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Dies ist eine nicht-provisorische Patentanmeldung und beansprucht die Vorteile der am 13. Oktober 2017 eingereichten provisorischen
US-Patentanmeldung Nr. 62/572,005 mit dem Titel „High Proximity Minimal Transmit Sensor Driver“, deren Inhalt hiermit durch Verweis hierin mit aufgenommen wird.
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GEBIET
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Die offenbarten Systeme beziehen sich im Allgemeinen auf den Bereich der Benutzereingabe und insbesondere auf Geräte, die empfindlich auf die Verwendung verschiedener Eingabestifte und Berührungen reagieren.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der folgenden genaueren Beschreibung der Ausführungsformen, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, in denen sich Bezugszeichen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, der Schwerpunkt liegt vielmehr auf der Veranschaulichung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen.
- 1 ist eine Darstellung des Sensors.
- 2 ist eine Darstellung, die einen Betriebsmodus für den Sensor illustriert.
- 3 ist eine Darstellung, die einen anderen Betriebsmodus für den Sensor illustriert.
- 4 ist eine Darstellung, die einen anderen Betriebsmodus für den Sensor illustriert.
- 5 ist eine schematische Ansicht der Sensoranordnung.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG
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In verschiedenen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf schwebe-, kontakt- und druckempfindliche Systeme (z.B. Objekte, Panels oder Tastaturen) und deren Anwendungen in der realen Welt, in der künstlichen Realität, in der virtuellen Realität und in Erweiterte-Realität-Umgebungen (Augmented-Reality-Settings). Es wird von einem gewöhnlichen Fachmann verstanden werden, dass die hier vorliegenden Offenbarungen allgemein für alle Arten von Systemen gelten, die schnelle Multi-Touch-Erkennung von Schweben, Kontakt und Druck verwenden. In einer Ausführungsform können das vorliegende System und das Verfahren auf Paneele und Anzeigeflächen angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Smart Boards, Smart Pads und interaktive Displays.
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In dieser Offenbarung können die Begriffe „Berührung“, „Berührungen“, „Berührungsereignis“, „Kontakt“, „Kontakte“, „Schweben“ oder „Schwebende“ oder andere Deskriptoren verwendet werden, um Ereignisse oder Zeiträume zu beschreiben, in denen eine Taste, ein Tastschalter, der Finger des Benutzers, ein Taststift, ein Objekt oder ein Körperteil von einem Sensor erfasst wird. Bei einigen Sensoren erfolgen Erkennungen nur dann, wenn der Benutzer in physischem Kontakt mit einem Sensor oder einem Gerät in dem er eingebaut ist, steht. In einigen Ausführungsformen und wie allgemein mit dem Wort „Kontakt“ bezeichnet, erfolgen diese Erkennungen als Ergebnis des physischen Kontakts mit einem Sensor oder einem Gerät, in dem er eingebaut ist. In anderen Ausführungsformen, und wie manchmal allgemein mit dem Begriff „Schweben“ bezeichnet, kann der Sensor so abgestimmt sein, dass er die Erkennung von „Berührungen“ ermöglicht, die in einem Abstand über der Berührungsfläche schweben oder anderweitig von der Sensorvorrichtung getrennt sind und eine erkennbare Veränderung verursachen, obwohl das leitende oder kapazitive Objekt, z.B. ein Taststift oder Stift, nicht in tatsächlichem physischen Kontakt mit der Oberfläche steht. Daher sollte der Sprachgebrauch innerhalb dieser Beschreibung, der sich auf den erfühlten physischen Kontakt stützt, nicht so verstanden werden, dass die beschriebenen Techniken nur auf diese Ausführungsformen anwendbar sind; Tatsächlich würde fast alles, wenn nicht sogar alles von dem, was hier beschrieben wird, gleichermaßen auf „Kontakt“ und „Schweben“ zutreffen, von denen jedes eine „Berührung“ ist. Im Allgemeinen bezieht sich das Wort „schweben“, wie hier verwendet, auf berührungslose Berührungsereignisse oder Berührungen, und wie hier verwendet, ist der Begriff „Schweben“ eine Art von „Berührung“ in dem Sinne, dass „Berührung“ hiermit gemeint ist. Somit umfassen der Ausdruck „Berührungsereignis“ und das Wort „Berührung“, wenn es als Substantiv verwendet wird, eine Beinahe-Berührung und ein Beinahe-Berührungsereignis oder jede andere Geste, die mit Nutzung eines Sensors identifiziert werden kann. „Druck“ bezieht sich auf die Kraft pro Flächeneinheit, die durch einen Benutzerkontakt (z.B. Drücken mit den Fingern oder der Hand) gegen die Oberfläche eines Objekts ausgeübt wird. Die Höhe des „Drucks“ ist ebenfalls ein Maß für den „Kontakt“, d.h. die „Berührung“. „Berührung“ bezieht sich auf die Zustände „Schweben“, „Kontakt“, „Druck“ oder „Griff“, während ein Mangel an „Berührung“ im Allgemeinen durch Signale erkannt wird, die unter einem Schwellenwert für eine genaue Messung durch den Sensor liegen. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform können Berührungsereignisse mit sehr geringer Latenzzeit, z.B. in der Größenordnung von zehn Millisekunden oder weniger oder in der Größenordnung von weniger als einer Millisekunde, erkannt, verarbeitet und nachgeschalteten Rechenprozessen zugeführt werden.
