DE202010015865U1

DE202010015865U1 - Sensoreinrichtung zur Annäherungs- und Berührungsdetektion

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Publication number: DE202010015865U1
Application number: DE202010015865U
Authority: DE
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: US9124273B2; CN102907003B; WO2011069926A2; KR101723158B1; DE102009057933B3; CN102907003A; JP5877792B2; EP2510618A2; WO2011069926A3; JP2013513840A; US20130057299A1; KR20120103673A

Abstract

Sensoreinrichtung, umfassend
– zumindest eine erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur (FE), wobei die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) eine Sendeelektrode (SE), eine Kompensationselektrode (KE) und eine Empfangselektrode (EE) aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur (FE) zumindest eine Feldmesselektrode (FE) aufweist, und
– eine Auswerteeinrichtung (A), welche mit der ersten Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und der zweiten Elektrodenstruktur (FE) gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung (A) eine Signalgebereinrichtung (G) aufweist, zur Beaufschlagung der Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode (KE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2), und wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, ein an der Empfangselektrode (EE) abgegriffenes erstes elektrisches Signal (S1) und zumindest ein an der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) abgegriffenes zweites elektrisches Signal (S2) auszuwerten,
wobei die Empfangselektrode (EE), die Sendeelektrode (SE), die Kompensationselektrode (KE) und die Feldmesselektroden (FE) so relativ zueinander angeordnet sind,...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Detektion einer Annäherung und einer Berührung eines elektrischen Gerätes durch ein Objekt. Das elektrische Gerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Computermaus, eine Fernbedienung, ein Eingabemittel für eine Spielkonsole, ein mobiler Kleincomputer (PDA), ein Kopfhörer, ein Hörgerät, oder dergleichen sein.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Sensoreinrichtungen bekannt, welche an einem Handgerät angeordnet werden können, um eine Annäherung an das Handgerät durch eine Hand zu detektieren. So ist es etwa bekannt, kapazitive Sensoren an einem Handgerät anzuordnen, um aufgrund einer Veränderung der dielektrischen Eigenschaften im Bereich der Sensorelektroden auf eine Annäherung einer Hand an die Sensorelektrode zu schließen.
Nachteilig ist hierbei, dass zwischen einer Annäherung einer Sensorelektrode und einem Berühren der Sensorelektrode durch die Hand nicht eindeutig unterschieden werden kann. Weiterhin ist nachteilig, dass, sobald das Handgerät durch eine Hand umgriffen wird, sodass die Sensoreinrichtung eine Veränderung der dielektrischen Eigenschaften an der Sensorelektrode detektiert, von der Sensoreinrichtung nicht mehr ermittelt werden kann, ob sich beispielsweise eine zweite Hand dem Handgerät annähert bzw. das Handgerät berührt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, welche es ermöglichen, ein Berühren bzw. ein Umgreifen beispielsweise eines Handgerätes durch eine Hand sowie gleichzeitig auch eine Annäherung an das Handgerät, beispielsweise einer zweiten Hand, zuverlässig zu detektieren.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung zur Detektion eines Umgreifens eines Handgerätes bei gleichzeitiger Detektion einer Annäherung an das Handgerät nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bereitgestellt wird demnach eine Sensoreinrichtung, welche

– zumindest eine erste Elektrodenstruktur und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur, wobei die erste Elektrodenstruktur eine Sendeelektrode, eine Kompensationselektrode und eine Empfangselektrode aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur eine Anzahl von Feldmesselektroden aufweist, und
– eine Auswerteeinrichtung, welche mit der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung eine Signalgebereinrichtung aufweist, zur Beaufschlagung der Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet ist, ein an der Empfangselektrode abgegriffenes erstes elektrisches Signal und zumindest ein an den Feldmesselektroden abgegriffenes zweites elektrisches Signal auszuwerten,

– ein von der Sendeelektrode emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld in die Empfangselektrode und in zumindest eine der Feldmesselektroden einkoppelbar ist, und
– ein von der Kompensationselektrode emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode einkoppelbar ist.

