Die maxSignalAmplitude ist der höchste Amplitudenwert, und die minSignalAmplitude ist der niedrigste Amplitudenwert der digitalen Signale. Dabei wird die maximale Signalamplitude mit zwei multipliziert. In anderen Ausführungsformen kann maxMinRatio durch zwei geteilt werden. In anderen Ausführungsformen kann der Schwellenwert auch in Bezug auf die Annahme von Gesten oder die Zulassung von Gesten anstelle der Ablehnung von Gesten definiert werden. So kann die Verarbeitungsvorrichtung beispielsweise eine Geste erkennen und melden, wenn $$\frac{2\cdot maxSignalAmplitude}{minSignalAmplitude}<maxMinRatio.$$

  
• Alternativ könnte das spezifische Schwellenwertkriterium auch auf andere Weise definiert werden. Der Näherungserkennungsbereich 202 kann Schutz vor geerdeten Metallobjekten oder schwebenden Metallobjekten bieten, die in der Nähe des gerichteten Näherungssensors 200 angebracht oder entfernt werden, z.B. an den seitlichen Seiten des gerichteten Näherungssensors 200, wie in 2C dargestellt.
• Wie hier beschrieben, haben herkömmliche Näherungssensoren einen Gestenerkennungsabstand, der ungefähr dem Abstand der kürzesten Elektrode entspricht (z.B. ein typischer Wert ist 2,5 Zoll). Der gerichtete Näherungssensor 200 kann einen größeren Näherungserkennungsabstand (auch als Gestenerkennungsabstand bezeichnet) erreichen, wie in 2B dargestellt.
• 2B zeigt einen Näherungserkennungsabstand 204 des gerichteten Näherungssensors 200 von 2A gemäß mindestens einer Ausführungsform. In mindestens einer Ausführungsform vergrößert der gerichtete Näherungssensor 200 den Näherungserkennungsabstand 204 durch Eigenkapazitätserfassung und die Schirmelektrode 119. Der Näherungserkennungsabstand 204 kann größer sein als ein Durchmesser 212 des Näherungserkennungsabstands 204. In einigen Ausführungsformen beträgt der Näherungserkennungsabstand 204 bis zu 15 Zentimeter. In anderen Ausführungsformen kann mit größeren Elektroden ein größerer Näherungserkennungsabstand erreicht werden. Der gerichtete Näherungssensor 200 kann Gesten innerhalb des Näherungserkennungsabstands 204 und des Näherungserkennungsbereichs 202 erkennen.
• Die vorgeschlagene richtungsabhängige kapazitive Näherungslösung nutzt das Self-Cap-Erfassungsverfahren:
• 2C zeigt ein Metallobjekt 206 in der Nähe des gerichteten Näherungssensors 200 von 2A gemäß mindestens einer Ausführungsform. Da sich das Metallobjekt 206 außerhalb des Näherungserkennungsbereichs 202 befindet, wird es nicht als Geste erkannt, wenn es in den Erkennungsbereich 210 gesetzt oder entfernt wird. Außerdem werden hier verschiedene Ausführungsformen der Aktualisierung und Rücksetzung der Basislinie beschrieben, die die durch das Vorhandensein des Metallobjekts 206 verursachten Auswirkungen verringern können.
• 2D zeigt eine Geste eines Objekts 208, das in einem Näherungserkennungsbereich 202 gemäß mindestens einer Ausführungsform erkannt wird. In dieser Ausführungsform ist das Objekt 208 die Hand eines Benutzers. Der gerichtete Näherungssensor 200 kann die Geste des Objekts 208 im Näherungserkennungsbereich 202 erkennen und die Geste melden. In dieser Ausführungsform ist der Näherungserkennungsbereich 202 in einem Winkel von etwa 40 bis 60 Grad zu einer Ebene der Elektroden des gerichteten Näherungssensors 200 definiert, z.B. an der Oberseite des gerichteten Näherungssensors 200. In dieser Ausführungsform reicht der gerichtete Näherungssensor 200 für den Näherungserkennungsabstand von etwa 6 bis 12 Zoll.
• 2D zeigt eine Geste durch ein Objekt 212, das außerhalb des Näherungserkennungsbereichs 202 erkannt wurde, gemäß mindestens einer Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Näherungserkennungsbereich 202 in einem Winkel von etwa 40 bis 60 Grad zu einer Ebene der Elektroden des gerichteten Näherungssensors 200 definiert, z.B. an der Oberseite des gerichteten Näherungssensors 200. In dieser Ausführungsform ist das Objekt 212 auch die Hand des Benutzers. Der gerichtete Näherungssensor 200 kann die Geste des Objekts 212 außerhalb des Näherungserkennungsbereichs 202 erkennen. Da die Geste des Objekts 212 außerhalb des Näherungserkennungsbereichs 202 liegt, wird keine Geste gemeldet.
• 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Gestenerkennung gemäß mindestens einer Ausführungsform. In einigen Ausführungsformen kann eine Verarbeitungslogik das Verfahren 300 durchführen. Die Verarbeitungslogik kann Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon umfassen. In einer Ausführungsform die Verarbeitungsvorrichtung 110 von 1. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 300 von einem Touch-Controller durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 300 von einer Näherungserfassungsschaltung und einer mit der Näherungserfassungsschaltung gekoppelten Verarbeitungsvorrichtung durchgeführt. Alternativ können auch andere Komponenten verwendet werden, um einige oder alle Vorgänge des Verfahrens 300 durchzuführen.
• Wie in 3 dargestellt, beginnt die Verarbeitungslogik das Verfahren 300 mit der Abtastung von mindestens vier Elektroden über einen bestimmten Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens vier Elektroden zu erhalten (Block 302). Obwohl mindestens drei Elektroden für die Gestenerkennung erforderlich sind, können mindestens vier Elektroden verwendet werden, um Robustheit bei einem angemessenen Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten. Wie hier beschrieben, befinden sich die mindestens vier Elektroden in einer ersten Ebene. In einer Ausführungsform steuert die Verarbeitungslogik eine Elektrode mit einem Schirmsignal über den Zeitraum an, wobei sich die Elektrode in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene befindet. Die Verarbeitungslogik misst die mit den mindestens vier Elektroden verbundenen Signale und wandelt die gemessenen Signale in digitale Signale um. Die digitalen Signale können verwendet werden, um ein Objekt und Gesten des Objekts innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs zu erkennen. Die Verarbeitungslogik kann zum Beispiel einen Amplitudenwert des digitalen Signals für jede der mindestens vier Elektroden messen. Die Verarbeitungslogik gibt eine Anzeige der Geste aus, die auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert reagiert, der ein Schwellenwertkriterium erfüllt, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der ersten Ebene befindet.
• In der dargestellten Ausführungsform filtert die Verarbeitungslogik die Abtastungsdaten (auch Rohdaten genannt), um zu erkennen und zu bestimmen, ob eine Geste gemeldet werden soll. In mindestens einer Ausführungsform filtert die Verarbeitungslogik für jedes digitale Signal jeder der mindestens vier Elektroden das digitale Signal mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR), um ein gefiltertes Signal zu erhalten (Block 304). In mindestens einer Ausführungsform kann die Filterinitialisierung für eine erste Abtastung nach der Anwendung die folgenden Gleichungen verwenden: $$RawDataFiltScale{d}_0=2^8\cdot RawData$$

  

  $$RawDataFil{t}_0=RawData$$

  
• Anschließend filtert die Verarbeitungslogik die Daten anhand der folgenden Gleichungen: $$\begin{array}{l}RawDataFiltScale{d}_i\\ =RawDataFiltScale{d}_{i-1}+2^{\left(8-iirShift\right)}\cdot RawData\\ -\frac{RawDataFiltScale{d}_{i-1}}{2^{iirShift}}\end{array}$$