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Wie hier und insbesondere innerhalb der Ansprüche verwendet, sollen Ordinalbegriffe wie erster und zweiter nicht an und für sich eine Sequenz, Zeit oder Eindeutigkeit implizieren, sondern dienen vielmehr dazu, ein beanspruchtes Konstrukt von einem anderen zu unterscheiden. Bei einigen Verwendungen, bei denen der Kontext es diktiert, können diese Begriffe implizieren, dass der erste und der zweite eindeutig sind. Wenn zum Beispiel ein Ereignis zu einem ersten Zeitpunkt und ein anderes Ereignis zu einem zweiten Zeitpunkt eintritt, ist nicht beabsichtigt, dass der erste Zeitpunkt vor dem zweiten Zeitpunkt, nach dem zweiten Zeitpunkt oder gleichzeitig mit dem zweiten Zeitpunkt eintritt. Wenn jedoch die weitere Einschränkung, dass das zweite Mal nach dem ersten Mal eintritt, im Anspruch dargestellt wird, würde der Kontext es erforderlich machen, das erste Mal und das zweite Mal als eindeutige Zeitpunkte zu lesen. In ähnlicher Weise sollen Ordnungsbegriffe, wenn der Kontext dies diktiert oder zulässt, weit ausgelegt werden, so dass die beiden identifizierten Anspruchskonstrukte dieselbe Charakteristik oder eine unterschiedliche Charakteristik aufweisen können. So könnten zum Beispiel eine erste und eine zweite Frequenz, ohne weitere Einschränkung, die gleiche Frequenz sein, z.B. die erste Frequenz 10 Mhz und die zweite Frequenz 10 Mhz; oder es könnten verschiedene Frequenzen sein, z.B. die erste Frequenz 10 Mhz und die zweite Frequenz 11 Mhz. Der Kontext kann etwas anderes diktieren, z.B. wenn eine erste und eine zweite Frequenz weiter darauf beschränkt sind, frequenzorthogonal zueinander zu sein; in diesem Fall könnten sie nicht die gleiche Frequenz sein.
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Die vorliegende Anmeldung sieht verschiedene Ausführungsformen von Sensoren zur Erkennung von Berührungsereignissen vor. Die Sensorkonfigurationen sind für die Verwendung mit frequenz-orthogonalen Signaltechniken geeignet (siehe z.B.
U.S. Patent Nr. 9,019,224 und
9,529,476 und
U.S. Patent Nr. 9,811,214 , die hiermit alle durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen werden). Die hierin diskutierten Sensorkonfigurationen können mit anderen Signaltechniken verwendet werden, einschließlich Abtast- oder Zeitaufteilungstechniken und/oder Codeaufteilungstechniken. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen und abgebildeten Sensoren auch für die Verwendung in Verbindung mit Signalinfusions-(auch als Signalinjektion bezeichneten) Techniken und Geräten geeignet sind.
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Die gegenwärtig offenbaren Systeme und Verfahren beinhalten Prinzipien im Zusammenhang mit und für den Entwurf, die Herstellung und die Verwendung von kapazitiv basierten Sensoren, insbesondere von kapazitiv basierten Sensoren, die ein auf orthogonalen Signalen basierendes Multiplex-Schema verwenden, wie aber nicht beschränkt auf Frequenzmultiplex (FDM), Codemultiplex (CDM) oder eine hybride Modulationstechnik, die sowohl FDM- als auch CDM-Verfahren kombiniert. Bezüge zu Frequenz könnten sich hierin auch auf andere orthogonale Signalgrundlagen beziehen. Als solche enthält diese Anmeldung durch Verweis das frühere
US-Patent Nr. 9.019.224 der Anmelder mit dem Titel „ Low-Latency Touch Sensitive Device “ und das
US-Patent Nr. 9.158.411 mit dem Titel „ Fast Multi-Touch Post Processing “. Diese Anwendungen sehen FDM-, CDM- oder FDM/CDM-Hybrid-Touchsensoren vor, die in Verbindung mit den derzeit veröffentlichten Sensoren verwendet werden können. Bei solchen Sensoren werden Interaktionen erfasst, wenn ein Signal aus einer Zeile mit einer Spalte gekoppelt (erhöht) oder entkoppelt (verringert) wird und das Ergebnis auf dieser Spalte empfangen wird. Durch sequentielles Anregen der Zeilen und Messen der Kopplung des Anregungssignals an den Spalten kann eine Heatmap erstellt werden, die Kapazitätsänderungen und damit die Nähe widerspiegelt.
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Diese Anmeldung verwendet auch Prinzipien, die in schnellen Multitouch-Sensoren und anderen Schnittstellen verwendet werden, die in den folgenden offenbart werden:
U.S. Patent Nr. 9,933,880 ;
9,019,224 ;
9,811,214 ;
9,804,721 ;
9,710,113 ; und
9,158,411 . Die Vertrautheit mit der Offenbarung, den Konzepten und der Nomenklatur innerhalb dieser Patente wird vorausgesetzt. Die gesamte Offenbarung dieser Patente und die darin durch Verweis aufgenommenen Anmeldungen werden hier durch Verweis aufgenommen. Diese Anmeldung wendet auch Prinzipien an, die in schnellen Multi-Touch-Sensoren und anderen Schnittstellen verwendet werden, die in den folgenden offenbart werden:
U.S. Patentanmeldung Nr. 15/162,240 ;
15/690,234 ;
15/195,675 ;
15/200,642 ;
15/821,677 ;
15/904,953 ;
15/905,465 ;
15/943,221 ;
62/540,458 ,
62/575,005 ,
62/621,117 ,
62/619,656 und der PCT-Veröffentlichung
PCT/US2017/050547 , Vertrautheit mit den darin enthaltenen Offenbarungen, Konzepten und Nomenklatur wird vorausgesetzt. Die gesamte Offenbarung dieser Anmeldungen und die darin durch Verweis aufgenommenen Anmeldungen werden hier durch Verweis aufgenommen.
