DE112004001052T5

DE112004001052T5 - Verbesserungen bei Touch-Technologie

Info

Publication number: DE112004001052T5
Application number: DE112004001052T
Authority: DE
Inventors: Ronald Peter Binstead
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-05-11
Also published as: GB0525271D0; CN1823320A; GB0313808D0; GB2418259B; CN100472415C; JP2006527438A; JP4714144B2; WO2004114105A2; WO2004114105A3; GB2418259A; US20060278444A1

Abstract

Touchpad bzw. Berührungsfeld mit einem Trägermedium, das mehrere beabstandete Leiter trägt, wobei kein elektrischer Kontakt zwischen den Leitern besteht und jeder Leiter auf die Nähe eines Fingers anspricht, um die Kapazität des Leiters zu modifizieren und damit das Vorhandensein des nahe diesem Leiter positionierten Fingers zu erfassen, wobei das Touchpad ferner ein Mittel zum Konzentrieren eines elektrischen Feldes zwischen Leitern zu der Ebene des Trägermediums hin umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Berührungserfassung, auf Annäherungsdetektoren und auf berührungsempfindliche Oberflächen und Vorrichtungen.
Es gibt viele bekannte Beispiele von Vorrichtungen, die in der Lage sind, die Berührung oder die unmittelbare Nähe eines Objekts zu erfassen. Einige basieren auf dem Einsatz von Membranschaltern mit zwei in gegenüberliegender Beziehung gehaltenen Sätzen von Leitern, welche die Ausübung eines Drucks an einem Schnittpunkt zweier leitender Elemente erfordern, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Nachteile dieser Vorrichtungen sind, dass die Oberfläche tatsächlich berührt werden muss und die Positionierung des Fingers des Benutzers mit dem Schnittpunkt der leitenden Elemente koinzidieren muss. Außerdem umfassen Membranschalter bewegliche Teile, die einem Verschleiß ausgesetzt sind und daher keine robusten Sensorvorrichtungen bilden.
Eine alternative Sensorvorrichtung verwendet eine Anordnung von eine Annäherung abfühlenden Leitern und beruht auf Variationen in der Kapazität der Leiter, um die exakte Position eines Fingers, der sich in Kontakt mit einer die Leiter tragenden Sensor- oder Fühlerschicht oder in unmittelbarer Nähe zu den Leitern befindet, zu erfassen. Eine solche Abfühl- bzw. Sensorvorrichtung ist in US 6137427 im Namen von Binstead beschrieben und ist in 1 dargestellt, in der eine Anordnung horizontaler und vertikaler Fühler- bzw. Sensorleiter 2, die elektrisch voneinander isoliert sind, in einer Gitterstruktur angeordnet und von einer elektrisch isolierenden Membran 3 getragen sind. Die Membran 3 und die Anordnung von Leitern 2 bilden die Fühler- bzw. Sensorschicht eines Touchpads bzw. Berührungsfelds, wie in 2 in einer Seiten-Schnittansicht entlang der Linie A-B der Vorrichtung von 1 gezeigt ist. Wenn ein Finger 1 oder ein ähnliches Objekt die Oberfläche der Fühlerschicht berührt oder dieser nahekommt, induziert der Finger eine Änderung der Kapazität eines Leiters 2 oder einer Gruppe von Leitern in der Fühlerschicht. Mittels einer geeigneten Abtastvorrichtung zum Abtasten jedes Leiters 2 kann wiederum die Variation der Kapazität eines Leiters 2 gemessen und daher die Berührung oder die Nähe des Fingers 1 erfasst werden. Durch das Erfassen von Kapazitätsänderungen bei mehr als einem Leiter 2 kann die exakte Position der Berührung oder der Nähe des Fingers 1 durch Interpolation zwischen den Leiterpositionen bestimmt werden. Somit sind kapazitive Vorrichtungen in der Lage, die Position des Fingers 1 zwischen den Fühler- bzw. Sensorleitern 2 zu erfassen und sind daher nicht auf die Erfassung an Schnittpunkten von Leitern beschränkt, im Gegensatz zu den vorher erwähnten Membranschaltervorrichtungen.
Ein Nachteil herkömmlicher kapazitiver Vorrichtungen besteht jedoch darin, dass es zu Schwierigkeiten kommt, wenn die Fühlerleiter 2 weit beabstandet sind, da eine Berührung oder die unmittelbare Nähe eines Fingers 1 zwischen den Leitern allgemein nur zu begrenzten Datenwerten für den Interpolationsprozess führt, wodurch Fehler bei der Berechnung der exakten Position des Fingers entstehen.
Außerdem leiden herkömmliche kapazitive Vorrichtungen an einem weiteren Problem, das auftritt, wenn eine Handfläche unmittelbar über die Vorrichtung gehalten wird, da eine Handfläche ein starkes Signal induziert, das fälschlicherweise als Berührungsvorgang identifiziert werden kann. Dies kann besonders nachteilig sein, da sich ein Benutzer andauernd über die Position seiner Hände in Relation zur Vorrichtung vergewissern muss, während er sich zu seiner nächsten tatsächlichen Berührung entschließt.
Es ist anzumerken, dass in der gesamten vorliegenden Beschreibung eine Bezugnahme auf "Finger" jegliches Objekt umfassen soll, das eingesetzt werden kann, um die Kapazität lokal in einem Umfang zu modifizieren, dass eine Erfassung mittels eines kapazitiven Abfühlvorgangs möglich ist. Ferner sind jegliche Bezugnahmen auf "Berührung" ("touching") oder "Berührungsvorgang" ("touching action") so aufzufassen, dass sie sowohl eine physische Berührung einer Oberfläche als auch das in unmittelbare Nähe einer Oberfläche Bringen eines Fingers umfassen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zumindest einige oder alle obigen Probleme zu lösen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau eines Berührungs-Erfassungssystems mit einem Mittel zum Verändern der unmittelbaren kapazitiven Umgebung des Systems. Das Mittel kann so eingestellt bzw. angepasst sein, dass Variationen der Kapazität durch hohe Pegel kapazitiver Koppelung verbreitet werden, oder so, dass die Variationen sich direkt über elektrische Leitfähigkeit verbreiten. Alternativ kann das Mittel so ausgelegt sein, dass es beide dieser elektrischen Effekte unterstützt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Verändern der unmittelbaren kapazitiven Umgebung einer Unterbaugruppe der ersten und zweiten Leiterserien eines kapazitiven Berührungs-Erfassungssystems bereitzustellen, um die Genauigkeit und die Geschwindigkeit einer Berührungserfassung des Systems zu verbessern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mischung resistiver Umgebungen bereitzustellen, um die Struktur der Berührungserfassung in einem Annäherungs-Erfassungssystem zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein leitendes und/oder kapazitiv gekoppeltes Medium bereitzustellen, um die Erfassungsumgebung eines Annäherungs-Erfassungssystems physikalisch zu verformen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Touchpad-Vorrichtung bereitgestellt, mit:
einem Trägermedium, das mehrere beabstandete Leiter trägt, wobei kein elektrischer Kontakt zwischen den Leitern besteht und jeder Leiter auf die Annäherung eines Fingers anspricht, um die Kapazität des Leiters zu modifizieren, um das Vorhandensein des nahe diesem Leiter positionierten Fingers zu erfassen, wobei das Touchpad ferner ein Mittel zum Konzentrieren eines elektrischen Feldes zwischen Leitern zu der Ebene des Trägermediums hin umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Touchpad-System mit einem Touchpad gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, mit:
einer Berührungsabfühl- und Weckschaltung, und einer Positionsabfühlschaltung, die normalerweise im Standby bzw. Ruhemodus ist und periodisch erwacht, um den Zustand des Touchpads zu messen, wobei in Reaktion auf eine Berührung die Berührungsabfühlschaltung die Positionsabfühlschaltung aufweckt, welche dann die Oberfläche abtastet, um die Berührungsposition zu bestimmen.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Fühlerleiteranordnung für ein Touchpad bzw. Berührungsfeld,
2 ein herkömmliches Touchpad in Seiten-Schnittansicht längs der Linie A-B durch das Touchpad-Layout von 1,
3-11 alternative Ausführungsformen des Touchpads der vorliegenden Erfindung in Seiten-Schnittansicht längs der Linie A-B durch das Touchpad-Layout von 1,
12 eine Draufsicht auf eine Anordnung elektrisch isolierter leitender Bereiche an bzw. auf der Oberfläche eines Dielektrikums gemäß der vorliegenden Erfindung,
13 eine Seiten-Schnittansicht der Anordnung von 12 längs der durch A-B definierten Linie,
14 eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung elektrisch isolierter leitender Bereiche an bzw. auf der Oberfläche eines Dielektrikums gemäß der vorliegenden Erfindung,
15 eine Seiten-Schnittansicht der Anordnung von 14 längs der durch A-B definierten Linie,
16 eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung der elektrisch isolierten leitenden Bereiche auf einer ersten und einer zweiten Oberfläche eines Dielektrikums gemäß der vorliegenden Erfindung,
17 eine Seiten-Schnittansicht der Anordnung von 16 längs der durch A-B definierten Linie,
18 eine Draufsicht auf eine Struktur leitender Bereiche, die durch Leiterbrücken verbunden sind, zum Einsatz bei dem Touchpad der vorliegenden Erfindung,
19 und 20 Seiten-Schnittansichten von Anordnungen des Touchpads gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
21 eine Teil-Seitenschnittansicht einer Touchpad-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung einer strukturierten Oberfläche,
22 eine schematische Darstellung des geerdeten leitenden Mediums bei einem Touchpad der vorliegenden Erfindung,
23 eine schematische Ausführungsform eines Sensorsystems zu Anwendung bei dem Touchpad der vorliegenden Erfindung,
24 eine Seiten-Schnittansicht einer Touchpad-Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung eines Zwischenraums oder Spalts in dem Touchpad,
25 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Anordnung des Touchpads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
26-31 Draufsichten auf weitere Touchpad-Anordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Es wird auf 3 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines Touchpads der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Touchpad bzw. Berührungsfeld ist in einer Seiten-Schnittansicht längs der Linie A-B des Touchpad-Layouts von 1 dargestellt und umfasst eine Anordnung ("Array") von Fühlerleitern 2, ein Trägermedium, z.B. eine Membran 3, sowie ein Mittel 4 zum Konzentrieren eines zwischen den Fühlerleitern 2 verlaufenden elektrischen Feldes zu der Ebene der Trägermembran 3.