  

  $$RawDataFil{t}_i=\frac{RawDataFiltScale{d}_i}{2^8}$$

  

  wobei iirShift ein Parameter ist, der die Filterungsrate steuert. iirShift kann programmierbar sein.
• Die Verarbeitungslogik stellt fest, ob eine Signalanhebungsbedingung erkannt wird (Blöcke 306 und 308). Die Verarbeitungslogik kann feststellen, dass eine Signalanhebungsbedingung erkannt wird, indem sie feststellt, dass eine erste Anzahl aufeinander folgender positiver Erhöhungen (auch als positive Deltas von Signalen in der Zeit bezeichnet) in dem gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt. Beispielsweise erfüllt die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium, wenn die erste Zahl gleich oder größer als eine erste Schwellenwertzahl (z.B. 7) ist, wie in 4A dargestellt.
• 4A ist ein Diagramm 400 einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit für die Erkennung von Signalanhebungen und die Aktualisierung einer Basislinie in dem Verfahren von 3, gemäß mindestens einer Ausführungsform. Wie in 4A gezeigt, erfüllt die erste Anzahl positiver Erhöhungen (positive Deltas) (z.B. 7), die im gefilterten Signal 402 erkannt werden, das zweite Schwellenwertkriterium (z.B. 7), so dass eine Signalanhebungsbedingung 404 erkannt wird (z.B. positiveDetected = 1). Wenn in Block 308 die Bedingung der Signalanhebung 404 erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik eine Aktualisierung der Basislinie durch (Block 310).
• Die Verarbeitungslogik führt die Aktualisierung der Basislinie durch, indem sie einem Mindestwert der gefilterten Daten (z.B. RawDataFilt) einen Basislinienwert zuweist. Die gefilterten Daten beginnen zu steigen und erreichen einen Wert, der über einem Schwellenwert (z.B.fingerthreshold) liegt. Der Basiswert kann aktualisiert werden, wenn der Anstieg des positiven Signals in Zählungen (positive Deltas) diesen Schwellenwert überschreitet (z.B. 10 in der dargestellten Ausführungsform). Auf diese Weise kann der Basiswert für die Erkennung einer Geste in diesem Fall festgelegt werden. In mindestens einer Ausführungsform aktualisiert die Verarbeitungslogik einen Basislinienwert auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen. Die Verarbeitungslogik kann den Basiswert wiederherstellen, wenn die Anzeige ausgegeben wird oder keine Geste erkannt wird.
• Wie in 3 dargestellt, bestimmt die Verarbeitungslogik, ob eine Signalabfallbedingung erkannt wurde (Blöcke 312 und 314). Die Verarbeitungslogik kann feststellen, dass eine Signalabfallbedingung erkannt wird, indem sie feststellt, dass eine zweite Anzahl aufeinander folgender negativer Abnahmen (auch als negative Deltas von Signalen in der Zeit bezeichnet) im gefilterten Signal ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt. Beispielsweise erfüllt die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium, wenn die zweite Zahl gleich oder größer als eine zweite Schwellenwertzahl (z.B. 7) ist, wie in 4B dargestellt.
• 4B ist ein Diagramm 450 einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit für die Erkennung von Signalabfällen in dem Verfahren von 3 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Wie in 4B gezeigt, erfüllt die zweite Anzahl negativer Abnahmen (negative Deltas) (z.B. 7), die im gefilterten Signal 402 erkannt werden, das dritte Schwellenwertkriterium (z.B. 7), so dass eine Signalabfallbedingung 454 erkannt wird (z.B. negativeDetected = 1). Wenn die Signalabfallbedingung 454 in Block 314 erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik in Block 316 eine Erkennung von Wischgesten durch. Wischgesten können auch als Schnippgesten oder Bewegungsgesten bezeichnet werden. Wenn die Signalabfallbedingung 454 in Block 314 nicht erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik in Block 320 eine Erkennung von Klickgesten durch. Klickgesten können auch als Aktivierungsgesten oder Auswahlgesten bezeichnet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Verarbeitungslogik mehrere Arten von Gesten erkennen und zwischen den verschiedenen Arten unterscheiden. Die Verarbeitungslogik kann zum Beispiel eine erste Art von Geste oder eine zweite Art von Geste auf der Grundlage der digitalen Signalverarbeitung erkennen.
• Die Verarbeitungslogik kann in den Blöcken 316 und 318 feststellen, dass die Geste eine Wischgeste ist, wenn die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt. Wenn die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium in Block 318 nicht erfüllt, geht die Verarbeitungslogik zu Block 320 über. Die Verarbeitungslogik kann in den Blöcken 320, 322 feststellen, dass die Geste eine Klickgeste ist, wenn die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
• In einer Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungslogik, wenn die Klickgeste in Block 322 oder die Wischgeste in Block 318 erkannt wird, ob die Geste zurückgewiesen werden soll, wenn sie sich nicht im Näherungserkennungsbereich befindet (Blöcke 324 und 326), wie oben in Bezug auf die 2A-2E beschrieben. Das heißt, wenn die Geste auf der Seite des Näherungssensors erkannt wird, wird die in Block 318 oder 322 erkannte Geste zurückgewiesen, und die Verarbeitungslogik meldet die Geste nicht (Block 330). Wenn die Klickgeste in Block 322 nicht erkannt wird, meldet die Verarbeitungslogik auch keine Geste (Block 330). Wenn die Geste in Block 326 innerhalb des Näherungserkennungsbereichs erkannt wird, meldet die Verarbeitungslogik die Geste (Block 328). In dieser Ausführungsform führt die Verarbeitungslogik unabhängig davon, ob die Geste in Block 328 gemeldet wird oder nicht, in Block 330 eine Basislinien-Zurücksetzung durch, um den Basislinienwert zurückzusetzen (Block 322), und das Verfahren 300 endet.
• In mindestens einer Ausführungsform können der Basislinien-Schwellenwert (fingerthreshold) und die erste Anzahl positiver Erhöhungen und die zweite Anzahl negativer Verminderungen programmierbare Parameter sein. In mindestens einer Ausführungsform können die erste Zahl und die zweite Zahl denselben programmierbaren Parameter verwenden (z.B. numberPositiveNegative). In mindestens einer Ausführungsform werden die vier Näherungssensoren regelmäßig abgefragt. Folglich gibt es vier RawData-Werte. Sie werden gefiltert (IIR), um das Rauschen zu verringern. RawDataFilt kann sich mit der Temperatur und anderen externen Geräuschen ändern und ändert sich, wenn sich ein Objekt in der Nähe des Näherungssensors befindet. Hier ist die Basislinie ein künstliches Signal (erstellt auf der Grundlage von RawDataFilt). Idealerweise sollte Baseline dem RawDataFilt folgen, bis ein Objekt in der Nähe des Näherungssensors erscheint. Die Basislinie sollte den Einfluss von Temperatur und anderen Geräuschen eliminieren. Gesten werden auf der Grundlage von Diff= RawDataFilt - Baseline (Signaländerungen vom Objekt) erkannt. Daher wird die Basislinie aktualisiert, wenn sich kein Objekt über dem Sensor befindet, und eingefroren, wenn ein Objekt vorhanden ist. FingerThreshold ist ein einstellbarer Parameter zur Erkennung von Objekten, die sich dem Sensor nähern (RawDataFilt beginnt schnell zu steigen).
• In mindestens einer Ausführungsform setzt die Verarbeitungslogik in Block 310 den Basislinienwert auf den Minimalwert für jeden der Sensoren und aktualisiert den Basislinienwert auf eine erhöhte Zahl, wenn das Signal ansteigt, so dass es höher als ein Basislinien-Schwellenwert ist (z.B. 10 in dem in 4A gezeigten Beispiel). Die Verarbeitungslogik in Block 332 setzt den Basislinienwert auf das aktuelle gefilterte Signal (RawDataFilt_i) oder auf einen Mindestwert für einen nachfolgenden Satz von Abtastungen zurück. In mindestens einer Ausführungsform lässt der Vorgang des Zurücksetzens der Basislinie nicht zu, dass der Basislinienwert größer ist als die Rohdaten, wie im folgenden Code ausgedrückt:

  
• Das Basislinien-Aktualisierungs- und -Rücksetzverfahren ermöglicht es dem gerichteten Näherungssensor, robust zu arbeiten, wenn ein geerdetes Metallobjekt oder ein schwebendes Metallobjekt in der Nähe des gerichteten Näherungssensors gesetzt oder entfernt wird.
• 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Gestenerkennung gemäß mindestens einer Ausführungsform. In einigen Ausführungsformen kann eine Verarbeitungslogik das Verfahren 500 durchführen. Die Verarbeitungslogik kann Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon umfassen. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 500 von einem Touch-Controller durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 500 von einer Näherungserfassungsschaltung und einer mit der Näherungserfassungsschaltung gekoppelten Verarbeitungsvorrichtung durchgeführt. Alternativ können auch andere Komponenten verwendet werden, um einige oder alle Vorgänge des Verfahrens 500 durchzuführen.
• Bezugnehmend auf 5, beginnt die Verarbeitungslogik das Verfahren 500 mit der Abtastung von mindestens vier Elektroden über einen bestimmten Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens vier Elektroden zu erhalten (Block 502). Wie hier beschrieben, befinden sich die mindestens vier Elektroden in einer ersten Ebene. In einer Ausführungsform steuert die Verarbeitungslogik eine Elektrode mit einem Schirmsignal über den Zeitraum an, wobei sich die Elektrode in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene befindet. Die Verarbeitungslogik misst die mit den mindestens vier Elektroden verbundenen Signale und wandelt die gemessenen Signale in digitale Signale um. Die digitalen Signale können verwendet werden, um ein Objekt und Gesten des Objekts innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs zu erkennen. Die Verarbeitungslogik kann zum Beispiel einen Amplitudenwert des digitalen Signals für jede der mindestens vier Elektroden messen. Die Verarbeitungslogik gibt eine Anzeige der Geste aus, die auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert reagiert, der ein Schwellenwertkriterium erfüllt, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der ersten Ebene befindet.
• In der dargestellten Ausführungsform filtert die Verarbeitungslogik die Abtastungsdaten (auch Rohdaten genannt) mit zwei IIR-Filtern, um zu erkennen und zu bestimmen, ob eine Geste gemeldet werden soll. In mindestens einer Ausführungsform filtert die Verarbeitungslogik für jedes digitale Signal jeder der mindestens vier Elektroden das digitale Signal mit einem ersten IIR-Filter mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten (Block 504), und mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten (Block 506). Die Verarbeitungslogik führt eine Aktualisierung der Basislinie durch (Block 508). Die Verarbeitungslogik führt die Basislinienaktualisierung durch, indem sie feststellt, ob eine Differenz der Werte des ersten gefilterten Signals und des zweiten gefilterten Signals bei einem Index ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt, und aktualisiert den Basislinienwert auf einen Wert des zweiten gefilterten Signals, der mit dem Index verbunden ist, bei dem das Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt ist, wie in 6A dargestellt. In mindestens einer Ausführungsform aktualisiert die Verarbeitungslogik die Basislinienwerte für alle Sensoren gemäß den folgenden Gleichungen: $$\left(RawDataFilt{1}_i-RawDataFilt{2}_i\right)\le updateBaselineThreshold$$

  

  $$wobei:i=\left[0;SENSOR\_NUMBER-1\right]$$

  

  updateBaselineThreshold: Die Anzahl der RawData-Daten nimmt zu, was auf ein Objekt in der Nähe des Näherungssensors hinweist.
• Basislinienaktualisierung: $$Baselin{e}_i=RawDataFilt{2}_i$$

  
• Das Basislinien-Aktualisierungsverfahren ermöglicht es dem gerichteten Näherungssensor, robust zu arbeiten, wenn ein geerdeter Metallgegenstand oder ein schwebender Metallgegenstand in der Nähe des gerichteten Näherungssensors angebracht oder entfernt wird.
• 6A ist ein Diagramm 600 einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit zur Aktualisierung einer Basislinie in dem Verfahren von 5 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Diagramm 600 zeigt ein erstes gefiltertes Signal 602 und ein zweites gefiltertes Signal 604. Der Basislinienwert wird aktualisiert, wenn die Differenz zwischen dem ersten gefilterten Signal 602 und dem zweiten gefilterten Signal bei einem bestimmten Abtastindex gleich oder kleiner als eine Basislinie 606 ist.
• Bezugnehmend auf 5, bestimmt die Verarbeitungslogik, ob ein Signalbereich zwischen dem ersten und dem zweiten gefilterten Signal erkannt wird (Blöcke 510 und 512). Die Verarbeitungslogik erkennt eine Geste als Reaktion auf den Signalbereich mit i) einem ersten Datenpunkt (erster Index), bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt, und ii) einem zweiten Datenpunkt (letzter Index), bei dem das erste gefilterte Signal kleiner oder gleich dem zweiten gefilterten Signal ist, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat. Der erste Datenpunkt ist ein erster Index des Signalbereichs, und der zweite Datenpunkt ist ein letzter Index des Signalbereichs, wie in 6B dargestellt. In mindestens einer Ausführungsform werden der erste Index und der letzte Index des Bereichs berechnet, wenn die folgenden Ausdrücke wahr sind:
• Der erste Index wird berechnet, wenn $$\left(RawDataFilt{1}_i-RawDataFilt{2}_i\right)>fingerThreshold$$
  