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1 veranschaulicht bestimmte Prinzipien eines schnellen Multi-Touch-Sensors 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Der Transmitter 200 überträgt ein anderes Signal, das vom Signalgenerator 202 erzeugt wird, in jeden der Sendeleiter 201 des Panels 400. Die Signale sind so konzipiert, dass sie „orthogonal“, d.h. voneinander trennbar und unterscheidbar sind. An jeden Empfangsleiter 301 ist ein Empfänger 300 angeschlossen, an den ein Signalprozessor 302 operativ angeschlossen ist. Die Sendeleiter 201 und die Empfangsleiter 301 sind Leiter (auch als Antennen bezeichnet), die in der Lage sind, Signale zu senden und/oder zu empfangen. Der Empfänger 300 ist so ausgelegt, dass er jedes der übertragenen Signale oder eine beliebige Kombination von ihnen mit oder ohne andere Signale und/oder Rauschen empfangen und individuell einen Messwert, z.B. eine Größe für jedes der orthogonalen übertragenen Signale, die auf diesem Empfangsleiter 301 vorhanden sind, bestimmen kann. Das Panel 400 des Sensors weist eine Reihe von Sendeleitern 201 und Empfangsleitern 301 auf (nicht alle abgebildet), entlang derer sich die orthogonalen Signale ausbreiten können. In einer Ausführungsform sind die Sendeleiter 201 und die Empfangsleiter 301 so angeordnet, dass ein Berührungsereignis eine Änderung der Kopplung zwischen mindestens einem der Sendeleiter 201 und mindestens einem der Empfangsleiter 301 bewirkt. In einer Ausführungsform bewirkt ein Berührungsereignis eine Änderung des Betrags (z.B. der Größe) eines auf einem Sendeleiter 201 übertragenen Signals, das im Empfangsleiter 301 detektiert wird. In einer Ausführungsform bewirkt ein Berührungsereignis eine Änderung der Phase eines auf einem Sendeleiter 201 übertragenen Signals, das auf einem Empfangsleiter 301 detektiert wird. Da der Sensor 100 letztlich ein Berührungsereignis aufgrund einer Änderung der Kopplung erkennt, ist es nicht von besonderer Bedeutung, außer aus Gründen, die sonst für eine bestimmte Ausführungsform offensichtlich sind, welche Art von Änderung der berührungsbedingten Kopplung durch eine Berührung verursacht wird. Wie oben diskutiert, erfordert die Berührung oder das Berührungsereignis keine physische Berührung, sondern ein Ereignis, das das gekoppelte Signal beeinflusst. In einer Ausführungsform erfordert die Berührung oder das Berührungsereignis keine physische Berührung, sondern vielmehr ein Ereignis, das das gekoppelte Signal auf wiederholbare oder vorhersehbare Weise beeinflusst.
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Mit fortgesetztem Verweis auf 1, bewirkt in einer Ausführungsform im Allgemeinen das Ergebnis eines Berührungsereignisses in der Nähe sowohl eines Sendeleiters 201 als auch eines Empfangsleiters 301 eine Änderung des Signals, das auf einem Sendeleiter 201 übertragen wird, wenn es auf einem Empfangsleiter 301 detektiert wird. In einer Ausführungsform kann die Kopplungsänderung durch Vergleich aufeinanderfolgender Messungen auf dem Empfangsleiter 301 erkannt werden. In einer Ausführungsform kann die Kopplungsänderung durch Vergleich der Eigenschaften des auf dem Sendeleiter 201 übertragenen Signals mit einer auf dem Empfangsleiter 301 durchgeführten Messung festgestellt werden. In einer Ausführungsform kann eine Kopplungsänderung sowohl durch den Vergleich aufeinanderfolgender Messungen auf dem Empfangsleiter 301 als auch durch den Vergleich bekannter Eigenschaften des auf dem Sendeleiter 201 übertragenen Signals mit einer auf dem Empfangsleiter 301 durchgeführten Messung gemessen werden. Allgemeiner ausgedrückt, verursachen Berührungsereignisse Messungen der Signale auf dem Empfangsleiter 301 und entsprechen damit den Messungen auf dem Empfangsleiter 301. Da die Signale auf den Sendeleitern 201 orthogonal sind, können mehrreihige Signale an einen Empfangsleiter 301 gekoppelt und durch den Empfänger 300 unterschieden werden. Ebenso können die Signale auf jedem Sendeleiter 201 mit mehreren Empfangsleitern 301 gekoppelt werden. Für jeden Empfangsleiter 301, der mit einem gegebenen Sendeleiter 201 gekoppelt ist (und unabhängig davon, wie sich die Berührung auf die Kopplung zwischen der Zeile und der Spalte auswirkt), enthalten die auf den Empfangsleitern 301 gemessenen Signale Informationen, die anzeigen, welche Sendeleiter 201 gleichzeitig mit diesem Empfangsleiter 301 berührt werden. Die Größe oder Phasenverschiebung jedes empfangenen Signals hängt im Allgemeinen mit dem Ausmaß der Kopplung zwischen der Spalte 301 und der Zeile 201 zusammen, die das entsprechende Signal trägt, und kann daher einen Abstand des berührenden Objekts zur Oberfläche, einen Bereich der Oberfläche, der von der Berührung und/oder dem Druck der Berührung bedeckt ist, anzeigen.