Die Fühlerleiter bzw. Sensorleiter 2 können von einem in US 6137427 beschriebenen Typ sein und sind als erste und zweite Reihen paralleler, beabstandeter Leiter (wie in 1 gezeigt) angeordnet, wobei jeder Leiter geeignete Verbindungen an einem oder beiden Enden aufweist und jede Reihe orthogonal, aber nicht in elektrischem Kontakt miteinander ist. Die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 bilden so mehrere Schnittpunkte. Die Leiter 2 sind vorzugsweise leitende Drähte mit einer von der speziellen Anwendung des Touchpads abhängigen Dicke. Beispielsweise sind bei Berührungs(bild)schirmanwendungen (touch-screen applications) die Drähte vorzugsweise dem Auge im wesentlichen unsichtbar und können weniger als 25 Mikron Durchmesser aufweisen oder können, genauer gesagt, zwischen etwa 10 Mikron bis etwa 25 Mikron Durchmesser aufweisen. Bei anderen Anwendungen, wie z.B. interaktiven Mauerblöcken, können die Drähte Armierungs-Stahlstäbe von etwa 1 cm Durchmesser sein. Die Drähte können aus Kupfer, Gold, Wolfram, Eisen, Kohlenstofffaser oder irgendeinem anderen hinreichend guten Leiter hergestellt sein. Die Drähte sind vorzugsweise elektrisch isoliert, beispielsweise durch Beschichten der Drähte mit einer Email- oder Kunststoffummantelung.
Alternativ können in anderen Ausführungsformen die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 aus einem Material wie z.B. einer auf Silber basierenden leitenden Tinte hergestellt sein. Falls die Leiter 2 eine geringe Sichtbarkeit haben müssen, wenn das Touchpad vor einem geeigneten Anzeigesystem einzusetzen ist, können stattdessen relativ breite (etwa 250 Mikron bis etwa 1000 Mikron) Indium-Zinnoxidspuren verwendet werden.
Bei weiteren alternativen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 auch die Form von Kupferspuren auf einer gedruckten Schaltungsplatte oder von relativ feinen Aluminium- oder Kupferspuren in einer TFT-Matrix aufweisen.
Es ist anzumerken, dass die Leiter 2 (mit eigener struktureller Integrität) vor einer Anbringung an der Trägermembran 3 vorgeformt werden können, oder sie können nicht-selbsttragende Leiter sein, die auf die Membran als Träger aufgebracht werden.
Es ist anzumerken, dass jedes geeignete Verfahren des elektrischen Isolierens der Leiter 2 gegenüber jedem der anderen Leiter und dem sie umgebenden Medium eingesetzt werden kann, einschließlich dielektrischer (z.B. Kunststoff- oder Dünnglas-) Ummantelungen oder lokalisierte dielektrische Sandwichschichten (nicht gezeigt), es ist aber nicht hierauf beschränkt.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der Leiter 2 im Vergleich zu dem Zwischenleiterabstand benachbarter Leiter in der gleichen Reihe gering, und der Zwischenleiterabstand muss nicht für jedes benachbarte Leiterpaar der gleiche sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Zwischenleiterabstand für einen Draht von 10 Mikron Durchmesser z.B. vorzugsweise etwa 5 cm bis etwa 10 cm, während bei herkömmlichen Touchpad-Anordnungen der äquivalente Abstand etwa 1 cm sein müßte. Es ist jedoch anzumerken, dass die Zwischenleiterabstände von der speziellen Anwendung des Touchpads abhängen und daher der Bereich des Beispiels nicht einschränkend sein soll.
Bei weiteren Ausführungsformen müssen die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 nicht parallel sein, und es ist auch nicht notwendig, dass die ersten und zweiten Reihen von Leitern zueinander senkrecht sind.
Bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Fühlerleiter bzw. Sensorleiter 2 gegenüber der Annäherung eines Fingers 1 empfindlich, was die kapazitive Umgebung eines oder mehrerer der Leiter modifiziert, um dadurch das Vorhandensein des Fingers 1 zu erfassen.
Die Membran 3 dient als Trägermedium für die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 und ist vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material, z.B. einem geeigneten Dielektrikum, hergestellt. In bevorzugten Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 vollständig in der Membran 3 enthalten, außer den entsprechenden Endverbindungen, die vorzugsweise aus einer oder mehreren Seiten der Membran 3 vorstehen können. Diese Endverbindungen werden dazu benutzt, die Sensor- bzw. Fühlerleiter mit einer geeigneten Abtastvorrichtung zu verbinden.
Der bevorzugte Dickenbereich der Membran 3 hängt von der speziellen Anwendung des Touchpads ab. Beispielsweise kann bei einer Touchscreen-Anwendung, bei der die Drähte typischerweise in eine Glasmembran eingebettet sind, die Dicke etwa 4 Millimeter bis etwa 12 Millimeter betragen. Bei Tastaturanwendungen kann die Membran etwa 1 Millimeter dick sein. Falls die Membran in Mauerblöcken eingebettet ist, die beispielsweise einen Teil einer interaktiven Wand bilden, kann die Membran etwa 10 Zentimeter dick sein. Es ist jedoch anzumerken, dass die Dicke der Membran 3 je nach den Anforderungen (beispielsweise je nach Empfindlichkeit und Flexibilität) des Touchpads verändert werden kann.
In der gesamten vorliegenden Patentbeschreibung wird die Kombination der Membran 3 und der Fühlerleiter bzw. Sensorleiter 2 als "Fühlerschicht" bzw. "Sensorschicht" ("sensing layer") bezeichnet.
Es ist anzumerken, dass die Membran 3 nicht auf flache oder planare Konfigurationen beschränkt sein muss, sondern dass die Membran 3 alternativ tatsächlich auch in nichtplanaren, gekrümmten oder abgewinkelten Konfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sein kann. Folglich sind hier jegliche Bezugnahmen auf die "Ebene der Membran" ("plane of the membrane") so aufzufassen, dass sie sowohl flache als auch nicht-planare Konfigurationen des Trägermediums umfassen, wodurch die Richtung der an einem bestimmten Punkt entlang der Oberfläche der Membran 3 definierten Ebene im wesentlichen der Richtung einer Tangente an diesem Punkt entspricht. Daher kann die Ebene der Membran eine Oberflächenkontur sein, welche der Form der Membran folgt.
Es wird wieder auf 3 eingegangen, in der das Mittel 4 zum Konzentrieren eines elektrischen Feldes zwischen den Fühlerleitern 2 zu der Ebene der Membran 3 proximal zu den ersten und zweiten Reihen von Leitern 2 dargestellt ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Mittel 4 ein elektrisch leitendes Medium, das so konfiguriert ist, dass es kapazitive Variationen ermöglicht, um sich direkt mittels der Leitfähigkeit des Mediums auszubreiten. In diesen Ausführungsformen hat das leitende Medium 4 vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 100 Ω pro Flächeneinheit bis 10.000.000 Ω pro Flächeneinheit. Der gewünschte spezifische Widerstand des leitenden Mediums hängt von dem Zwischenleiterabstand zwischen den Fühlerleitern 2 ab, da eine weite Beabstandung ein Medium mit geringem spezifischen Widerstand erfordert, damit die von einem Finger induzierte kapazitive Variation hinreichend spürbar bzw. hervorgehoben ist, um eine zuverlässige Interpolation der Position des Fingers zu erhalten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das leitende Medium 4 so konfiguriert, dass es kapazitive Variationen über eine kapazitive Kopplung verbreitet, wobei der spezifische Widerstand des Mediums mindestens 1.000 Mio. Ω pro Flächeneinheit ist. In bevorzugten Ausführungsformen weist das leitende Medium 4 die Form einer leitenden Schicht 4 auf, welche mindestens einen Abschnitt der Membran 3 bedeckt. Die leitende Schicht 4 kann die Membran 3 direkt oder indirekt bedecken und ist elektrisch von den Fühlerleitern bzw. Sensorleitern 2 aufgrund des Membranmaterials und/oder der elektrischen Isolierung der Fühlerleiter elektrisch isoliert.
Die leitende Schicht 4 weist eine bevorzugte Dicke im Bereich von etwa 25 Mikron bis etwa 5 Millimeter auf und ist bei einer typischen Touchpad-Anordnung etwa 1 Millimeter bis etwa 2 Millimeter dick. Es ist jedoch anzumerken, dass die Dicke der leitenden Schicht 4 je nach dem erforderlichen Widerstand in der leitenden Schicht 4 geändert werden kann, da dünnere Schichten einen höheren Widerstand im Vergleich zu dickeren Schichten haben.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die leitende Schicht 4 direkt auf eine Außenfläche der Membran 3 aufgebracht und von dieser getragen. Die leitende Schicht 4 kann durch eine beliebige herkömmliche Technik aufgebracht werden, die Elektroplattieren, Sputterbeschichten, Bemalen, Sprühen und Siebdruck/Tintenstrahldruck mit leitender Tinte umfasst, ist aber nicht hierauf beschränkt.