• Der letzte Index wird berechnet, wenn $$RawDataFilt{1}_i\le RawDataFilt{2}_i$$
  
• 6B ist ein Diagramm 650 einer Anzahl von Abtastungen über die Zeit zur Erfassung eines Signalbereichs für die Näherungserkennung in dem Verfahren von 5 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Der Signalbereich wird erkannt, wenn eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal 602 und dem zweiten gefilterten Signal 604 ein zweites Schwellenwertkriterium 612 erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt. Das zweite Schwellenwertkriterium 612 kann ein Objektschwellenwert(fingerThreshold) sein. Der Signalbereich wird erkannt, wenn der erste Datenpunkt vorhanden ist und eine nachfolgende Differenz 614 den Wert Null erreicht oder das erste gefilterte Signal 602 kleiner ist als das zweite gefilterte Signal 604, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium 612 erfüllt hat. Der Signalbereich ist definiert als ein erster Index 608 am ersten Datenpunkt, an dem das zweite Schwellenwertkriterium 612 erfüllt ist, und ein letzter Index 610 am zweiten Datenpunkt, an dem die nachfolgende Differenz 614 Null erreicht oder das erste gefilterte Signal 602 kleiner als das zweite gefilterte Signal 604 ist.
• Bezugnehmend auf 5, können die Wisch- und Klickgesten anhand der sich ändernden oder nicht ändernden Koordinaten erkannt werden, wenn der Signalbereich in Block 512 in 5 erkannt wird. Wenn in Block 512 kein Signalbereich erkannt wird, meldet die Verarbeitungslogik keine Geste (Block 522). Wenn der Signalbereich in Block 512 erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik in den Blöcken 514 und 516 eine Wischgestenerkennung durch. Wenn in Block 516 keine Wischgeste erkannt wird, führt die Verarbeitungslogik in den Blöcken 518 und 520 eine Klickgestenerkennung durch. Wenn in Block 520 keine Klickgeste erkannt wird, meldet die Verarbeitungslogik keine Geste (Block 522), und das Verfahren 500 endet. Wenn die Klickgeste in Block 520 oder die Wischgeste in Block 516 erkannt wird, meldet die Verarbeitungslogik die Geste (Block 524), und das Verfahren 500 endet.
• In mindestens einer Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungslogik für jeden der erfassten Signalbereiche X- und Y-Positionen für jede Abtastung zwischen dem ersten Index 608 und dem letzten Index 610. Die Verarbeitungslogik approximiert die Abhängigkeiten zwischen den X-Positionen und den Indizes sowie die Abhängigkeiten zwischen den Y-Positionen und den Indizes mit Hilfe von Geraden (z.B. kann eine geradlinige Approximation verwendet werden, wie in 9 dargestellt). Die Verarbeitungslogik berechnet die Unterschiede zwischen einer ersten angenäherten Position und einer letzten angenäherten Position für beide Richtungen (X- und Y-Richtung). Die Verarbeitungslogik bestimmt in Block 516, dass es sich bei der Geste um eine Wischgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllen. Das dritte Schwellenwertkriterium kann festlegen, dass die Unterschiede in beiden Richtungen einen Mindestabstand einhalten oder überschreiten. Die Verarbeitungslogik stellt in Block 520 fest, dass es sich bei der Geste um eine Klickgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllen. Weitere Einzelheiten zur Gestenerkennung mit Hilfe von Koordinaten werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7-10B beschrieben.
• 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zur Erkennung von Wischgesten gemäß mindestens einer Ausführungsform. In einigen Ausführungsformen kann eine Verarbeitungslogik das Verfahren 700 durchführen. Die Verarbeitungslogik kann Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon umfassen. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 700 von einem Touch-Controller durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 700 von einer Näherungserfassungsschaltung und einer mit der Näherungserfassungsschaltung gekoppelten Verarbeitungsvorrichtung durchgeführt. Alternativ können auch andere Komponenten verwendet werden, um einige oder alle Vorgänge des Verfahrens 700 durchzuführen.
• Bezugnehmend auf 7, beginnt die Verarbeitungslogik das Verfahren 700 mit der Berechnung der X- und Y-Positionen für jede Abtastung, bei der alle Annäherungssignale einen Objektschwellenwert (fingerThreshold) überschreiten, und speichert Abtastungs-Indizes (Block 702).
• In mindestens einer Ausführungsform berechnet die Verarbeitungslogik die X- und Y-Positionen unter Verwendung von Schwerpunktgleichungen, wie z.B. der folgenden Gleichung unter Verwendung der Näherungssignale von vier Elektroden eines gerichteten Näherungssensors 800 aus 8A: $$xPos=\frac{dif{f}_3\cdot 0+\left(dif{f}_0+dif{f}_2\right)\cdot \frac{Resolution}{2}+dif{f}_1\cdot Resolution}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}$$

  

  $$yPos=\frac{dif{f}_2\cdot 0+\left(dif{f}_1+dif{f}_3\right)\cdot \frac{Resolution}{2}+dif{f}_0\cdot Resolution}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}$$

  
• Diese Gleichungen können wie folgt vereinfacht werden: $$\{\begin{array}{c}xPos=\frac{Resolution\cdot \left(2\cdot dif{f}_1+dif{f}_0+dif{f}_2\right)}{2\cdot \left(dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3\right)}\\ yPos=\frac{Resolution\cdot \left(2\cdot dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_3\right)}{2\cdot \left(dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3\right)}\end{array}$$

  

  wobei diff_i = RawDataFilt_i - Baseline_i, i = 0, ...,3 - die Signalantwort und Auflösung ist die Sensorauflösung in Einheiten.
• 8B zeigt einen gerichteten Näherungssensor 820 mit vier Elektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform. Für den gerichteten Näherungssensor 820 können die Schwerpunktgleichungen wie folgt lauten: $$xPos=\frac{\left(dif{f}_0+dif{f}_1\right)\cdot 0+\left(dif{f}_2+dif{f}_3\right)Resolution}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}$$

  

  $$yPos=\frac{\left(dif{f}_1+dif{f}_2\right)\cdot 0+\left(dif{f}_0+dif{f}_3\right)\cdot Resolution}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}$$

  
• Diese Gleichungen können wie folgt vereinfacht werden: $$\{\begin{array}{c}xPos=\frac{Resolution\cdot \left(dif{f}_2+dif{f}_2\right)}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}\\ yPos=\frac{Resolution\cdot \left(dif{f}_0+dif{f}_3\right)}{dif{f}_0+dif{f}_1+dif{f}_2+dif{f}_3}\end{array}$$

  
• 8C zeigt einen gerichteten Näherungssensor 840 mit sechzehn Elektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform. Ähnliche Gleichungen können für die Näherungssignale der sechzehn Elektroden des gerichteten Näherungssensors 840 verwendet werden.
• Wie in 7 dargestellt, kann die Verarbeitungslogik zur Erkennung von Wischgesten Vektoren der X- und Y-Positionen unter Verwendung der obigen Schwerpunktgleichungen in Block 702 berechnen. Die Verarbeitungslogik approximiert die Abhängigkeiten zwischen X-Positionen und Indizes und die Abhängigkeiten zwischen Y-Positionen und Indizes (Block 704). Die Verarbeitungslogik approximiert die Abhängigkeit zwischen xPos und index und der Abhängigkeit zwischen yPos und index durch eine gerade Linie, wie im Folgenden beschrieben: $$posAppro{x}_i=k\cdot inde{x}_i+b$$

  
• Bei Annäherungen kann die Verarbeitungslogik die Funktion minimieren, wie nachstehend ausgedrückt: $$Q={\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}{\left(posAppro{x}_i-po{s}_i\right)}^2\to min}$$

  
• Die Verarbeitungslogik kann eine partielle Abweichung verwenden, um Parameter k und b wie folgt zu berechnen: $$\{\begin{array}{l}\frac{\partial Q}{\partial k}=2\cdot {\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}\left(k\cdot inde{x}_i+b-po{s}_i\right)\cdot inde{x}_i=0}\hfill \\ \frac{\partial Q}{\partial b}=2\cdot {\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}\left(k\cdot inde{x}_i+b-po{s}_i\right)=0}\hfill \end{array}$$

  
• Nach der Vereinfachung können die Gleichungen wie folgt ausgedrückt werden: $$\{\begin{array}{l}k\cdot {\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}inde{x}_i{}^2+b\cdot {\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}inde{x}_i}={\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}po{s}_i\cdot inde{x}_i}}\hfill \\ k\cdot {\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}inde{x}_i+N\cdot b={\displaystyle \sum _{i=0}^{N-1}po{s}_i}}\hfill \end{array}$$

  
• Aus dieser Gleichung lässt sich die folgende Gleichung ableiten: $$\{\begin{array}{c}k=\frac{N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}po{s}_i\cdot inde{x}_i-{\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}}po{s}_i\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}}}{N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i{}^2-{\left({\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}\right)}^2}}\\ b=\frac{{\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}po{s}_i\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}}inde{x}_i{}^2-{\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}}po{s}_i\cdot inde{x}_i\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}}}{N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i{}^2-{\left({\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}\right)}^2}}\end{array}$$