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Bei verschiedenen Implementierungen einer Berührungseinrichtung ist ein physischer Kontakt mit dem Sendeleiter 201 und/oder dem Empfangsleiter 301 unwahrscheinlich oder unmöglich, da zwischen den Zeilen 201 und/oder Spalten 301 und dem Finger oder einem anderen Berührungsobjekt eine Schutzbarriere vorhanden sein kann. Darüber hinaus stehen im Allgemeinen der Sendeleiter 201 und der Empfangsleiter 301 selbst nicht in physischem Kontakt miteinander, sondern befinden sich in einer Nähe, die eine Signalkopplung zwischen ihnen ermöglicht, und diese Kopplung ändert sich bei Berührung. Im Allgemeinen ergibt sich die Zeilen-Spalten-Kopplung weder aus dem tatsächlichen Kontakt zwischen ihnen noch aus dem tatsächlichen Kontakt mit dem Finger oder einem anderen Berührungsobjekt, sondern vielmehr aus dem Effekt, dass der Finger (oder ein anderes Objekt) in die Nähe gebracht wird - diese Nähe führt zu einer Änderung der Kopplung, welcher Effekt hier als Berührung bezeichnet wird.
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In einer Ausführungsform kann sich die Ausrichtung des Sendeleiters 201 und des Empfangsleiters 301 als Folge eines physikalischen Vorgangs ändern, und die Änderung der Ausrichtung (z.B. Bewegung) des Sendeleiters 201 und/oder des Empfangsleiters 301 im Verhältnis zueinander kann eine Änderung der Kopplung bewirken. In einer Ausführungsform kann die Ausrichtung eines Sendeleiters 201 und eines Empfangsleiters 301 als Folge eines physikalischen Prozesses variieren, und der Ausrichtungsbereich zwischen den Sendeleitern 201 und den Empfangsleitern 301 umfasst einen ohmschen Kontakt, so dass in einigen Ausrichtungen innerhalb eines Bereichs ein Sendeleiter 201 und ein Empfangsleiter 301 in physischem Kontakt sein können, während in anderen Ausrichtungen innerhalb des Bereichs der Sendeleiter 201 und der Empfangsleiter 301 nicht in physischem Kontakt sind und ihre Kopplung variieren kann. In einer Ausführungsform kann, wenn eine Zeile 201 und eine Spalte 301 nicht in physischem Kontakt stehen, ihre Kopplung als Folge einer Bewegung enger zusammen oder weiter auseinander variiert werden. In einer Ausführungsform kann, wenn ein Sendeleiter 201 und ein Empfangsleiter 301 keinen physischen Kontakt haben, ihre Kopplung als Folge einer Erdung verändert werden. In einer Ausführungsform kann, wenn ein Sendeleiter 201 und ein Empfangsleiter 301 nicht in physischem Kontakt sind, ihre Kopplung als Folge von Materialien, die innerhalb des gekoppelten Feldes verschoben werden, verändert werden. In einer Ausführungsform kann, wenn in einer Ausführungsform ein Sendeleiter 201 und ein Empfangsleiter 301 nicht in physischem Kontakt sind, ihre Kopplung als Folge einer Formänderung des Sendeleiters 201 oder des Empfangsleiters 301 oder einer mit der Zeile oder Spalte verbundenen Antenne verändert werden.
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Die Art des Sendeleiters 201 und des Empfangsleiters 301 ist beliebig, und die besondere Ausrichtung ist variabel. Tatsächlich beziehen sich die Sendeleiter 201 und die Empfangsleiter 301 nicht nur auf ein quadratisches Gitter, sondern vielmehr auf einen Satz von Leitern, auf denen das Signal übertragen wird (Reihen) und einen Satz von Leitern, auf die das Signal gekoppelt werden kann (Spalten). Die Vorstellung, dass Signale auf Zeilen übertragen und auf Spalten empfangen werden, ist beliebig und Signale könnten genauso gut auf Leitern mit willkürlich bezeichneten Spalten übertragen und auf Leitern mit willkürlich bezeichneten Zeilen empfangen werden, oder beides könnte beliebig als etwas anderes bezeichnet werden. Ferner ist es nicht erforderlich, dass Zeilen und Spalten in einem Raster liegen. Andere Formen sind möglich, solange ein Berührungsereignis eine Zeilen-Spalten-Kopplung beeinflusst. Zum Beispiel könnten die „Zeilen“ in konzentrischen Kreisen liegen und die „Spalten“ könnten Speichen sein, die vom Zentrum ausstrahlen. Und weder die „Zeilen“ noch die „Spalten“ müssen irgendeinem geometrischen oder räumlichen Muster folgen, so dass z.B. die Tasten einer Tastatur willkürlich verbunden werden könnten, um Zeilen und Spalten zu bilden (bezogen oder nicht bezogen auf ihre relative Position). Darüber hinaus kann eine Antenne oder ein Leiter als Reihe mit einer definierteren Form als ein einfacher Leiterdraht verwendet werden, wie z.B. eine Reihe hergestellt aus ITO. Zum Beispiel kann eine Antenne oder ein Leiter rund oder rechteckig sein oder im Wesentlichen jede Form haben oder eine Form, die sich ändert. Eine Antenne oder ein Leiter, der als Reihe verwendet wird, kann in der Nähe eines oder mehrerer Leiter oder Antennen oder einer oder mehrerer anderer Antennen oder Leiter, die als Spalten fungieren, ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform kann eine Antenne oder ein Leiter zur Signalübertragung verwendet werden und in der Nähe eines oder mehrerer Leiter oder einer oder mehrerer anderer Antennen, die zum Empfang von Signalen dienen, ausgerichtet sein. Eine Berührung verändert die Kopplung zwischen der Antenne oder dem Leiter, die bzw. der für die Signalübertragung verwendet wird, und der Antenne oder dem Leiter, die bzw. der für den Empfang von Signalen verwendet wird.