Alternativ kann die Schicht 4, wenn die leitende Schicht 4 als separates Laminat ausgebildet ist, mittels eines geeigneten aushärtenden oder nicht-aushärtenden, leitenden Klebemittels an die Außenfläche der Membran gebondet werden.
In weiteren Ausführungsformen kann die Funktion des Halterungsmediums bzw. Trägermediums durch das Mittel zum Konzentrieren des elektrischen Feldes bereitgestellt werden, wobei das Konzentrierungsmittel auch als Träger für die Fühlerleiter bzw. Sensorleiter dienen kann. Ein spezielles Beispiel wären Drähte, die mit dem Konzentrierungsmittel beispielsweise mit Hilfe eines nicht-leitenden Klebebandes oder eines nicht-leitenden Klebemittels verbunden wären.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die leitende Schicht 4 resistive und kapazitive Eigenschaften, welche erzwingen, dass die Berührungsabfühlung der Fühlerleiter 2 im wesentlichen auf die Oberflächenkontur der Membran 3 ausgerichtet ist. Die leitende Schicht 4 verzerrt das kapazitive Feld, das von dem Finger verursacht wird, derart, dass eine Berührungsabfühlung im wesentlichen entlang der Oberfläche der leitenden Schicht ausgerichtet ist, die in bevorzugten Ausführungsformen der Oberflächenkontur der Membran 3 folgt.
Es wird wieder auf 3 eingegangen, in der das Vorhandensein der leitenden Schicht 4 dazu wirkt, das elektrische Feld zwischen den Fühlerleitern 2 auf die bzw. zu der Ebene der Membran 3 zu konzentrieren, so dass, wenn ein Finger 1 die leitende Schicht 4 berührt oder dieser sehr nahe kommt, der Finger eine Änderung der Kapazität von etwa 0,5 Prozent bis etwa 5 Prozent über dem existierenden Kapazitätswert induziert. Diese Änderung der Kapazität ist von den Fühlerleitern 2 als starkes kapazitives Signal, das von der leitenden Schicht 4 verstärkt wird, leicht erfassbar. Das induzierte Signal ist aufgrund des Vorhandenseins der leitenden Schicht merklich stärker als es bei Nicht-Vorhandensein einer solchen Schicht erzeugt würde, und zwar infolge der Konzentration der elektrischen Felder der Fühlerleiter zu der Membran 3 hin. Das kapazitive Signal breitet sich radial von dem Berührungspunkt aus mit einer Stärke, die mit zunehmendem Abstand von dem Berührungspunkt abnimmt. Bei Ausführungsformen, in denen die leitende Schicht 4 so konfiguriert ist, dass sie kapazitive Variationen direkt mittels der Leitfähigkeit der Schicht verbreitet, stellt sich heraus, dass die Rate einer kapazitiven Signalabschwächung in Relation zu dem Widerstand der Schicht steht, so dass stark leitende Schichten (mit geringem Widerstand) das Signal über einen breiteren Bereich bzw. eine größere Fläche der Schicht verbreiten als Schichten mit niedriger Leitfähigkeit (mit hohem Widerstand), die das Signal über einen viel kleineren Bereich verbreiten. Falls die leitende Schicht 4 in der Dicke und in der räumlichen Ausdehnung gleichmäßig ist, breitet sich das kapazitive Signal gleichmäßig in allen Richtungen vom Berührungspunkt aus.
Etwaige Variationen des Widerstands über der leitenden Schicht 4 haben eine Auswirkung auf die Linearität des verbreiteten Signals. Relativ kleine Variationen des Widerstands erzeugen jedoch tatsächlich nicht-erfassbare Wirkungen in dem verbreiteten Signal, da der Betriebs-Widerstandsbereich so vergleichsweise groß ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist es jedoch von Vorteil, über Abschnitte der leitenden Schicht 4 mit erhöhter Leitfähigkeit gegenüber anderen Abschnitten mit geringerer Leitfähigkeit vorzusehen, um ein gewisses Maß an Kontrolle über die Art und Weise der Ausbreitung des kapazitiven Signals zu haben. Die Variationen in der Leitfähigkeit können vorzugsweise durch Verändern der chemischen Zusammensetzung der leitenden Schicht 4, durch Variieren der Dicke der Schicht oder durch Anwenden einer Kombination dieser Techniken erzielt werden.
Die leitende Schicht 4 kann Abschnitte unterschiedlicher Leitfähigkeit umfassen, wie z.B. Abschnitte ohne Leitfähigkeit (d.h. Abschnitte mit einem so hohen Widerstand, dass sie im wesentlichen elektrisch isolierend sind), mit niedriger Leitfähigkeit, mit mittlerer Leitfähigkeit und mit hoher Leitfähigkeit.
Es ist vorzuziehen, dass die leitende Schicht 4 einen spezifischen Widerstand aufweist, der geringer als 100.000.000 Ω pro Flächeneinheit ist, oder vorzugsweise weniger als 10.000.000 Ω pro Flächeneinheit beträgt. Andernfalls kann jedes induzierte kapazitive Signal so stark gedämpft bzw. abgeschwächt werden, dass etwaige Vorteile bei der Signalerfassung erheblich gemindert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die leitende Schicht 4 direkt berührt werden, wie in der Ausführungsform von 3 gezeigt ist. Die Empfindlichkeit des Touchpads bzw. Berührungsfelds ist bei dieser Anordnung genügend groß, damit ein Benutzer Berührungen vornehmen kann, während er dünne Handschuhe trägt, was von Vorteil sein kann, wenn die Vorrichtung in Umgebungen eingesetzt werden soll, die vom Benutzer das Tragen einer bestimmten Form von Handschutz erfordern, z.B. in chemischen Labors oder in Operationssälen, oder wenn es erwünscht ist, die Vorrichtung fett- und staubfrei zu halten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Touchpad eine nicht-leitende Schicht 5 nahe der leitenden Schicht 4 aufweisen. Vorzugsweise hat die nicht-leitende Schicht 5 die Form einer dünnen Beschichtung, die auf die leitende Schicht 4 aufgebracht wird, wie 6 zeigt, was einen direkten Benutzerkontakt mit der leitenden Schicht 4 vermeidet. Dies kann zum Schutz der leitenden Schicht 4 vor einer Beschädigung und/oder zum Vorsehen einer anti-reflexiven Oberflächenbehandlung an der Vorrichtung genutzt werden. Die nicht-leitende Schicht kann auch rein dekorativ sein, oder im Fall der Vorrichtung, die beispielsweise als Tastatur verwendet wird, kann die Schicht mit Icons oder Symbolen bedruckt sein, die die Position der Tasten etc. angeben. In dieser Anordnung berührt ein Finger 1 die nicht-leitende Schicht 5 und induziert eine Variation der Kapazität, die durch die leitende Schicht 4 verbreitet und die dadurch von den darunterliegenden Fühlerleitern 2 erfasst wird.
Bei anderen Ausführungsformen kann die leitende Schicht 4 auf die Unterseite der Membran 3 aufgebracht sein, wie in 4 gezeigt ist, und ein Finger 1 kann mit der Seite der Membran 3 gegenüber der leitenden Schicht 4 in Kontakt oder in deren Nähe gebracht werden. Bei dieser Anordnung ist die leitende Schicht 4 weiter funktionsfähig, um die kapazitive Umgebung der Fühlerleiter 2 durch Konzentrieren des dazwischen verlaufenden elektrischen Feldes zu der Membran 3 hin so zu verändern, dass ein Berührungsvorgang oder die Nähe eines Fingers 1 an oder nahe der Membranoberfläche erfasst werden kann. Da jedoch die leitende Schicht 4 nicht direkt berührt wird, ist das induzierte kapazitive Signal nicht so stark wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.
Die Ausführungsform von 4 kann von Vorteil sein, da die leitende Schicht 4 vor einem direkten Kontakt mit dem Finger 1 eines Benutzers geschützt ist und daher bei normalem Gebrauch keiner Beschädigung und/oder keinem Verschleiß ausgesetzt ist.
In einer alternativen Ausführungsform können die Membran 3 und das leitende Medium 4 zu einer einzigen leitenden Träger- und Fühlerschicht 4A kombiniert sein, wie in 5 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung ist die Träger- und Fühlerschicht 4A vorzugsweise aus einem in der Masse dotierten Medium (bulk doped medium) mit Masseleitfähigkeit gebildet, was ein sehr starkes kapazitives Signal bei einem Berührungsvorgang ergibt. Vorzugsweise ist das in der Masse dotierte Medium Glas oder ein Kunststoff mit einem Dotiermittel aus leitendem Material.
Herkömmliche durchsichtige leitende Kunststoffe haben einen sehr hohen Widerstand, typischerweise 1.000.000.000 Ω pro Flächeneinheit, dieser kann aber durch Hinzufügen kleiner Mengen an leitenden Partikeln, von Plättchen oder Fasern, zu dem Kunststoff reduziert werden. Diese Partikel oder Fasern sind allgemein nicht transparent, sondern können so gewählt werden, dass sie vorzugsweise hinreichend klein sind, damit sie nicht sichtbar sind. Die Partikel können ein Metall wie z.B. Kupfer, Gold und Silber oder ein Metalloxid sein. Alternativ können Graphit oder andere leitende Stoffe verwendet werden. Wenn diese Partikel für das Auge unsichtbar bleiben sollen, sind die Partikel typischerweise etwa 10 Mikron oder weniger breit. Die Fasern können Kohlenstofffasern oder Nanoröhren ("nanotubes") sein. Diese Fasern können kurz sein (bis zu etwa 10 Millimeter Länge) und zufällig im Kunststoff ausgerichtet sein. Alternativ können die Fasern länger sein und können lose zu einer Lage verwoben sein und dann in den Kunststoff aufgenommen werden.