  
• Da die Wischgesten aufgrund von Koordinatenänderungen erkannt werden, kann die folgende Delta-Berechnung verwendet werden: $$\begin{array}{l}deltaX=XposAppro{x}_{N-1}-XposAppro{x}_0=\\ =k\cdot inde{x}_{N-1}+b-\left(k\cdot inde{x}_0+b\right)\end{array}$$

  
• Aus den beiden letztgenannten Gleichungen lassen sich die folgenden Gleichungen ableiten: $$\{\begin{array}{c}deltaX=\frac{\left(N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}xPo{s}_i\cdot inde{x}_i-{\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}xPo{s}_i\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}}}\right)\cdot \left(inde{x}_{N-1}-inde{x}_0\right)}{N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i{}^2-{\left({\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}\right)}^2}}\\ deltaY=\frac{\left(N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}yPo{s}_i\cdot inde{x}_i-{\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}yPo{s}_i\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}}}\right)\cdot \left(inde{x}_{N-1}-inde{x}_0\right)}{N\cdot {\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i{}^2-{\left({\displaystyle \sum {}_{i=0}^{N-1}inde{x}_i}\right)}^2}}\end{array}$$

  
• Beispiele für Delta-Berechnungen auf der Grundlage der geradlinigen Näherung sind in 9 dargestellt.
• 9 ist ein Diagramm 900 einer geradlinigen Annäherung 902 zwischen X-Positionen und Abtastungs-Indizes gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Diagramm 900 zeigt die Delta-Position 904 in der X-Dimension. Die Verarbeitungslogik berechnet die Delta-Position 904 anhand der obigen Gleichungen. In ähnlicher Weise berechnet die Verarbeitungslogik eine Delta-Position in der Y-Dimension unter Verwendung der obigen Gleichungen. Sobald die Delta-Positionen berechnet sind, kann die Verarbeitungslogik eine Richtung der Wischgeste unter Verwendung eines Schemas zur Erkennung mehrerer Richtungen bestimmen, wie z.B. die Schemata zur Erkennung von 8-Wege- und 4-Wege-Gesten in den 10A-10B.
• 10A ist ein Diagramm 1000 eines Schemas zur Erkennung von 8-Wege-Single-Touch-Gesten gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das 8-Wege-Single-Touch-Gesten-Erkennungsschema kann verwendet werden, um acht gerichtete Wischgesten auf der Grundlage der oben berechneten Delta-Positionen zu erkennen. Diagramm 1000 zeigt die Indizes, die eine Richtung einer Wischgeste 1006 anzeigen, einschließlich 0-7, und 8 bedeutet, dass keine Wischgesten erkannt werden. Diagramm 1000 zeigt eine Mittelkoordinate 1002, die eine vorherige Position (prevX, prevY) darstellt, und eine aktuelle Koordinate 1004, die eine aktuelle Position (currX, currY) darstellt. In diesem Beispiel wird eine Wischgeste nach Süden (4) erkannt. Die Verarbeitungslogik kann einen Winkel der Wischgeste 1006 anhand der folgenden Gleichungen bestimmen. Die Wischgeste 1006 wird als eine Wischgeste nach Süden betrachtet, die einer Richtung innerhalb eines Bereichs von ungefähr 112,5 Grad und 67,5 Grad entspricht.
• In mindestens einer Ausführungsform kann das 8-Wege-Single-Touch-Gesten-Erkennungsschema Folgendes berechnen: $$\{\begin{array}{c}deltaX=currX-prevX\\ deltaY=currY-prevY\end{array}$$

  
• Die Gleichung für die gerade Linie wird wie folgt ausgedrückt: $$y=k\cdot x+b$$

  

  wobei: $$k=\frac{currY-prevY}{currX-prevX},$$

  

  und $$angle=atan\left(k\right)$$

  
• Da die Wischgeste 1006 durch die vorherige Position an der Mittelkoordinate 1002 verläuft, können unter Verwendung der obigen Geradengleichung die folgenden Gleichungen verwendet werden. $$\begin{array}{l}prevY=k\cdot prevX+b\to \\ \to b=prevY-k\cdot prevX\to \\ \to deltaY=k\cdot deltaX\end{array}$$

  
• Jede der Wischgesten kann als Gleichungen definiert werden, die Winkelbereichen entsprechen, wie im Folgenden beschrieben: $$\{\begin{array}{ll}4:67.5°\le angle<\text{112}\text{.5}°\hfill & k\in \left(-\infty ;-2.41\right)\cup \left[2.41;+\infty \right)\hfill \\ 5:112.5°\le angle<\text{157}\text{.5}°\hfill & k\in \left[-2.41;-0.41\right)\hfill \\ 6:157.5°\le angle<202.5°\hfill & k\in \left[-0.41;0.41\right)\hfill \\ 7:202.5°\le angle<247.5°\hfill & k\in \left[0.41;2.41\right)\hfill \\ 0:247.5°\le angle<292.5°\hfill & k\in \left(-\infty ;-2.41\right)\cup \left[2.41;+\infty \right)\hfill \\ 1:292.5°\le angle<337.5°\hfill & k\in \left[-2.41;-0.41\right)\hfill \\ 2:-22.5°\le angle<22.5°\hfill & k\in \left[-0.41;0.41\right)\hfill \\ 3:22.5°\le angle<67.5°\hfill & k\in \left[0.41;2.41\right)\hfill \end{array}$$

  
• Diese Gleichungen können im Code wie folgt umgeschrieben werden:

  

  

  
• Die Gleichungen für ein 8-Wege-Single-Touch-Gesten-Schema können wie folgt ausgedrückt werden:

  

  
• 10B ist ein Diagramm 1020 eines Schemas zur Erkennung von 4-Wege-Single-Touch-Gesten gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Schema für die Erkennung von 4-Wege-Single-Touch-Gesten kann zur Erkennung von Vier-Richtungs-Wischgesten auf der Grundlage der oben berechneten Delta-Positionen verwendet werden. Diagramm 1200 zeigt die Indizes, die die Richtung einer Wischgeste angeben, einschließlich 0-3, und 4 bedeutet, dass keine Wischgesten erkannt werden. Diagramm 1020 zeigt eine Mittelkoordinate 1022, die eine vorherige Position (prevX, prevY) darstellt, und eine aktuelle Koordinate 1024, die eine aktuelle Position (currX, currY) darstellt. In diesem Beispiel wird eine Wischgeste nach oben (2) erkannt. Die Verarbeitungslogik kann den Winkel der Wischgeste anhand der folgenden Gleichungen bestimmen. Die Wischgeste nach oben entspricht einer Richtung innerhalb eines Bereichs von etwa 135 Grad und 45 Grad.
• In mindestens einer Ausführungsform kann das Schema zur Erkennung von 4-Wege-Single-Touch-Gesten die folgenden Gleichungen verwenden: $$\{\begin{array}{l}deltaY=k\cdot deltaX\hfill \\ k=\text{tan}\left(angle\right)\hfill \end{array}$$

  

  $$\{\begin{array}{ll}2:45°\le angle<135°\hfill & k\in \left(-\infty ;-1\right)\cup \left(1;+\infty \right)\hfill \\ 3:135°\le angle<225°\hfill & k\in \left[-1;1\right)\hfill \\ 0:225°\le angle<315°\hfill & k\in \left(-\infty ;-1\right)\cup \left(1;+\infty \right)\hfill \\ 1:-45°\le angle<45°\hfill & k\in \left[-1;1\right)\hfill \end{array}$$