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Es ist nicht notwendig, dass es nur zwei Arten von Signalausbreitungskanälen gibt: Anstelle der Sendeleiter 201 und der Empfangsleiter 301 können in einer Ausführungsform die Kanäle „A“, „B“ und „C“ vorgesehen werden, wobei auf „A“ gesendete Signale auf „B“ und „C“ empfangen werden könnten, oder in einer Ausführungsform die auf „A“ und „B“ gesendeten Signale auf „C“ empfangen werden könnten. Es ist auch möglich, dass die Signalausbreitungskanäle abwechselnd funktionieren und manchmal Sender und manchmal Empfänger unterstützen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Signalausbreitungskanäle gleichzeitig Sender und Empfänger unterstützen können - vorausgesetzt, dass die gesendeten Signale orthogonal und damit von den empfangenen Signalen trennbar sind. Statt nur „Zeilen“ und „Spalten“ können drei oder mehr Arten von Antennen oder Leitern verwendet werden. Viele alternative Ausführungsformen sind möglich und werden für einen Fachmann nach Berücksichtigung dieser Offenbarung offensichtlich sein. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, dass auf jedem Übertragungsmedium nur ein Signal übertragen wird. In einer Ausführungsform werden auf jeder Reihe oder Antenne mehrere orthogonale Signale übertragen.
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Kurz auf 1 zurückzukommend weist, wie oben erwähnt, in einer Ausführungsform das Panel 400, das eine Berührungsfläche ist, eine Reihe von Sendeleitern 201 und Empfangsleitern 301 auf, über die sich die Signale ausbreiten können. Wie oben diskutiert, sind die Sendeleiter 201 und die Empfangsleiter 301 so ausgerichtet, dass wenn sie nicht berührt werden die Signale anders eingekoppelt werden als wenn sie berührt werden. Die Änderung des zwischen ihnen gekoppelten Signals kann im Allgemeinen proportional oder umgekehrt proportional (wenn auch nicht unbedingt linear proportional) zur Berührung sein, so dass die Berührung als eine Abstufung gemessen wird, die eine Unterscheidung zwischen mehr Berührung (d.h. näher oder fester) und weniger Berührung (d.h. weiter oder weicher) - und sogar keine Berührung - ermöglicht.
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An jedem Empfangsleiter 301 ist ein Empfänger 300 angebracht, an den ein Signalprozessor 302 operativ angeschlossen ist. Der Empfänger 300 ist so ausgelegt, dass er die auf dem Empfangsleiter 301 vorhandenen Signale empfängt, einschließlich aller orthogonalen Signale oder einer beliebigen Kombination der orthogonalen Signale und aller Rausch- oder anderen vorhandenen Signale. Im Allgemeinen ist der Empfänger so ausgelegt, dass er einen Rahmen von Signalen auf dem Empfangsleiter 301 empfängt und die signalgebenden Spalten identifiziert. Ein Rahmen von Signalen wird während einer Integrationsperiode oder Abtastperiode empfangen. In einer Ausführungsform kann der den Empfängerdaten zugeordnete Signalprozessor 302 einen Messwert bestimmen, welcher der Menge jedes der orthogonalen Sendesignale zugeordnet ist, die während der Zeit, in der der Signalrahmen erfasst wurde, auf diesem Empfangsleiter 301 vorhanden waren. Auf diese Weise kann der Empfänger zusätzlich zur Identifizierung der Sendeleiter 201 in Verbindung mit jedem Empfangsleiter 301 zusätzliche (z.B. qualitative) Informationen über die Berührung zur Verfügung stellen. Im Allgemeinen können Berührungsereignisse mit den empfangenen Signalen auf den Empfangsleitern 301 übereinstimmen (oder umgekehrt übereinstimmen). Für jeden Empfangsleiter 301 zeigen die verschiedenen darauf empfangenen Signale an, welcher der entsprechenden Sendeleiter 201 gleichzeitig mit diesem Empfangsleiter 301 berührt wird. In einer Ausführungsform kann das Ausmaß der Kopplung zwischen dem entsprechenden Sendeleiter 201 und dem Empfangsleiter 301 z.B. Fläche der von der Berührung bedeckten Oberfläche, den Druck der Berührung usw. anzeigen. In einer Ausführungsform zeigt eine zeitliche Änderung der Kopplung zwischen dem entsprechenden Sendeleiter 201 und dem Empfangsleiter 301 eine Änderung der Berührung am Schnittpunkt der beiden an.
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In einer Ausführungsform weist eine integrierte Mischsignalschaltung einen Signalgenerator, Sender, Empfänger und Signalprozessor auf. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung so ausgelegt, dass sie ein oder mehrere Signale erzeugt und die Signale an Sendeantennen sendet. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung so ausgelegt, dass sie eine Vielzahl von frequenzorthogonalen Signalen erzeugt und die Vielzahl von frequenzorthogonalen Signalen zur Sendeantenne sendet. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung so ausgelegt, dass sie eine Vielzahl von frequenzorthogonalen Signalen erzeugt und eines oder mehrere der Vielzahl von frequenzorthogonalen Signalen an jede einer Vielzahl von Reihen sendet. In einer Ausführungsform liegen die frequenzorthogonalen Signale im Bereich von DC bis etwa 2,5 GHz. In einer Ausführungsform liegen die frequenzorthogonalen Signale im Bereich von DC bis zu etwa 1,6 MHz. In einer Ausführungsform liegen die frequenzorthogonalen Signale im Bereich von 50 KHz bis 200 KHz. Der Frequenzabstand zwischen den frequenzorthogonalen Signalen sollte größer oder gleich dem Kehrwert einer Integrationsperiode (d.h. der Abtastperiode) sein.