Es ist anzumerken, dass auch nicht-leitende Kunststoffe auf die gleiche Weise mit leitendem Material dotiert werden können, um ein Medium mit einer Masseleitfähigkeit oder eine veränderte kapazitive Koppelung zu erzeugen.
Durch Auswählen der erforderlichen Menge an partikelartigem und/oder faserförmigem Dotiermittel kann eine leitende Kunststofflage mit dem erforderlichen spezifischen Widerstandsbereich hergestellt werden, bei dem die Partikel und Fasern in dem Kunststoff elektrisch oder kapazitiv durch die Trägermatrix des Kunststoffs verknüpft sind.
Die dotierten Kunststoffe können mittels jeder herkömmlichen Technik geformt sein, wie z.B. Laminieren, Vakuumformen und Spritzgießen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind die Fühlerleiter 2 vorzugsweise vollständig in der Träger- und Fühlerschicht 4A enthalten. Da aber die Leiter 2 vorzugsweise elektrisch isoliert sind, wird ein Kurzschluss der Leiter 2 infolge der Masseleitfähigkeit der Schicht verhindert.
Die Träger- und Fühlerschicht 4A kann direkt berührt werden, wie in 5 gezeigt ist, und die induzierte Kapazitätsvariation der Leiter 2 wird als kapazitives Signal durch die Schicht verbreitet. In dieser Anordnung wird ein starkes kapazitives Signal über die in der Träger- und Fühlerschicht 4A befindlichen Leiter 2 induziert. Die Ausbreitung des kapazitiven Signals kann durch Vorauswahl des spezifischen Widerstands oder der internen kapazitiven Koppelung des dotierten Mediums gesteuert werden, da ein stark dotiertes Medium eine ihm innewohnende hohe Leitfähigkeit aufweist, welche das Signal über ein größeres Volumen der Schicht verbreitet als ein schwach dotiertes Medium, welches das Signal über ein relativ kleineres Volumen der Schicht verbreitet.
In der gesamten Spezifikation ist hierbei der Begriff "proximal" oder "Nähe" so aufzufassen, dass er Anordnungen umfasst, bei denen das leitende Medium 4 sich in einer oder mehreren leitenden Schichten 4 befindet, die von der Fühlerschicht getrennt sind, sowie Anordnungen, bei denen das leitende Medium 4 eine Materialkomponente der kombinierten Träger- und Fühlerschicht 4A ist, in der die Fühlerleiter 2 angeordnet sind.
Es wird auf die 7 bis 11 eingegangen, in denen weitere bevorzugte Ausführungsformen eines Touchpads gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. In 7 ist ein Touchpad mit einem dielektrischen Medium 6 dargestellt, das so angeordnet ist, dass es die Membran 3 und die leitende Schicht 4 voneinander trennt. Das dielektrische Medium 6 ist aus irgendeinem geeigneten nicht-leitenden Medium hergestellt, wie z.B. Kunststoff oder Glas, ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und hat eine Dicke, die im Vergleich zur Dicke der leitenden Schicht relativ stark ist. Der bevorzugte Dicken- bzw. Stärkebereich des dielektrischen Mediums hängt von der speziellen Anwendung des Touchpads ab. Beispielsweise kann ein EPOS-Gerät eine Glasdicke von etwa 3 Millimeter bis etwa 4 Millimeter aufweisen, während ein ATM-Gerät etwa 12 Millimeter dickes Glas haben kann. Falls das Touchpad über das Gehäuse eines tragbaren Computergeräts (z.B. eines Laptop-Computers etc.) bedient wird, beträgt das Dielektrikum (d.h. die Gehäusedicke) etwa 1,5 Millimeter.
Vorteile eines dielektrischen Mediums 6 umfassen eine verstärkte Halterung und Festigkeit für die Touchpad-Struktur und eine verbesserte kapazitive Koppelung für die leitende Schicht 4.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die leitende Schicht 4 mittels irgendeiner herkömmlichen Technik, wie z.B. Elektroplattieren, Sputterbeschichten, Bemalen, Besprühen und Siebdruck/Tintenstrahldruck mit leitender Tinte, direkt auf eine Außenfläche des dielektrischen Mediums 6 aufgebracht werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, und kann dadurch auf dieser gehaltert werden.
Wenn die leitende Schicht 4 als separates Laminat ausgebildet ist, kann alternativ die Schicht 4 mittels irgendeines geeigneten, aushärtenden oder nicht-aushärtenden leitenden Klebemittels an die Außenfläche des dielektrischen Mediums gebondet sein bzw. werden.
Wie in 7 gezeigt ist, kann ein Benutzer die leitende Schicht 4, die von dem dielektrischen Medium 6 gehaltert wird, berühren, um dadurch eine Variation der Kapazität des Fühlerleiters 2 in der Membran 3 zu induzieren.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß 8 kann die in 7 gezeigte Anordnung eine dünne, nicht-leitende Schicht 5 aufweisen, um die leitende Schicht 4 vor Beschädigung und/oder Verschleiß etc. zu schützen.
In einem Beispiel kann das Touchpad einen Teil eines Rückwärtsprojektions-Berührungs(bild)schirms bilden, der an einem Schaufenster angebracht ist, wobei das Schaufenster als nicht-leitende Schicht 5 dient. In diesem Beispiel kann das Schaufenster eine Dicke von etwa 12 Millimeter Glas aufweisen, oder etwa 25 Millimeter, wenn es doppelt verglast ist. Der Berührungs(bild)schirm würde vorzugsweise einen zeichenfolienartigen Polyesterbildschirm von 75 Mikron aufweisen, der an die Außenseite des Glases mit etwa 25 Mikron eines aushärtenden oder nicht-aushärtenden leitenden Klebemittels gebondet wäre. Die Oberschicht des Polyesterbildschirms dient als Anzeigebildschirm und als Berührungsoberfläche.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die leitende Schicht 4 vorzugsweise zwischen die Membran 3 und das dielektrische Medium 6 eingefügt sein, wie in 9 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung ist die leitende Schicht 4 durch das dielektrische Medium 6 vor einer Beschädigung geschützt, das dem Touchpad-Aufbau auch zusätzliche Festigkeit und Halterung bietet. Der Benutzer kann das dielektrische Medium 6 direkt berühren, um so eine Variation in der Kapazität eines oder mehrerer darunterliegender Fühlerleiter(s) 2 zu induzieren, wobei die Variation durch das Vorhandensein der dazwischengefügten leitenden Schicht 4 verstärkt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Membran vorzugsweise zwischen die leitende Schicht 4 und das dielektrische Medium 6 eingefügt sein, wie in 10 gezeigt ist.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann eine weitere leitende Schicht 4' in das Touchpad aufgenommen sein, wie 11 zeigt. Die weitere leitende Schicht 4' befindet sich nahe dem dielektrischen Medium und wird vorzugsweise mittels herkömmlicher Techniken auf die Außenfläche des dielektrischen Mediums 6 aufgebracht, dessen Innenfläche in Kontakt mit der ursprünglichen leitenden Schicht 4 steht, wodurch das Dielektrikum zwischen zwei leitende Schichten 4, 4' eingefügt ist. Das Vorhandensein der weiteren leitenden Schicht 4' konzentriert das elektrische Feld des Fühlerleiters 2 an der bzw. auf die gegenüber-liegende(n) Seite des dielektrischen Mediums 6 zu dem Medium hin und bietet infolgedessen eine sehr starke kapazitive Koppelung durch das Dielektrikum, wobei sich eine sehr rasche Reaktion auf Berührungsvorgänge durch die Fühlerleiter 2 ergibt. Die weitere leitende Schicht 4' kann vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die ursprüngliche leitende Schicht 4 gebildet sein oder ist alternativ aus irgendeinem geeigneten leitenden Material gebildet.
Es ist anzumerken, dass die in Bezug auf die 3 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen bevorzugte Anordnungen des Touchpads der vorliegenden Erfindung sind und tatsächlich jede-beliebige Anzahl und Kombination leitender Schichten und/oder dielektrischer Medien verwendet werden kann, um ein Touchpad gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Daher ist die Anordnung der Schichten und der Medien nicht als einschränkend zu betrachten.
Eine spezielle Anwendung des Touchpads der vorliegenden Erfindung besteht in einem Berührungs(bild)schirm bzw. Touchscreen zur Datenanzeige und Dateneingabe. Dies erlegt jedoch dem Material, das für das leitende Medium 4 verwendet werden kann, eine Einschränkung auf, da die Fühlerschicht und die leitende Schicht 4 transparent sein müssen, so dass für den Benutzer ein Hintergrund-Anzeigesystem sichtbar ist.
Vorzugsweise kann ein transparentes leitendes Material, wie z.B. Indium-Zinnxoid ("Indium Tin Oxide – ITO") oder Antimon-Zinnoxid ("Antimon Tin Oxide – ATO") verwendet werden, die auf eine Oberfläche der Membran 3 oder des Dielektrikums 6 gemäß einer der in Bezug auf die 3 bis 11 beschriebenen Ausführungsformen aufgebracht werden kann. Ein Nachteil dieser Oxidmaterialien besteht jedoch darin, dass sie typischerweise mit einem spezifischen Widerstand hergestellt werden, der außerhalb des spezifischen Widerstandsbereichs von Materialien zur Verwendung bei dieser Erfindung liegt. Die Oxide haben typischerweise einen spezifischen Widerstand von 10 Ω pro Flächeneinheit, was eine leitende Schicht 4 mit einer Leitfähigkeit ergibt, die so groß ist, dass jedes induzierte kapazitive Signal über einen zu weiten Bereich verbreitet wird, wodurch eine exakte Bestimmung der Position eines Berührungspunkts verhindert wird.