  
• Diese als Code umgeschriebenen Gleichungen lauten wie folgt:

  
• Die Gleichungen für das 4-Wege-Single-Touch-Gesten-Schema können wie folgt ausgedrückt werden:

  
• In mindestens einer Ausführungsform kann das Wischgestenverfahren drei einstellbare Parameter haben: Auflösung, flickActiveDistanceX, und flickActiveDistanceY. Der Parameter Resolution ist die Sensorauflösung in Einheiten. Der Parameter flickActiveDistanceX ist die aktive Mindestdistanz (in Auflösungseinheiten), die in X-Richtung überschritten werden muss, damit die Bewegung als Wischgeste gewertet wird. Der Parameter flickActiveDistanceY ist die aktive Mindestdistanz (in Auflösungseinheiten), die in Y-Richtung überschritten werden muss, damit die Bewegung als Wischgeste gewertet wird.
• Bezugnehmend auf 5, kann das Klickgesten-Erkennungsverfahren in Block 518 nur ausgeführt werden, wenn die Wischgeste in Block 516 nicht erkannt wurde. Das Klickgesten-Erkennungsverfahren in Block 518 erkennt eine Klickgeste, wenn die Positionsverschiebung des Objekts über dem Näherungssensor einen Klickdistanz-Schwellenwert (maxClickDistance) während einer Zeitspanne (minClickTimeout) nach der Erkennung eines Berührungsereignisses nicht überschreitet. In mindestens einer Ausführungsform kann das Klickgesten-Erkennungserfahren in Block 518 zwei einstellbare Parameter haben, maxClickDistance, und minClickTimeout. Der Parameter maxClickDistance ist die maximale Positionsverschiebung (in Auflösungseinheiten) für ein Klickereignis. Der Parameter minClickTimeout ist die Mindestdauer in der Anzahl der Abtastungen, die ein Objekt (z.B. die Hand) über dem Näherungssensor verbleiben kann, um als Klickgeste zu gelten. Alternativ können auch andere Parameter verwendet werden, um eine Klickgeste zu klassifizieren.
• Wie oben beschrieben, kann die Verarbeitungslogik ein Gestenzurückweisungsverfahren durchführen, wenn eine Geste erkannt wird, um sicherzustellen, dass die Geste nicht von einer Seite des Näherungssensors (oder nicht innerhalb des Näherungserkennungsbereichs) stammt. Das Gestenzurückweisungsverfahren kann unerwünschte Gesten von der Seite des Näherungssensors zurückweisen, wie z.B. die Gesten der in den 2D-2E dargestellten Objekte. In mindestens einer Ausführungsform kann das Gestenzurückweisungsverfahren die nachstehende Gleichung verwenden: $$\frac{2\cdot maxSignalAmplitude}{minSignalAmplitude}\ge maxMinRatio$$

  
• wobei $$\begin{array}{l}maxSignalAmplitude=\underset{i}{\text{max}}\left(max{S}_i\right)\text{ und }minSignalAmplitude=\\ \underset{i}{\text{min}}\left(max{S}_i\right),\end{array}$$
  