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In einer Ausführungsform ist der Signalprozessor einer integrierten Mischsignalschaltung (oder einer nachgeschalteten Komponente oder Software) so angepasst, dass er mindestens einen Wert bestimmt, der jedes in eine Reihe übertragene frequenzorthogonale Signal repräsentiert. In einer Ausführungsform führt der Signalprozessor der integrierten Mischsignalschaltung (oder einer nachgeschalteten Komponente oder Software) eine Fourier-Transformation an empfangenen Signalen durch. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung so angepasst, dass sie empfangene Signale digitalisiert. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung (oder eine nachgeschaltete Komponente oder Software) so angepasst, dass sie empfangene Signale digitalisiert und eine diskrete Fourier-Transformation (DFT) an den digitalisierten Informationen durchführt. In einer Ausführungsform ist die integrierte Mischsignalschaltung (oder eine nachgeschaltete Komponente oder Software) so ausgelegt, dass sie empfangene Signale digitalisiert und eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) an den digitalisierten Informationen durchführt - wobei eine FFT eine Art diskrete Fourier-Transformation ist.
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Für einen Fachmann wird es angesichts dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass eine DFT im Wesentlichen die Sequenz von digitalen Abtastwerten (z.B. Fenster), die während einer Abtastperiode (z.B. Integrationsperiode) genommen werden, so behandelt, als ob sie sich wiederholt. Infolgedessen können Signale, die keine Mittenfrequenzen sind (d.h. keine ganzzahligen Vielfachen des Kehrwerts der Integrationsperiode (der Kehrwert definiert den minimalen Frequenzabstand)), relativ nominale, aber unbeabsichtigte Folgen des Einbringens kleiner Werte in andere DFT-Bins haben können. Daher wird es auch für einen Fachmann angesichts dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass der Begriff orthogonal, wie er hier verwendet wird, durch solch kleine Beiträge nicht „verletzt“ wird. Mit anderen Worten, so wie wir hier den Begriff „frequenzorthogonal“ verwenden, werden zwei Signale als frequenzorthogonal betrachtet, wenn im Wesentlichen der gesamte Beitrag eines Signals zu den DFT-Bins in andere DFT-Bins geleitet wird als im Wesentlichen der gesamte Beitrag des anderen Signals.
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In einer Ausführungsform werden empfangene Signale bei mindestens 1 MHz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale bei mindestens 2 MHz abgetastet. In einer Ausführungsform werden die empfangenen Signale mit 4 Mhz abgetastet. In einer Ausführungsform werden empfangene Signale mit 4,096 Mhz abgetastet. In einer Ausführungsform werden empfangene Signale mit mehr als 4 MHz abgetastet.
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Um beispielsweise eine kHz-Abtastung zu erreichen, können 4096 Abtastungen bei 4,096 MHz vorgenommen werden. In einer solchen Ausführungsform beträgt die Integrationsperiode 1 Millisekunde, was unter der Bedingung, dass der Frequenzabstand größer oder gleich dem Kehrwert der Integrationsperiode ist, einen minimalen Frequenzabstand von 1 KHz ergibt. (Für einen Fachmann wird es angesichts dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass die Entnahme von 4096 Abtastwerten bei z.B. 4 MHz eine Integrationsperiode von etwas mehr als einer Millisekunde ergeben würde, ohne dass eine kHz-Abtastung und ein Mindestfrequenzabstand von 976,5625 Hz erreicht wird). In einer Ausführungsform ist der Frequenzabstand gleich dem Kehrwert der Integrationsperiode. In einer solchen Ausführungsform sollte die maximale Frequenz eines frequenzorthogonalen Signalbereichs weniger als 2 MHz betragen. In einer solchen Ausführungsform sollte die praktische Maximalfrequenz eines frequenzorthogonalen Signalbereichs weniger als etwa 40% der Abtastrate oder etwa 1,6 MHz betragen. In einer Ausführungsform wird eine DFT (die eine FFT sein könnte) verwendet, um die digitalisierten empfangenen Signale in Informationsbins zu transformieren, von denen jedes die Frequenz eines übertragenen frequenzorthogonalen Signals widerspiegelt, das möglicherweise von der Sendeantenne 130 übertragen wurde. In einer Ausführungsform entsprechen 2048 Bins Frequenzen von 1 KHz bis etwa 2 MHz. Angesichts dieser Offenbarung wird es für einen Fachmann offensichtlich sein, dass diese Beispiele einfach nur beispielhaft sind. Je nach den Erfordernissen eines Systems und unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Einschränkungen kann die Abtastrate erhöht oder verringert, die Integrationsperiode angepasst, der Frequenzbereich angepasst werden usw.
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In einer Ausführungsform umfasst ein DFT-Ausgang (der auch eine FFT sein kann) für jedes übertragene frequenzorthogonale Signal ein Bin. In einer Ausführungsform besteht jedes DFT-Bin (das eine FFT sein kann) aus einer gleichphasigen (I) und einer Quadraturkomponente (Q). In einer Ausführungsform wird die Summe der Quadrate der I- und Q-Komponenten als Maß verwendet, das der Signalstärke für dieses Bin entspricht. In einer Ausführungsform wird die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der I- und Q-Komponenten als Maß verwendet, das der Signalstärke für dieses Bin entspricht. Für einen Fachmann wird es angesichts dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass ein Maß, das der Signalstärke für ein Bin entspricht, als berührungsbezogenes Maß verwendet werden könnte. Mit anderen Worten, das Maß, das der Signalstärke in einem bestimmten Bin entspricht, würde sich als Folge eines Berührungsereignisses ändern.