Um dieses Problem zu überwinden, kann die entweder ITO oder ATO enthaltende leitende Schicht 4 vorzugsweise partiell weggeätzt oder aber als unvollständige Schicht mittels herkömmlicher Abdecktechniken aufgebracht werden. Die leitende Schicht 4 kann also vorzugsweise unterbrochen sein.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das ITO- oder ATO-Material zu mehreren elektrisch isolierten, leitenden "Inseln" oder Bereichen 7 konfiguriert sein. Diese leitenden Bereiche 7 sind durch Bereiche 6 einer Außenfläche der Membran 3 oder des dielektrischen Mediums 6 getrennt, und zwar in Abhängigkeit davon, welche Oberfläche die leitende Schicht 4 trägt. Die leitenden Bereiche 7 können in einer regelmäßigen Struktur angeordnet sein oder können auch zufällig angeordnet sein, je nach der speziellen Anwendung des Touchpads. Es ist jedoch anzumerken, dass es nicht nötig ist, die Bereiche in strikter Übereinstimmung mit der darunter liegenden Struktur der Fühlerleiter 2 anzuordnen, damit die vorliegende Erfindung funktioniert.
Jeder leitende Bereich 7 wirkt zum Konzentrieren des elektrischen Feldes der Fühlerleiter 2 in der Umgebung des leitenden Bereichs, wodurch die sich aus der unmittelbaren Nähe eines Fingers zu dem Bereich ergebende Variation der Kapazität verstärkt wird.
Falls das Touchpad als Tastatur einzusetzen ist, können die leitenden Bereiche 7 vorzugsweise so angeordnet sein, dass sie sich an der Stelle bzw. Position einer entsprechenden Taste befinden. Die Größe und Form der leitenden Bereiche 7 kann vorzugsweise so gewählt sein, dass sie im wesentlichen ähnlich der Größe und Form der Tasten ist.
Eine solche Anordnung ist in 12 gezeigt, in der die leitenden Bereiche 7 in der Form einer stilisierten Tastatur angeordnet sind und Abstände zwischen den leitenden Bereichen aufweisen, die so gewählt wurden, dass sie der Breite der leitenden Bereiche 7 selbst vergleichbar sind, d.h., dass sie weit voneinander beabstandet sind.
Bei dieser Anordnung wird, wenn ein Finger 1 einen der leitenden Bereiche 7 berührt, die Kapazitätsvariation durch das dielektrische Medium 6 über die Fühlerschicht abgefühlt. Die Anwendung solcher leitender Bereiche 7 eliminiert jedoch die Möglichkeit, die exakten Positionen der Berührungspunkte zu bestimmen, liefert aber stattdessen starke quantisierte Signale bei der Berührung, was es einer geeigneten Abtastvorrichtung ermöglicht, auf einfache Weise zu bestimmen, welcher leitende Bereich 7 berührt wurde und zu welcher Zeit. Dies ermöglicht es, dass eine unterbrochene leitende Schicht 4 als Koordinaten-Positionsanzeiger eingesetzt wird.
Um eine starke kapazitive Koppelung zwischen benachbarten leitenden Bereichen 7 zu erhalten, müssen die Abstände zwischen den leitenden Bereichen 7 jedoch so klein wie möglich gestaltet sein, ohne es zu einem Kurzschluss zwischen benachbarten leitenden Bereichen 7 kommen zu lassen. Die Größe der leitenden Bereiche 7 wird durch die in dem Touchpad erforderliche Auflösung bestimmt und liegt vorzugsweise etwa bei der Hälfte der Auflösung. Wenn beispielsweise eine Auflösung von 5 Millimeter erforderlich ist, sollten die leitenden Bereiche etwa 3 Millimeter mal 3 Millimeter sein (d.h. für einen quadratischen Bereich), mit einem Abstand von etwa 100 Mikron zwischen benachbarten Bereichen. Bei dieser Anordnung ist eine Leitung zwischen benachbarten leitenden Bereichen 7 nicht möglich, und daher wirkt die leitende Schicht 4 insgesamt nicht als leitendes Medium per se, sondern die leitenden Bereiche sind stattdessen durch eine sehr starke kapazitive Koppelung gekoppelt. Der spezifische Widerstand der leitenden Schicht 4 insgesamt liegt bei dieser Anordnung in der Größenordnung von Billionen Ω pro Flächeneinheit. In der bevorzugten Ausführungsform der 14 sind die leitenden Bereiche 7 eng bzw. nah aneinander angeordnet, und wie in 15 dargestellt ist, sind benachbarte leitende Bereiche 7 kapazitiv gekoppelt, wodurch es möglich wird, dass jegliche induzierten kapazitiven Signale zu angrenzenden Nachbarn verbreitet werden, welche den Berührungspunkt umgeben. Die angrenzende kapazitive Kopplung verstärkt das kapazitive Signal und unterstützt die Ausbreitung des Signals. Das kapazitive Signal breitet sich durch das Dielektrikum 6 aus und induziert eine entsprechende Variation in der kapazitiven Umgebung der darunterliegenden Fühlerleiter 2 in der Fühlerschicht.
Dieser Effekt kann mittels zweier leitender Schichten 4, 4' verbessert werden, wie bezüglich der Ausführungsform gemäß 11 beschrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform sind, wie in 16 und 17 gezeigt ist, beide leitenden Schichten unterbrochen, wobei jede mehrere elektrisch isolierte leitende Bereiche 7, 7' aufweist, wie sie beispielsweise durch Aufbringung von transparenten ITO- oder ATO-Oxiden gebildet werden. Vorzugsweise wird die weitere leitende Schicht durch eine im wesentlichen gegenüberliegende Oberfläche des dielektrischen Mediums 6 getragen, wodurch die weitere leitende Schicht zwischen das dielektrische Medium 6 und die Fühlerschicht eingefügt ist. Die leitenden Bereiche 7' der weiteren leitenden Schicht sind durch Bereiche der gegenüberliegenden Oberfläche des dielektrischen Mediums 6 getrennt.
Vorzugsweise sind die leitenden Bereiche 7 der leitenden Schicht und die leitenden Bereiche 7' der weiteren leitenden Schicht so konfiguriert, dass sie im wesentlichen gemeinsame Grenzen aufweisen, d.h., beide Schichten umfassen die gleichen Gitterstrukturen, die im wesentlichen ausgerichtet sind.
Alternativ sind die leitenden Bereiche 7 der leitenden Schicht und die leitenden Bereiche 7' der weiteren leitenden Schicht so konfiguriert, dass sie einander im wesentlichen überlappen und nicht gemeinsam enden (non-coterminous), d.h., die beiden Schichten umfassen die gleichen Tastaturstrukturen, haben aber eine im wesentlichen versetzte Ausrichtung. Diese Anordnung ist in der Ausführungsform der 16 und 17 gezeigt, in der die aneinandergrenzenden und sich überlappenden leitenden Bereiche 7, 7' auf jeder Seite des dielektrischen Mediums 6 durch das Dielektrikum stark kapazitiv gekoppelt sind, wodurch das durch eine Berührung induzierte kapazitive Signal verstärkt wird.
Hier wird das Mapping der Zonen einander entsprechender leitender Bereiche 7, 7' zwischen zwei leitenden Schichten als "Registrierung" bezeichnet.
Es ist anzumerken, dass die bevorzugten Ausführungsformen, wie sie durch die 12 bis 17 beispielhaft dargestellt sind, zwar stilisierte Tastaturen zeigen, die rechteckige leitende Bereiche 7, 7' aufweisen, dies soll jedoch nicht einschränkend sein, und daher kann jede geeignete geometrische Form als Muster für die Form des Bereichs verwendet werden, z.B. eine kreisförmige, dreieckige, trapezoidförmige oder sechseckige Form etc.
In alternativen Ausführungsformen kann der Widerstand einer ITO-Schicht insgesamt vorzugsweise von den an sich niedrigen 10 Ω pro Flächeneinheit auf den erforderlichen Wertebereich erhöht werden, indem gleichmäßig ein Großteil der Dicke der aufgebrachten leitenden Schicht weggeätzt wird, um eine dünnere Schicht mit höherem spezifischen Widerstand zu erzeugen. Wenn beispielsweise 99 Prozent der Schichtdicke weggeätzt wird, wird eine Schicht von 10 Ω pro Flächeneinheit zu einer Schicht von 1000 Ω pro Flächeneinheit.
Alternativ können Abschnitte der leitenden Schicht 4 vorzugsweise vollständig weggeätzt werden, um mehrere leitende Bereiche zu belassen, die beispielsweise durch dünne Brücken 8 von verbleibendem ITO-Material verbunden sind, wie in 18 gezeigt ist. Vorzugsweise haben die leitenden Bereiche 7 eine relativ große Breite im Vergleich zu der Breite der leitenden Brücken 8. Der Widerstand der geätzten leitenden Schicht kann vorzugsweise durch Wegätzen der Dicke der leitenden Brücken 8 im Vergleich zu der Dicke der leitenden Bereiche 7 weiter erhöht werden.
Es ist anzumerken, dass bei den obigen Ausführungsform zwar die Verwendung von ITO-Material beschrieben ist, dass aber auch andere leitende Materialien mit unterschiedlichen Transparenzgraden auf ähnliche Weise eingesetzt werden können.