• wobei maxS_i die maximalen Antwortsignale von jedem Sensor während eines bestimmten Zeitraums (z.B. während der letzten 50 Abtastungen) ist.
• Das Gestenzurückweisungsverfahren kann einen einstellbaren Parameter enthalten, maxMinRatio. Der Parameter maxMinRatio stellt ein Verhältnis dar, bei dem die Geste im Gestenerkennungsbereich oberhalb des gerichteten Näherungssensors als Geste zurückgewiesen werden soll.
• In einer anderen Ausführungsform erkennt die Verarbeitungslogik die Geste durch ein Objekt innerhalb eines maximalen Abstands von 15 Zentimetern über der Ebene der Elektroden des Näherungssensors. Die Verarbeitungslogik unterscheidet zwischen der Nähe eines Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorebene befindet, und der Nähe eines Objekts direkt über dem Sensor. In einer anderen Ausführungsform erkennt die Verarbeitungslogik ein Vorhandensein eines zweiten Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorschicht befindet. Das zweite Objekt ist ein geerdeter oder schwebender Metallgegenstand, der in der Nähe des Näherungssensors angebracht oder entfernt wird. Die Verarbeitungslogik kann die Basislinienwerte der Elektroden dynamisch aktualisieren, wenn die digitalen Signale ein Schwellenwertkriterium erfüllen. In mindestens einer Ausführungsform sind die Basislinienwerte nicht größer als der niedrigste Wert des digitalen Signals. In mindestens einer Ausführungsform aktualisiert die Verarbeitungslogik einen Basislinienwert auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen. Die Verarbeitungslogik kann den Basiswert wiederherstellen, wenn die Anzeige ausgegeben wird oder keine Geste erkannt wird.
• 11 ist ein Blockdiagramm einer integrierten Schaltung 1100 mit einer Kapazitätserfassungsschaltung 1102 und einer Verarbeitungsschaltung 1108 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1102 ist mit Elektroden und der Schirmelektrode 1104 verbunden. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1102 und die Elektroden 1104 bilden einen gerichteten Näherungssensor 1106, ähnlich dem gerichteten Näherungssensor 102 von 1A, dem gerichteten Näherungssensor 130 der 1C-1D, dem gerichteten Näherungssensor 200 der 2A-2E oder den gerichteten Näherungssensoren 800, 820, 840 der 8A-8C. Die Verarbeitungsschaltung 1108 ist mit der Kapazitätserfassungsschaltung 1102 gekoppelt. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1102 enthält einen ADC und gibt digitale Signale an die Verarbeitungsschaltung 1108 aus. Wie oben beschrieben, verarbeitet die Verarbeitungsschaltung 1108 die digitalen Signale, um Gesten zu erkennen und zu melden. Die Verarbeitungsschaltung 1108 kann die Gesten an eine Hostvorrichtung 1110 melden.
• Die integrierte Schaltung 1100 kann als Teil einer Touch-Benutzerschnittstelle für eine Vielzahl von Geräten (z.B. intelligente Lautsprecher, Laptops, Tablets, Mobiltelefone, Spielzeuge, Geräte und dergleichen) verwendet werden, indem sie dem Benutzer eine intuitive Möglichkeit bietet, mit dem Gerät zu interagieren, während sie den Näherungserkennungsabstand vergrößert, der Näherungserfassung innerhalb eines bestimmten Bereichs eine Richtungsabhängigkeit verleiht und die Näherungserkennung bei Vorhandensein von Metallobjekten oder anderen Störquellen in der Nähe des Gerätes ermöglicht. Die integrierte Schaltung 1100 kann eine alternative Möglichkeit bieten, eine Berührungsaktivierung in stark frequentierten Bereichen zu ermöglichen, in denen klassische Schaltersteuerungsmechanismen zu Kontaminationspunkten für Schmutzansammlungen und Keime geworden sind, wie z.B. Aktivierungsknöpfe für Behindertenzugänge und Aktivierungsknöpfe für Fußgängerüberwege oder dergleichen. Die integrierte Schaltung 1100 kann in verschiedenen Geräten als „Wake-on-Approach“-Funktion oder als System-Wake-Quelle verwendet werden. Das „Wake-on-Approach“ kann es einem Gerät ermöglichen, eine niedrigste Systemleistung zu erreichen. Die integrierte Schaltung 1100 kann intuitive und reaktionsschnelle Steuerungsoptionen für eine Hostvorrichtung und integrierte Bibliotheken zur Unterstützung von 2D- und 3D-Gesten bieten. Die integrierte Schaltung 1100 kann in intelligente Lautsprecher, Haushaltsgeräte, Industriegeräte, tragbare Geräte, Smart-Home-Geräte oder dergleichen integriert werden.
• Die hier beschriebenen Ausführungsformen können in verschiedenen Designs von Erfassungsarrays mit gegenseitiger Kapazität des Kapazitätserfassungssystems oder in Eigenkapazitätserfassungsarrays verwendet werden. In einer Ausführungsform erkennt das Kapazitätserfassungssystem mehrere Erfassungselemente, die in dem Array aktiviert sind, und analysiert ein Signalmuster auf den benachbarten Erfassungselementen, um Rauschen vom eigentlichen Signal zu trennen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht an eine bestimmte Kapazitätserfassungslösung gebunden und können auch mit anderen Erfassungslösungen verwendet werden, einschließlich optischer Erfassungslösungen, Radarerfassungslösungen, Ultraschallerfassungslösungen oder dergleichen, wie ein Fachmann mit den Vorteilen dieser Offenbarung erkennen würde.
• In der obigen Beschreibung sind zahlreiche Details aufgeführt. Einem Fachmann, der über die Vorteile dieser Offenbarung verfügt, wird jedoch klar sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms und nicht im Detail dargestellt, um die Beschreibung nicht zu verkomplizieren.
• Einige Teile der detaillierten Beschreibung werden in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Repräsentationen sind die Mittel, die von Fachleuten der Datenverarbeitung verwendet werden, um anderen Fachleuten den Inhalt ihrer Arbeit möglichst effektiv zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und allgemein als eine in sich konsistente Abfolge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Es handelt sich um Schritte, die physikalische Manipulationen von physikalischen Mengen erfordern. In der Regel, obwohl nicht unbedingt, haben diese Mengen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die fähig sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen, und anderweitig manipuliert zu werden. Es hat sich bisweilen als zweckmäßig erwiesen, vor allem aus Gründen des allgemeinen Sprachgebrauchs, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
• Es sollte jedoch bedacht werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den geeigneten physikalischen Mengen in Verbindung zu bringen sind und lediglich praktische Etiketten für diese Mengen darstellen. Sofern aus der obigen Beschreibung nicht ausdrücklich etwas anderes hervorgeht, wird davon ausgegangen, dass sich Erörterungen mit Begriffen wie „Anwenden“, „Koppeln“, „Kommunizieren“ oder dergleichen auf die Aktionen und Prozesse eines Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, die Daten, die als physikalische (z.B. elektronische) Größen in den Registern und Speichern des Rechensystems dargestellt werden, manipulieren und in andere Daten umwandeln, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen in den Speichern oder Registern des Rechensystems oder in anderen derartigen Vorrichtungen zur Speicherung, Übertragung oder Anzeige von Informationen repräsentiert werden.
• Die Worte „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hier verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Aspekte oder Designs, die hier als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben werden, sind nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs zu verstehen. Die Verwendung der Worte „Beispiel“ oder „beispielhaft“ ist vielmehr dazu gedacht, Konzepte in konkreter Form zu präsentieren. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ anstatt eines exklusiven „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, soll „X weist A oder B auf” eine beliebige der natürlich inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn „X enthält A“, „X enthält B“, oder „X enthält sowohl A als auch B“ angegeben ist, dann wird „X enthält A oder B“ in jedem der vorgenannten Fälle erfüllt. Außerdem sollten die Artikel „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung und in den angehängten Ansprüchen verwendet, im Allgemeinen als „ein oder mehrere“ bedeutend ausgelegt werden, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, um zu einer Singular-Form geleitet zu werden. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ oder „eine Implementierung“ oder „eine Implementierung“ durchgängig nicht so zu verstehen, dass es sich um dieselbe Ausführungsform oder Implementierung handelt, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
• Die hier beschriebenen Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen der hier beschriebenen Operationen beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die geforderten Zwecke konstruiert sein oder einen Universalcomputer umfassen, der durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm selektiv aktiviert oder rekonfiguriert wird. Ein solches Computerprogramm kann auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, auf jeder Art von Disk einschließlich Disketten, optischen Discs, CD-ROMs und magneto-optischen Discs, Nur-Lese-Speichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetischen oder optischen Karten, Flash-Speichern oder jeder Art von Medien, die sich zum Speichern elektronischer Anweisungen eignen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ sollte ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z.B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server) aufweisen, die einen oder mehrere Sätze von Anweisungen speichern. Der Begriff „computerlesbares Medium“ soll auch beliebige Medien aufweisen, die fähig sind, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu codieren oder zu tragen, und die die Maschine veranlassen, eine oder mehrere der Methoden der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ soll dementsprechend Festkörperspeicher, optische Medien, magnetische Medien und beliebige Medien aufweisen, die fähig sind, eine Reihe von Anweisungen zu speichern, die von der Maschine ausgeführt werden können und die die Maschine veranlassen, eine oder mehrere der Methoden der vorliegenden Ausführungsformen durchzuführen, ohne darauf beschränkt zu sein.
• Die hier präsentierten Algorithmen und Displays sind nicht von Natur aus an einen bestimmten Computer oder eine andere Vorrichtung gebunden. Verschiedene allgemeine Systeme können mit Programmen im Einklang mit den hierin enthaltenen Lehren verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine speziellere Vorrichtung zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung. Zudem sind die vorliegenden Ausführungsformen nicht unter Bezugnahme auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der hier beschriebenen Ausführungsformen zu implementieren.
• Die obige Beschreibung enthält zahlreiche spezifische Details, wie z.B. Beispiele für bestimmte Systeme, Komponenten, Verfahren usw., um ein gutes Verständnis für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, dass zumindest einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Komponenten oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder in Form eines einfachen Blockdiagramms dargestellt, um die vorliegende Offenlegung nicht unnötig zu verkomplizieren. Die oben genannten Einzelheiten sind daher nur beispielhaft. Besondere Implementierungen können von diesen beispielhaften Details abweichen und fallen dennoch in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenlegung.
• Es versteht sich, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsformen werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der obigen Beschreibung einleuchten. Daher sollte der Umfang der Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, auf die diese Ansprüche Anspruch erheben.

Claims (20)