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2 ist eine Darstellung, die einen Betriebsmodus des Sensors veranschaulicht. In 2 ist ein Abtasten der Sendeleiter 201 und der Empfangsleiter 301 dargestellt. In dem in 2 dargestellten Betriebsmodus werden nur die Empfangsleiter 301 betrieben. Die Sendeleiter 201 können mit einem hochohmigen p-Kanal-Feldeffekttransistor verbunden oder getrennt werden, so dass nur die Empfangsleiter 301 in Betrieb bleiben. Dieser Betriebsmodus wird vor allem dann verwendet, wenn ein Signal durch den Körper dringt oder über eine andere Sendeantenne oder einen anderen Leiter als den Sendeleiter 201 übertragen wird. In 2 sind alle Empfangsleiter 301 angeschlossen und in der Lage, ein Sendesignal zu empfangen, jedoch können in einer Ausführungsform weniger als alle Empfangsleiter 301 angeschlossen sein. In einer Ausführungsform ist zwischen den Empfangsleitern 301 und den Sendeleitern 201 ein Schalter geschaltet, so dass die Funktionen der Sendeleiter 201 und der Empfangsleiter 301 untereinander wechseln können. In einer Ausführungsform können sowohl der Sendeleiter 201 als auch die Empfangsleiter 301 zum Empfang von Signalen operieren.
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3 ist eine Darstellung, die einen weiteren Betriebsmodus des Sensors veranschaulicht. Dieser Betriebsmodus wird auch oben in Bezug auf 1 beschrieben. In diesem Betriebsmodus können die Sendeleiter 201 Signale senden und die Empfangsleiter 301 Signale empfangen. Durch Interaktionen mit dem Sensor werden Heatmaps erstellt, die zur Ermittlung und Bestimmung von Berührungsereignissen dienen. Dieser Modus eignet sich gut zur Erkennung von Berührungsereignissen wie Kontakt- und „Nahberührungs“-Ereignissen. Unter „Nahberührungsereignissen“ versteht man Berührungsereignisse, die sich innerhalb weniger Zentimeter von der Sensoroberfläche befinden. Es sollte jedoch verstanden werden, dass Berührungsereignisse, die in einer größeren Entfernung als dieser auftreten, immer noch erkannt werden können. Mit Nahberührungsereignissen sind Berührungsereignisse gemeint, die an Orten auf der Sensoroberfläche oder in größerer Nähe der Sensoroberfläche auftreten, als Berührungsereignisse, die bei anderen Betriebsarten auftreten.
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4 ist ein Diagramm, das einen anderen Betriebsmodus des Sensors veranschaulicht. In diesem Betriebsmodus ist die Anzahl der aktiven Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201 in dem in 3 dargestellten Betriebsmodus reduziert. Der in 3 dargestellte Betriebsmodus wird hier der Einfachheit halber als erster Betriebsmodus bezeichnet. Das heißt, das Panel hat einen ersten Modus, in dem typischerweise alle Sendeleiter 201 ein Signal übertragen. In einem anderen, zweiten Modus übertragen weniger Sendeleiter 201 ein Signal als im ersten Modus. In einer Ausführungsform ist die Hälfte der Sendeleiter 201 aktiv im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die im ersten Modus betrieben wurden. In einer Ausführungsform sind drei Viertel der Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die im ersten Modus betrieben wurden, aktiv. In einer Ausführungsform ist ein Viertel der Sendeleiter 201 aktiv im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden. In einer Ausführungsform ist ein Drittel der Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden, aktiv. In einer Ausführungsform ist ein Achtel der Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden, aktiv. In einer Ausführungsform ist ein Sechstel der Sendeleiter 201 aktiv im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden. In einer Ausführungsform ist ein Neuntel der Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden, aktiv. In einer Ausführungsform ist ein Zehntel der Sendeleiter 201 im Vergleich zu den Sendeleitern 201, die in der ersten Betriebsart betrieben wurden, aktiv. In einer Ausführungsform wird eine vorbestimmte Anzahl von Sendeleitern 201 verwendet, die geringer ist als die, die in der ersten Betriebsart betrieben wurde. In einer Ausführungsform sind die aktiven Sendeleiter 201 äquidistant von jedem anderen aktiven Sendeleiter 201 angeordnet. In einer Ausführungsform sind die aktiven Sendeleiter 201 nicht äquidistant voneinander. In einer Ausführungsform sind die Sendeleiter 201 in der Lage, zusätzlich zu dem ersten Modus in mehreren zusätzlichen Modi zu arbeiten, wobei die mehreren zusätzlichen Modi jeweils eine andere Anzahl von Sendeleitern 201 betreiben als die erste Betriebsart (z.B. eine zweite Betriebsart von ½ aktiven Sendeleitern 201 und eine dritte Betriebsart von ¼ aktiven Sendeleitern 201).
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Die Stärke des Signals auf den Sendeleitern 201 ist hoch, wodurch der Erfassungsbereich von Berührungsereignissen erhöht werden kann. Die Reduzierung der Sendeleiter 201 reduziert auch die Anzahl der kleinen Signalmassen im Sensorbereich. Die Stärke des Signals auf dem Sendeleiter 201 kann aufgrund des größeren Abstands zwischen benachbarten Sendeleitern 201 erhöht werden. Durch den Empfang der verstärkten Signale auf den Empfangsleitern 301 können Berührungsereignisse erkannt werden, die weiter von der Oberfläche des Touchpanels entfernt sind als diejenigen, die während des Betriebs im ersten Modus auftreten. Dadurch kann der Berührungsbildschirm in mehr als einem Modus betrieben werden, wobei die Empfindlichkeit gegenüber Berührungsereignissen je nach den Bedürfnissen des Benutzers oder dem gewünschten Empfindlichkeitsgrad variiert werden kann.