Es wird auf die 19 und 20 Bezug genommen, in denen zwei Ausführungsformen des Touchpads der vorliegenden Erfindung gezeigt sind, wobei das Touchpad vorzugsweise in nicht-planaren Konfigurationen angeordnet ist, z.B. Kurven, Kuppeln oder orthogonalen Strukturen. Statt einer im wesentlichen linearen Interpolation zwischen den Fühlerleitern 2 wie bei den vorangehenden Ausführungsformen bewirkt eine nicht-planare leitende Schicht 4, dass die Interpolation auf der Basis der Form oder Oberflächenkontur der Schicht 4 durchgeführt wird. Dies bietet den Vorteil, dass Bereiche, die andernfalls nicht auf Berührung reagieren würden, wie z.B. Ecken von Kästen oder andere spitze Enden nun als Sensorbereiche dienen können, da die Schicht dazu dient, das elektrische Feld, das zwischen den Fühlerleitern 2 in dem Bereich der Enden verläuft, zu der Membran 3 hin zu konzentrieren. Bei einer nicht-planaren Touchpad-Konfiguration wird die Interpolation im wesentlichen auf die Oberflächenkontur der leitenden Schicht 4 ausgerichtet durchgeführt. Da die Interpolation über der Oberflächenkontur der leitenden Schicht 4 durchgeführt wird, braucht die leitende Schicht 4 vorteilhafterweise nicht in Kontakt mit der Membran 3 oder dem dielektrischen Medium 6 in dem Endbereich sein, so dass kleine Luftspalte oder Zwischenräume etc. (wie in 24 gezeigt ist) die Bestimmung der Berührungsposition nicht signifikant beeinflussen.
Das Touchpad kann in komplexen zwei- und dreidimensionalen Formen ausgebildet sein, wobei eine beliebige herkömmliche Technik verwendet wird, die Vakuumformen und Spritzgießen umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Das Touchpad kann elastisch oder verformbar sein und kann je nach den eingesetzten Materialien einen beliebigen Grad an erforderlicher Flexibilität aufweisen.
So ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, viele verschiedene zweidimensionale und dreidimensionale interaktive Berührungsmaterialien und -produkte herzustellen.
Beispielsweise könnte die vorliegende Erfindung zur Herstellung von Mobiltelefonen eingesetzt werden, wobei das spritzgegossene Gehäuse selbst berührungs-interaktiv ist, so dass keine separate Tastatur und/oder kein Berührungs(bild)schirm hinzugefügt werden müssten. Für diese Anwendungen kann das leitende Medium 4 undurchsichtig bzw. opak sein, womit die Verwendung von weit mehr leitenden Materialien ermöglicht wird, beispielsweise Materialien mit Leitfähigkeit sowohl an der Oberfläche als auch/oder mit Masseleitfähigkeit.
Berührungsempfindliche und nicht-berührungsempfindliche Bereiche können in dem gleichen Spritzguß durch Aufteilen der Fühlerleiter 2 in Zonen vorhanden sein, und es können durchsichtige und opake leitende und nicht-leitende Kunststoffe im gleichen Spritzguss vorhanden sein. Dadurch können die Vorderseite, die Rückseite, die Lateralseiten, die Oberseite, die Unterseite und alle Ränder und Ecken berührungsempfindlich gemacht werden. Oberflächen können Berührungs(bild)schirme, Tastaturen, Digitalisierungstafeln (digitizing tablets) oder Trackerballs sein oder in ihrer Funktionalität je nach Erfordernis von einem zum anderen wechseln.
In alternativen Ausführungsformen kann die leitende Schicht 4 ein leitendes Gewebe, ein leitender Gummi, ein leitender Schaumstoff, ein Elektrolyt (z.B. Meerwasser), eine leitende Flüssigkeit oder ein Gel sein, oder sogar ein leitendes Gas wie ein Plasmagas. Es ist jedoch anzumerken, dass mehrere dieser Materialien eine bestimmte Form von Behältermittel erfordern würden, wie z.B. eine äußere Membran, um ihre Position beizubehalten und um einen Schutz für das Material zu bieten. Leitende Medien, die sich verformen oder die ihren Widerstand ändern, wenn sie berührt werden, weisen den zusätzlichen Vorteil auf, dass das induzierte kapazitive Signal im Vergleich zu sich nicht verzerrenden oder verformenden Medien stärker zunimmt, wenn Druck aufgebracht wird, was eine größere Druck-Abfühlauflösung (pressure sensing resolution) ermöglicht.
Dies kann bei Touchpad-Anwendungen von Vorteil sein, die die Ausübung unterschiedlicher Drücke erfordern, um eine spezielle Funktion auszuüben, wie z.B. bei einem Beschleunigerknopf. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass Materialien, die sich elastisch verformen, typischerweise geringere Lebensdauern haben. In der Praxis verkrümmt bzw. verformt sich die Fingerspitze selbst, wenn ein größerer Druck aufgebracht wird, und dies kann von dem Touchpad erfasst werden, ohne dass sich das Material selbst verformen muss.
Falls eine leitende Träger- und Fühlerschicht 4A, wie bezüglich 5 beschrieben wurde, zu einer nicht-planaren Konfiguration ausgebildet ist, wie sie in 19 gezeigt ist, verformt die Schicht das Kapazitätserfassungssystem und ermöglicht es, dass der Finger 1 an einem Punkt erfasst wird, was nicht möglich wäre, wenn ein rein dielektrisches System eingesetzt würde, wie es in US 6137247 beschrieben ist. Wie in 20 gezeigt ist, kann ein Berührungsvorgang an Rändern und Ecken eines nicht-planaren Touchpads auch dann noch erfasst werden, wenn die Fühlerleiter 2 relativ weit von dem Berührungspunkt entfernt sind.
Die Oberfläche des Touchpads kann vorzugsweise flach und/oder gekrümmt sein und/oder eine Oberflächenstrukturierung wie z.B. Grübchen bzw. Vertiefungen, Rillen oder Hohlräume etc. aufweisen, wie sie in 21 gezeigt ist. Oberflächen-Unebenheiten ermöglichen es, dass der Berührungspunkt neu ausgerichtet wird, während er nach wie vor genau von der Fühlerschicht erfasst wird. Die in 21 gezeigten Grübchen können sich in einem bestimmten Abstand von der leitenden Schicht 4 entfernt erstrecken, beispielsweise um etwa 1 Meter oder mehr. Die Oberseite der Grübchen kann durch irgendeinen geeigneten Leiter, z.B. einen elektrischen Draht, zurück zur leitenden Schicht 4 verbunden sein (wie in 25 gezeigt ist). Das Berühren der Oberseite der Grübchen bzw. Vertiefungen hätte die gleiche Wirkung wie die Berührung der leitenden Schicht 4 an dem Punkt, an dem der Draht mit der Schicht 4 verbunden ist. Der Draht kann elektrisch oder kapazitiv mit der leitenden Schicht 4 verbunden sein.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das leitende Medium 4 elektrisch "schweben" (electrically float), d.h., dass es keine elektrische Verbindung zu den Fühlerleitern 2 oder zu irgendeiner geeigneten Abtastvorrichtung hat. Alternativ kann das leitende Medium geerdet sein, entweder direkt durch eine elektrische Verbindung 13, z.B. durch einen Draht, oder durch einen Widerstand, wie er in 22 gezeigt ist, womit das leitende Medium 4 die Nebenfunktion einer antistatischen und emissionsabschirmenden Oberfläche (emi shielding surface) erfüllt.
Eine geeignete Abtastvorrichtung zum Einsatz bei dem Touchpad der vorliegenden Erfindung ist in EP 0185671 und insbesondere in US 6137427 beschrieben. Die Abtastvorrichtung tastet nacheinander jeden Leiter der ersten und zweiten Reihe von Fühlerleitern 2 gemäß einer analogen Multiplexersequenz ab und speichert jeden Kapazitätswert im Speicher. Diese Werte werden mit Bezugswerten aus früheren Abtastgängen sowie mit anderen Kapazitätswerten bei der gleichen Abtastung von den anderen Leitern verglichen, um ein Berührungsereignis (touching event) zu erfassen. Das Berührungsereignis muss oberhalb eines Schwellenwerts liegen, um gültig zu sein. Indem man über mehrere Schwellenwerte verfügt, ist es möglich, den Druck der Berührung oder den Abstand, um den der Finger 1 von der Oberfläche des Touchpads entfernt ist, zu bestimmen.
Wenn eine Batterie oder Solarzellen verwendet werden, kann keine Erdungsverbindung verfügbar sein, und so kann das leitende Medium 4 mit dem Null-Leiter (0-Volt-Leitung) der Abtastvorrichtung oder aber mit dem Plusleiter verbunden werden, da das Touchpad schwebt (is floating). Die in US 6137427 beschriebene Abtastvorrichtung beruht auf dem Vorhandensein einer Bezugserdung, um zu bestimmen, wann sie berührt worden ist. Batteriebetriebene Systeme haben keine wirkliche Erdung und beruhen auf der Masse des Systems, die als Erdung dient. Diese Situation verbessert sich, falls in der Nähe irgendeine Form von Metallteilen verfügbar ist, die als Erdungsmittel dienen. Das Verbinden des leitenden Mediums 4 mit dem Null-Leiter dient als Ersatz für das Metallteil. Ihr Wirkungsgrad wird stark verbessert, wenn der Touchpad-Benutzer das leitende Medium berührt oder sich in dessen unmittelbarer Nähe befindet, da der Benutzer als Bezugserdung dient. Wenn beispielsweise das gesamte Gehäuse eines Mobiltelefons aus einem leitenden Medium gefertigt wäre, würde das Halten des Telefons als sehr wirksame Erdung dienen. Alle Oberflächen, Ränder und Ecken eines Mobiltelefons könnten tatsächlich berührungs-interaktiv gemacht werden, und etwaige Teile, die von der Hand eines Benutzers zu halten wären, könnten als Tastatur deaktiviert, aber stattdessen als Bezugserdung benutzt werden. Wenn die Hand entfernt wird, würde dieser Teil reaktiviert. Die Abtastvorrichtung der US 6137427 passt sich kontinuierlich den Umgebungsbedingungen an und könnte daher zum Einsatz bei der Mobiltelefon-Anwendung modifiziert werden.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen kann das leitende Medium 4 größer sein als die Membran 3 und kann um die Membran 3 herumgelegt sein, um zumindest einen Teil der Rückseite der Membran 3 zu bedecken. Das leitende Medium 4 kann auch als Bezugserdung dienen.