1. Vorrichtung, die Folgendes umfasst: - eine Sensorschicht mit mindestens drei Elektroden, die in einer ersten Ebene angeordnet sind; - eine Abschirmschicht mit einer Elektrode, die in einer zweiten Ebene parallel zu der ersten Ebene angeordnet ist; - einen Isolator, der sich zwischen der Sensorschicht und der Abschirmschicht befindet; - eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit den mindestens drei Elektroden und der Elektrode gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist zum - Abtasten der mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, während ein Schirmsignal auf die Elektrode der Abschirmschicht gegeben wird; - Erkennen einer Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale; - Messen eines Amplitudenwertes des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden; - Ausgeben einer Anzeige der Geste als Reaktion auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein erstes Schwellenwertkriterium, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Erhöhungen in dem gefilterten Signal; - Erkennen der Geste als Reaktion darauf, dass mindestens die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal; - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, in Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen; - Zurücksetzen des Basislinienwertes, wenn die Anzeige ausgegeben oder keine Geste erkannt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten; - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal; und - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich, der Folgendes umfasst: - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt; - einen zweiten Datenpunkt, bei dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jeden der erfassten Signalbereiche zu Folgendem dient: - Bestimmen von X- und Y-Positionen für jede Abtastung zwischen dem ersten Index und dem letzten Index; - Annähern von Abhängigkeiten zwischen den X-Positionen und den Indizes und von Abhängigkeiten zwischen den Y-Positionen und den Indizes mit Hilfe von Geraden; - Berechnen von Differenzen zwischen einer ersten angenäherten Position und einer letzten angenäherten Position für beide Richtungen; - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllen; oder - Bestimmen, dass es sich bei der Geste um eine Klickgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für jeden der erfassten Signalbereiche zu Folgendem dient: - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen Wert des zweiten gefilterten Signals in Reaktion auf eine Differenz der Werte des ersten gefilterten Signals und des zweiten gefilterten Signals bei einem Index, der ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verarbeitungsvorrichtung eine Kapazitätserfassungsschaltung für jede der mindestens drei Elektroden umfasst, um digitale Werte des digitalen Signals zu bestimmen, wobei die digitalen Werte Eigenkapazitätswerte der jeweiligen Elektrode über den Zeitraum darstellen, während das Schirmsignal auf die Elektrode der Abschirmschicht geleitet wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sensorschicht Folgendes umfasst: - eine erste Elektrode, die sich auf einer ersten Seite der Vorrichtung befindet; - eine zweite Elektrode, die sich auf einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite befindet; - eine dritte Elektrode, die sich auf einer dritten Seite der Vorrichtung befindet; und - eine vierte Elektrode, die sich auf einer vierten Seite gegenüber der dritten Seite befindet, wobei die Elektrode eine planare Elektrode ist, die sich unterhalb der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrode befindet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für Folgendes ausgebildet ist: - Erkennen der Geste des Objekts innerhalb eines maximalen Abstands von 15 Zentimetern über der ersten Ebene; - Unterscheiden zwischen der Nähe eines Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorebene befindet, und der Nähe eines Objekts, das sich direkt über der Sensorebene befindet.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verarbeitungsvorrichtung für Folgendes ausgebildet ist: - Erkennen eines Vorhandenseins eines zweiten Objekts, das sich nicht direkt über der Sensorschicht befindet, wobei das zweite Objekt ein geerdetes oder erdfreies Metallobjekt ist, das in der Nähe der Vorrichtung gesetzt oder entfernt wird; - dynamisches Aktualisieren der Basislinienwerte der mindestens drei Elektroden in Reaktion auf die digitalen Signale, die ein Schwellenwertkriterium erfüllen, wobei die Basislinienwerte nicht größer sind als ein niedrigster Wert im digitalen Signal.
12. Verfahren, das Folgendes umfasst: - Abtasten von mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, wobei sich die mindestens drei Elektroden in einer ersten Ebene befinden; - Ansteuern einer Elektrode mit einem Schirmsignal über den Zeitraum, wobei die Elektrode in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene angeordnet ist; - Erkennen einer Geste durch ein Objekt unter Verwendung der digitalen Signale; - Messen eines Amplitudenwertes des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden; - Ausgeben einer Anzeige der Geste in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein Schwellenwertkriterium erfüllt, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserfassungsbereichs oberhalb der ersten Ebene befindet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner für jedes der digitalen Signale umfasst: - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort ,IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Anstiege im gefilterten Signal; - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal; - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, als Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner für jedes der digitalen Signale umfasst: - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen niedrigsten Wert des digitalen Signals als Reaktion auf die erste Zahl, die das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt, und die nachfolgenden Werte des digitalen Signals, die ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllen; und - Zurücksetzen des Basislinienwertes als Reaktion auf die Ausgabe der Anzeige oder ein Nicht-Erkennen einer Geste.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner für jedes der digitalen Signale Folgendes umfasst: - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten; - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal; - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich umfassend: - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt; - einen zweiten Datenpunkt, an dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner für jeden der Signalbereiche Folgendes umfasst: - Bestimmen von X- und Y-Positionen für jede Abtastung zwischen dem ersten Index und dem letzten Index; - Annähern von Abhängigkeiten zwischen den X-Positionen und den Indizes sowie von Abhängigkeiten zwischen den Y-Positionen und den Indizes durch Geraden; - Berechnen von Differenzen zwischen einer ersten angenäherten Position und einer letzten angenäherten Position für beide Richtungen; - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, als Reaktion darauf, dass die Unterschiede in beiden Richtungen ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllen; oder - Bestimmen, dass es sich bei der Geste um eine Klickgeste handelt, wenn die Unterschiede in beiden Richtungen das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, das ferner für jeden der Signalbereiche Folgendes umfasst: - Aktualisieren eines Basislinienwertes auf einen Wert des zweiten gefilterten Signals in Reaktion auf eine Differenz der Werte des ersten gefilterten Signals und des zweiten gefilterten Signals bei einem Index, der ein Basislinien-Schwellenwertkriterium erfüllt.
18. Integrierte Schaltung, die Folgendes umfasst: - eine Näherungserfassungsschaltung zum Abtasten von mindestens drei Elektroden über einen Zeitraum, um ein digitales Signal für jede der mindestens drei Elektroden zu erhalten, während ein Schirmsignal auf eine Elektrode gegeben wird, wobei die mindestens drei Elektroden in einer Sensorschicht in einer ersten Ebene angeordnet sind und die Elektrode in einer Abschirmschicht angeordnet ist; - eine Verarbeitungsschaltung, die mit der Näherungserfassungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist zum - Erkennen einer Geste eines Objekts anhand der digitalen Signale; - Messen eines Amplitudenwerts des digitalen Signals für jede der mindestens drei Elektroden; - Ausgeben einer Anzeige der Geste als Reaktion auf ein Verhältnis zwischen einem höchsten Amplitudenwert und einem niedrigsten Amplitudenwert, erfüllend ein erstes Schwellenwertkriterium, das darstellt, dass sich das Objekt innerhalb eines Näherungserkennungsbereichs oberhalb der Sensorschicht befindet.
19. Integrierte Schaltung nach Anspruch 18, bei der die Verarbeitungsschaltung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Filtern des digitalen Signals mit einem Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, um ein gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen einer ersten Anzahl aufeinanderfolgender positiver Erhöhungen in dem gefilterten Signal; - Bestimmen einer zweiten Anzahl aufeinanderfolgender negativer Abnahmen in dem gefilterten Signal; - Bestimmen, dass die Geste eine Wischgeste ist, wenn die erste Zahl ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl ein drittes Schwellenwertkriterium erfüllt; oder - Bestimmen, dass die Geste eine Klickgeste ist, in Reaktion darauf, dass die erste Zahl das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt und die zweite Zahl das dritte Schwellenwertkriterium nicht erfüllt.
20. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, bei der die Verarbeitungsschaltung für jedes der digitalen Signale zu Folgendem dient: - Filtern des digitalen Signals mit einem ersten Filter mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter, mit einer ersten Filterrate, um ein erstes gefiltertes Signal zu erhalten; - Filtern des digitalen Signals mit einem zweiten IIR-Filter mit einer zweiten Filterrate, um ein zweites gefiltertes Signal zu erhalten; - Bestimmen eines Signalbereichs zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal; - Erkennen der Geste als Reaktion auf den Signalbereich, der Folgendes umfasst: - einen ersten Datenpunkt, bei dem eine Amplitudendifferenz zwischen dem ersten gefilterten Signal und dem zweiten gefilterten Signal ein zweites Schwellenwertkriterium erfüllt, das ein Vorhandensein des Objekts darstellt; und - einen zweiten Datenpunkt, an dem das erste gefilterte Signal kleiner ist als das zweite gefilterte Signal, nachdem die Amplitudendifferenz das zweite Schwellenwertkriterium erfüllt hat, wobei der erste Datenpunkt ein erster Index des Signalbereichs und der zweite Datenpunkt ein letzter Index des Signalbereichs ist.

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