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Je mehr niederohmige Leiter in der Nähe der Berührungsfläche verwendet werden, desto geringer ist der Abstand zur Berührungsfläche und desto mehr reagiert das System nur auf nahe Berührungsereignisse. Durch die Deaktivierung der hochohmigen Sendeleiter wird die Anzahl der niederohmigen Leiter in diesem Bereich reduziert, so dass die Feldlinien weiter von der Oberfläche eines Berührungssensors entfernt sind, so dass Schwebeereignisse besser erkannt werden können. In einer Ausführungsform können die Sendeleiter softwaregesteuert in den Hochimpedanzmodus gehen, um Daten über Nahberührungsereignisse und Schwebeereignisse zeitgemultiplext zu sammeln. In 5 kann das -vgs größer als das Vtel des verwendeten pfet sein. Wenn das Steuersignal aktiv ist, kann das Signal an D mit minimaler (d.h. einstelliger Ohmzahl) Impedanz zum Signal an S gehen. Wenn das Steuersignal inaktiv ist, kann das -vgs bei oder nahe Null Volt liegen, und der Pfad von D nach S wird zu einem hochohmigen Pfad. In einer Ausführungsform kann ein einzelner Pfet für effiziente Mehrfachübertragung und schnelles Schalten verwendet werden.
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In einer Ausführungsform ist ein Aspekt der gegenwärtigen Offenbarung ein Berührungssensor. Der Berührungssensor umfasst eine Vielzahl von Sendeleitern, die die zum Senden in zumindest einem ersten Modus und in einem zweiten Modus ausgebildet sind; einem operativ mit der Vielzahl von Sendeleitern verbundenen Signalgenerator, wobei der Signalgenerator zum Übertragen eines frequenzorthogonalen Signals auf jeden der Vielzahl von Sendeleitern ausgebildet ist; einer Vielzahl von Empfangsleitern die operativ mit einem Empfänger verbunden sind; einem Signalprozessor, der operativ mit dem Empfänger verbunden ist, wobei der Signalprozessor konfiguriert ist, um ein während einer Vielzahl von Integrationsperioden auf jedem der Vielzahl von Empfangsleitern empfangenes Empfangssignal zu verarbeiten, und um für jede der Vielzahl von Integrationsperioden und für jeden der Vielzahl von Empfangsleitern einen Messwert zum Bestimmen eines Berührungsereignisses zu bestimmen; und wobei während des ersten Modus mehr der Vielzahl von Sendeleitern ein frequenzorthogonales Signal übertragen als während des zweiten Modus, wobei während des zweiten Modus ein Berührungsereignis in einem Abstand weiter von dem Berührungssensor bestimmt werden kann als während des ersten Modus.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Berührungssensor. Der Berührungssensor umfasst eine erste Vielzahl von Leitern, die zum Übertragen von Signalen in einem ersten Modus ausgebildet sind; eine zweite Vielzahl von Leitern, die zum Übertragen von Signalen in einem zweiten Modus ausgebildet sind; eine dritte Vielzahl von Leitern, die zum Empfangen von Signalen in dem ersten Modus und den zweiten Modus ausgebildet sind; einem Signalgenerator, der operativ mit der ersten Vielzahl von Leitern und der zweiten Vielzahl von Leitern verbunden ist, wobei der Signalgenerator eingerichtet ist zum Übertragen von Signalen auf jeden der ersten Vielzahl von Leitern und der zweiten Vielzahl von Leitern; einen Signalprozessor, der operativ mit der dritten Vielzahl von Leitern verbunden ist, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist zum Verarbeiten eines auf jedem der dritten Vielzahl von Leitern während einer Vielzahl von Integrationsperioden empfangenen Eingangssignals und für jede der Vielzahl von Integrationsperioden und für jeden der dritten Vielzahl von Leitern einen Messwert zum Bestimmen eines Berührungsereignisses zu bestimmen; und wobei eine Anzahl von Leitern in der ersten Vielzahl von Leitern größer ist als eine Anzahl von Leitern in der zweiten Vielzahl von Leitern, wobei während des zweiten Modus ein Berührungsereignis in einer Entfernung weiter von dem Berührungssensor bestimmt werden kann als während des ersten Modus.
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Noch ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zur Erkennung von Berührungsereignissen. Das Verfahren zum Erfassen von Berührungsereignissen umfasst das Übertragen von Signalen entlang einer Vielzahl von Sendeleitern in einem ersten Modus, wobei die Sendeleiter operativ mit einem Signalgenerator verbunden sind, wobei der Signalgenerator zum Übertragen eines frequenzorthogonalen Signals auf jeden der Vielzahl von Sendeleitern ausgebildet ist; Empfangen von Signalen auf einer Vielzahl von Empfangsleitern, wobei die Vielzahl von Empfangsleitern operativ mit einem Empfänger verbunden sind, wobei ein Signalprozessor operativ mit dem Empfänger verbunden ist, wobei der Signalprozessor eingerichtet ist zum Verarbeiten von auf jedem der Vielzahl von Empfangsleitern während einer Vielzahl von Integrationsperioden empfangenen Signalen und für jede der Vielzahl von Integrationsperioden und für jeden der Vielzahl von Empfangsleitern einen Messwert zum Bestimmen eines Berührungsereignisses zu bestimmen; Bestimmen eines ersten Berührungsereignisses, das in dem ersten Modus auftritt; Übertragen von Signalen in einem zweiten Modus, wobei in dem zweiten Modus weniger Sendeleiter Signale übertragen; Bestimmen eines zweiten Berührungsereignisses, das in dem zweiten Modus auftritt, wobei das zweite Berührungsereignis in einer Entfernung weiter von dem Berührungssensor als während des ersten Modus auftritt.
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Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist, wird es von den Fachleuten verstanden werden, dass darin verschiedene Form- und Detailänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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