Die restlichen Merkmale des Abtastmechanismus sind in den zitierten Dokumenten ausführlich beschrieben und werden hier nicht weiter erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Touchpad der vorliegenden Erfindung mit einer Sensorschaltung verbunden sein, die dazu benutzt wird, die genaue Zeit anzugeben, zu der das Touchpad berührt wird. Die Sensorschaltung kann eine Spannung oder eine variierende Spannung an der leitenden Schicht 4 induzieren. Die Kombination des Touchpads und der Sensorschaltung ermöglicht eine sehr rasche Berührungserfassung, die erheblich schneller ist als bei vorbekannten Systemen. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Zeit einer Berührung innerhalb etwa 2 bis etwa 3 Mikrosekunden gegenüber etwa 10 Millisekunden bei dem Berührungserfassungssystem von US 6137427 erfasst werden. Dies beläuft sich etwa auf eine Steigerung um das Tausendfache der Erfassungsreaktionszeit (detection response time), da die Vorrichtung der US 6137427 eine vollständige Abtastung des Touchpads vornimmt, bevor sie bestimmt, ob ein Berührungsvorgang erfolgt ist. Die Abtastvorrichtung der US 6137427 wäre jedoch nötig, um die exakte Position einer Berührung zu bestimmen.
Vorzugsweise umfasst die Sensorschaltung eine Berührungserfassungsschaltung 9 und eine Aufweckschaltung 10, wie in 23 gezeigt ist, wobei die Sensorschaltung normalerweise "schläft" (d.h. in einem Standby-Modus ist) und periodisch aufwacht, um den Zustand des Touchpads zu messen. Die Berührungserfassungsschaltung 9 wäre vorzugsweise mit der leitenden Schicht 4 verbunden. In Reaktion auf einen Berührungsvorgang alarmiert die Berührungserfassungsschaltung 9 die Aufweckschaltung 10, welche die Sensorschaltung, falls sich diese im Standby-Modus befindet, aufweckt, die dann die Oberfläche mittels eines Prozessors 12 und einer Positionserfassungsschaltung 11 abtastet, um die Berührungsposition festzulegen. Die Sensorschaltung verbraucht vorzugsweise etwa 2 Milliampere im Wachzustand und etwa 10 Mikroampere, wenn sie sich im normalen Stand-by befindet. Folglich ist potentiell eine Verringerung des Energiebedarfs um das Hundertfache bei einer tausendfachen Steigerung der Reaktionszeit möglich. Die Sensorschaltung kann daher von einer Solarzelle oder von einer kleinen Batterie betrieben werden.
Leitende geerdete oder aktive Hintergrundebenen ("back planes") (nicht gezeigt) können vorzugsweise in das Touchpad der vorliegenden Erfindung aufgenommen sein. Eine isolierte Schicht kann zwischen der leitenden Schicht und einer solchen Hintergrundebene erforderlich sein, um einen Kurzschluss zwischen den beiden zu vermeiden.
Hintergrundebenen sind mit Erde oder einem aktiven Hintergrundebenen-Treiber zu verbinden und müssen allgemein einen sehr geringen Widerstand im Vergleich zu dem bevorzugten Widerstandsbereich der leitenden Schicht 4 bei dem Touchpad der vorliegenden Erfindung haben. Eine antistatische Abschirmung muss mit der Erde verbunden sein, weil sie ansonsten Ladung akkumuliert, was ihre Funktion als antistatische Abschirmung beeinträchtigt. Um korrekt zu arbeiten, müssen antistatische Abschirmungen gegenüber dem bevorzugten Widerstandsbereich der leitenden Schicht 4 bei dem Touchpad der vorliegenden Erfindung einen vergleichsweise sehr hohen Widerstand aufweisen.
Eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist eine berührungs-interaktive Festkörperlage, die unabhängig auf beiden Seiten berührt werden kann. Diese Lage könnte vorzugsweise eine geerdete oder aktive Hintergrundebene aufweisen, die zwischen einem Paar leitender Schichten eingebettet ist.
Eine Anzahl unabhängiger Berührungssysteme könnte ebenfalls auf einer einzigen Oberfläche existieren und könnte dazu benutzt werden, einen im wesentlichen flachen Ladentresen mit mehreren in der einzigen Oberfläche konfigurierten EPOS-Geräten zu erzeugen. Um eine mögliche Störung zwischen benachbarten Geräten zu vermeiden, können geerdete Hintergrundebenen vorzugsweise zwischen jede Maschine eingefügt werden.
Falls ein geeigneter dotierter Kunststoff verwendet wird, wie der in Bezug auf die Ausführungsform von 5 beschriebene, kann die leitende Träger- und Fühlerschicht 4A vorzugsweise zusätzlich als Resonanzfläche für einen Lautsprecher eingesetzt werden. Diese Funktionalität würde vorübergehend aufgehoben, während die Oberfläche berührt wird, beispielsweise während sie als Touchpad funktioniert, würde aber bei Beendigung des Berührungsvorgangs wieder aufgenommen, wodurch wieder Töne erzeugt würden. Eine geeignete Lautsprecher-Treibertechnologie für diese Anwendung wäre ein NXT-System.
Zusätzlich kann die leitende Träger- und Fühlerschicht 4A als Mikrophon verwendet werden, beispielsweise mittels eines umgekehrten NMXT-Systems.
In einer weiteren Ausführungsform des Touchpads der vorliegenden Erfindung könnte eine dünne flexible Anzeigeschicht als Schicht in das Touchpad aufgenommen werden. Dies würde ein vollständiges berührungs-interaktives Anzeigesystem bereitstellen. Geeignete Technologien für die Anzeigeschicht umfassen "e-ink", "oled" (organic light emitting displays) und "leps" (light emitting polymers), sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Weitere Anwendungen des Touchpads der vorliegenden Erfindung umfassen einen einfachen Schiebemechanismus, wobei zwei Fühlerleiter kapazitiv durch eine leitende Schicht in Form einer Spur verbunden sind (wie in 26 gezeigt ist), wobei der Benutzer seinen Finger entlang der Spur vorwärts und rückwärts bewegt, wobei er die Aktion eines Schiebeschalters nachahmt. Die Spur hat vorzugsweise eine Länge von etwa 10 Zentimetern und eine Breite von etwa 1 Zentimeter und hat einen spezifischen Widerstand von etwa 10 kΩ pro Flächeneinheit. Der spezifische Widerstand kann bei längeren Spuren verringert sein und/oder es können weitere Fühlerleiter entlang der Spurlänge positioniert werden (wie in 27 gezeigt ist).
Eine weitere Anwendung ist eine einfache Eingabevorrichtung für einen Computer, wie z.B. eine Maus. Vorzugsweise sind mindestens drei Fühlerleiter in einer Dreieckskonfiguration angeordnet und sind durch eine leitende Schicht in Form einer leitenden Schicht kapazitiv verbunden (wie in 28 gezeigt ist). Eine Bewegung des Fingers eines Benutzers in der Nähe des dreieckigen Abtastbereichs ergibt in Bezug zu den Fühlerleitern gesetzte interpolierte Positionen, die einem Computer zugeführt werden können, um die Bewegung eines Cursors an einem Anzeigebildschirm zu steuern. Eine komplexere Maus-, Trackerball- oder Cursor-Steuervorrichtung kann weitere Fühlerleiter einsetzen (wie durch 29 veranschaulicht ist), beispielsweise eine Anordnung von Fühlerleitern 2, wie sie mit Bezug auf 1 beschrieben ist (in 30 gezeigt).
Es ist auch möglich, Eingabegerät-Anwendungen in einem einzigen Gerät zu kombinieren, so dass die Funktion eines oder mehrerer berührungsempfindlicher Bereiche von der Betätigung als Maus zu der einer Tastatur, eines Schiebeschalters, eines Steuerschalters, einer Digitalisierungstafel etc. unter der Einwirkung eines Software-Controllers wechseln kann.
Wie in 31 dargestellt ist, können bei Tastaturanwendungen beispielsweise die Fühlerleiter 2 des Touchpads so angeordnet sein bzw. werden, dass sich jeder Leiter auf einen speziellen leitenden Bereich 7 bezieht, so dass ein spezieller Bereich das elektrische Feld des betreffenden Leiters zu dem entsprechenden Abschnitt der Membran hin konzentriert, um die Berührungsempfindlichkeit dieses Leiters zu verstärken.
Falls das Touchpad der vorliegenden Erfindung an dem Gehäuse einer tragbaren Computervorrichtung, wie z.B. eines Laptop-Computers angebracht ist, würde das Touchpad eine sehr wirksame, robuste und billige Laptop-Maus ergeben.
Das Touchpad der vorliegenden Erfindung ist ideal zum Erfassen der Berührung oder der Nähe eines Fingers durch Verändern der unmittelbaren kapazitiven Umgebung eines Berührungs-Erfassungssystems, es ist aber anzumerken, dass das Prinzip sich auch auf andere Typen kapazitiver Annäherungs-Sensorvorrichtungen und Berührungserfassungssysteme erstrecken kann.
Weitere Ausführungsformen liegen beabsichtigt im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.
Zusammenfassung
VERBESSERUNGEN BEI TOUCH-TECHNOLOGIE
Ein Touchpad mit einem Trägermedium, das mehrere voneinander beabstandete Leiter trägt, wobei kein elektrischer Kontakt zwischen den Leitern besteht und jeder Leiter auf die Annäherung eines Fingers anspricht, um die Kapazität des Leiters zu variieren, um das Vorhandensein des nahe dem Leiter positionierten Fingers zu erfassen, wobei das Touchpad ferner ein Mittel zum Konzentrieren eines elektrischen Feldes zwischen Leitern zu der Ebene des Trägermediums hin aufweist.

Claims

Touchpad bzw. Berührungsfeld mit einem Trägermedium, das mehrere beabstandete Leiter trägt, wobei kein elektrischer Kontakt zwischen den Leitern besteht und jeder Leiter auf die Nähe eines Fingers anspricht, um die Kapazität des Leiters zu modifizieren und damit das Vorhandensein des nahe diesem Leiter positionierten Fingers zu erfassen, wobei das Touchpad ferner ein Mittel zum Konzentrieren eines elektrischen Feldes zwischen Leitern zu der Ebene des Trägermediums hin umfasst.
Touchpad nach Anspruch 1, wobei das Mittel ein elektrisch leitendes Medium proximal zu den Leitern ist.
Touchpad nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mittel die kapazitive Umgebung zwischen einem Untersatz von Leitern lokal modifizieren kann.
Touchpad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mittel die Variation der Kapazität eines Leiters verstärken und die Ausbreitung eines sich ergebenden kapazitiven Signals, das sich im wesentlichen von der nahen Umgebung des Fingers aus ausbreitet, steuern kann.
Touchpad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägermedium elektrisch isolierend ist.
Touchpad nach Anspruch 2, wobei das leitende Medium die Form einer leitenden Schicht aufweist, die zumindest einen Teil des Trägermediums bedeckt.
Touchpad nach Anspruch 6, wobei die leitende Schicht unterbrochen bzw. diskontinuierlich ist.
Touchpad nach Anspruch 6 oder 7, wobei die leitende Schicht von einer ersten Oberfläche des Trägermediums oder einer ersten Oberfläche eines dielektrischen Mediums getragen ist.
Touchpad nach Anspruch 8, wobei das dielektrische Medium eine Dicke aufweist, die im Vergleich zu der Dicke der leitenden Schicht relativ groß ist.
Touchpad nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner mit einer nicht-leitenden Schicht nahe der leitenden Schicht.
Touchpad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Trägermedium und die leitende Schicht durch das dielektrische Medium voneinander getrennt sind.
Touchpad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die leitende Schicht zwischen das Trägermedium und das dielektrische Medium eingefügt ist.
Touchpad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Trägermedium zwischen die leitende Schicht und das dielektrische Medium eingefügt ist.
Touchpad nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit einer weiteren leitenden Schicht nahe dem dielektrischen Medium, wobei das dielektrische Medium zwischen die weitere leitende Schicht und die leitenden Schicht eingefügt ist.
Touchpad nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei das leitende Medium einen spezifischen Widerstand von 100 Ω pro Flächeneinheit bis 10.000.000 Ω pro Flächeneinheit aufweist.
Touchpad nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei das leitende Medium elektrisch unverbunden ist bzw. schwebt oder geerdet ist.
Touchpad nach Anspruch 16, wobei das leitende Medium durch einen Draht oder einen Widerstand geerdet ist.
Touchpad nach Anspruch 6, wobei die leitende Schicht mehrere elektrisch isolierte leitende Bereiche aufweist, die durch Bereiche der ersten Oberfläche des Trägermediums oder der ersten Oberfläche des dielektrischen Mediums voneinander getrennt sind.
Touchpad nach Anspruch 18, wobei die Abstände bzw. Zwischenräume zwischen den leitenden Bereichen im Vergleich zu der Breite der leitenden Bereiche relativ gering sind, um eine kapazitive Koppelung benachbarter Bereiche über das Trägermedium oder das dielektrische Medium zu ermöglichen.
Touchpad nach Anspruch 14, wobei die weitere leitende Schicht durch eine zweite Oberfläche des dielektrischen Mediums getragen ist, wobei sich die zweite Oberfläche in im wesentlichen gegenüberliegender Beziehung zu der ersten Oberfläche des dielektrischen Mediums befindet.
Touchpad nach Anspruch 20, wobei die weitere leitende Schicht mehrere elektrisch isolierte leitende Bereiche aufweist, die durch Bereiche der zweiten Oberfläche des dielektrischen Mediums voneinander getrennt sind.
Touchpad nach Anspruch 21, wobei die leitenden Bereiche an bzw. auf der ersten Oberfläche des Dielektrikums und die leitenden Bereiche an bzw. auf der zweiten Oberfläche des Dielektrikums mittels entsprechender, im wesentlichen gleich endender Bereiche miteinander ausgerichtet sind.
Touchpad nach Anspruch 21, wobei die leitenden Bereiche an bzw. auf der ersten Oberfläche des Dielektrikums und die leitenden Bereiche an bzw. auf der zweiten Oberfläche des Dielektrikums mittels entsprechender, sich überlappender, nicht gleich endender Bereiche miteinander ausgerichtet sind.
Touchpad nach Anspruch 22 oder 23, wobei die ausgerichteten Bereiche über das dielektrische Medium kapazitiv gekoppelt sind.
Touchpad nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die leitenden Bereiche im wesentlichen rechteckig sind.
Touchpad nach Anspruch 8, wobei die leitende Schicht mehrere elektrisch isolierte leitende Bereiche umfasst, die durch Bereiche der ersten Oberfläche des Trägermediums oder der ersten Oberfläche des dielektrischen Mediums voneinander getrennt sind, und jeder leitende Bereich durch eine oder mehrere leitende Brücke(n) mit benachbarten leitenden Bereichen verbunden ist, wobei die Brücken eine Breite aufweisen, die wesentlich kleiner ist als die Breite der leitenden Bereiche.
Touchpad nach Anspruch 26, wobei die leitenden Bereiche eine relativ starke Dicke aufweisen, und die leitenden Brücken eine relativ geringe Dicke haben, um den Widerstand in der leitenden Schicht zu vergrößern.
Touchpad nach Anspruch 2, wobei das Trägermedium und das leitende Medium als eine einzelne bzw. einzige leitende Träger- und Fühlerschicht ausgebildet sind.
Touchpad nach Anspruch 28, wobei die einzelne bzw. einzige leitende Träger- und Fühlerschicht aus einem in der Masse dotierten Medium mit Masseleitfähigkeit gebildet ist.
Touchpad nach Anspruch 29, wobei das in der Masse dotierte Medium Glas oder Kunststoff mit einem Dotiermittel aus leitendem Material ist.
Touchpad nach Anspruch 30, wobei das leitende Material aus Partikeln oder Fasern besteht.
Touchpad nach Anspruch 31, wobei die Partikel aus Metall oder Metalloxiden mit einer Größe von bis zu 10 Mikron Breite gebildet sein können.
Touchpad nach Anspruch 31 oder 32, wobei das Fasermaterial aus Nanoröhren oder Kohlenstofffasern mit einer Länge von bis zu 10 Millimetern gebildet sein kann.
Touchpad nach Anspruch 28, wobei die mehreren Leiter im wesentlichen in der einzelnen bzw. einzigen leitenden Träger- und Fühlerschicht enthalten sind.
Touchpad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mehreren Leiter jeweils elektrisch isoliert sind.
Touchpad nach Anspruch 35, wobei jeder Leiter mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung bedeckt ist.
Touchpad nach Anspruch 28, wobei die leitende Träger- und Fühlerschicht eine strukturierte Oberfläche in der Form von Oberflächenunebenheiten für die Neuausrichtung eines Berührungspunkts aufweist.
Touchpad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Touchpad in einer nicht-planaren Konfiguration angeordnet ist.
Touchpad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Touchpad elastisch ist.
Touchpad nach Anspruch 1 oder Anspruch 38, wobei das Touchpad verformbar ist.
Touchpad nach Anspruch 2, wobei das leitende Medium Indiumzinnoxid (ITO) oder Antimonzinnoxid (ATO) ist.
Touchpad-System mit einem Touchpad nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Sensorschaltung, die eine Berührungserfassungsschaltung und eine Aufweckschaltung umfasst, wobei die Sensorschaltung periodisch schläft und aufwacht, um den Zustand des Touchpads zu messen, wobei in Reaktion auf eine Berührung die Sensorschaltung, wenn sie schläft, aufwacht und die Oberfläche abtastet, um die Berührungsposition zu bestimmen.
Touchpad-System nach Anspruch 42, wobei die Berührung in weniger als etwa 3 Mikrosekunden erfasst wird.
Touchpad-System nach Anspruch 42 oder 43, wobei der Energieverbrauch der Sensorschaltung weniger als etwa 10 Mikroampere im Standby- bzw. Schlafmodus beträgt.
Touchpad nach Anspruch 1, wobei die mehreren Leiter eine erste Reihe voneinander beabstandeter Leiter und eine zweite Reihe voneinander beabstandeter Leiter umfasst, die in einer kreuzenden Beziehung angeordnet sind.