Damit können mit einer Sensoreinrichtung in vorteilhafterweise zwei Observationsbereiche definiert werden, sodass z. B. an einem Mobiltelefon ein Umgreifen des Mobiltelefons durch eine Hand (mit der ersten Elektrodenstruktur) und gleichzeitig auch eine Annäherung an das Mobiltelefon (mit der zweiten Elektrodenstruktur), etwa mit der anderen Hand, detektiert werden können. Das Vorsehen mehrerer Sensoreinrichtungen wird vermieden, was den baulichen Aufwand erheblich reduziert. Zudem wird durch das Vorsehen der zweiten Elektrodenstruktur, welche nicht von der Kompensationselektrode beeinflusst wird, der insgesamt zu überwachende Observationsbereich vergrößert. Ebenso wird in vorteilhafterweise vermieden, dass eine Annäherung an die zweite Elektrodenstruktur ohne eine gleichzeitige Annäherung an die Sendeelektrode zu einem unbeabsichtigten Auslösen einer der zweiten Elektrodenstruktur zugeordneten Funktion führt.
Das erste elektrische Wechselsignal und das zweite elektrische Wechselsignal können zueinander phasenverschoben sind.
Die Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals ist vorzugsweise größer als die Amplitude des zweiten elektrischen Wechselsignals. Damit kann vorteilhafterweise eine Signaldämpfung in der Empfangselektrode erreicht werden.
Eine Annäherung eines Objektes an die erste Elektrodenstruktur kann zu einer Veränderung eines Pegels des an der Empfangselektrode abgegriffen ersten elektrischen Signals führen, welche indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die erste Elektrodenstruktur ist.
Eine zusätzliche Annäherung des Objektes an die zweite Elektrodenstruktur kann zu einer Veränderung eines Pegels des zumindest eines an den Feldmesselektroden abgegriffen zweiten elektrischen Signals führen, wobei die Pegeländerung des zweiten elektrischen Signals indikativ dafür ist, dass sich das Objekt sowohl an die erste Elektrodenstruktur also auch an die zweite Elektrodenstruktur annähert.
Zumindest einer der Feldmesselektroden kann eine Hilfselektrode zugeordnet sein, wobei die Hilfselektrode galvanisch oder kapazitiv mit der zumindest einen Feldmesselektrode koppelbar ist. Die Sensitivität der Feldmesselektroden kann so deutlich erhöht werden.
Ein Berühren der Hilfselektrode durch ein Objekt, bei gleichzeitiger Annäherung des Objektes an die erste Elektrodenstruktur, kann zu einer sprunghaften Änderung des Pegels des an der der Hilfselektrode zugeordneten Feldmesselektrode abgegriffen zweiten elektrischen Signals führen. Damit kann in vorteilhafter Weise ein mechanischer Taster ”simuliert” werden. Durch das Berühren erhält der Benutzer zudem eine haptische Rückmeldung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sendeelektrode und die Empfangselektrode so relativ zueinander an einem Handgerät anordenbar sind, dass sie bei einem Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand von dieser zumindest teilweise überdeckt werden. Damit wird sichergestellt dass die erste Elektrodenstruktur nur dann ein Signal bereitstellt, wenn das Handgerät tatsächlich durch eine Hand umgriffen wird.
Durch die Erfindung bereit gestellt wird auch eine Sensoreinrichtung, umfassend

– zumindest eine erste Elektrodenstruktur und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur, wobei die erste Elektrodenstruktur zumindest eine Sendeelektrode, zumindest eine Kompensationselektrode und zumindest eine Empfangselektrode aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur (FE) zumindest eine Feldmesselektrode aufweist, und
– eine Auswerteeinrichtung, welche mit der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung eine Signalgebereinrichtung aufweist, zur Beaufschlagung der Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet ist, ein an der Empfangselektrode abgegriffenes erstes elektrisches Signal und zumindest ein an der zumindest einen Feldmesselektrode abgegriffenes zweites elektrisches Signal auszuwerten.

Die Empfangselektrode, die Sendeelektrode, die Kompensationselektrode und die Feldmesselektroden sind vorzugsweise so relativ zueinander angeordnet, dass

Zumindest einer der Feldmesselektroden kam eine Hilfselektrode zugeordnet sein, wobei die Hilfselektrode galvanisch oder kapazitiv mit der zumindest einen Feldmesselektrode koppelbar ist.
Die Sensoreinrichtung kann ausgestaltet sein an der Empfangselektrode ein erstes elektrisches Signal abzugreifen und dessen Signalpegel auszuwerten, an der zumindest einen Feldmesselektrode ein zweites elektrisches Signal abzugreifen und dessen Signalpegel auszuwerten, wobei die Ergebnisse der Auswertung der Signalpegel des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals verwendbar sind, um das Handgerät in einen von den Signalpegeln abhängigen Betriebszustand zu überführen.
Die Kompensationselektrode kann zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode angeordnet sein.
Die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur sind derart relativ zueinander anordenbar, dass der Verlauf der Feldlinien zwischen den einzelnen Elektroden von einem Körper beeinflussbar ist.
Die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur sind derart relativ zueinander anordenbar, dass ein sich an die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur annähernder Körper das an der Kompensationselektrode emittierte zweite elektrische Wechselfeld überbrückt, wobei das an der Sendeelektrode emittierte erste elektrische Wechselfeld über den Körper in die Empfangselektrode einkoppelbar ist.
Das zweite elektrische Signal kann in einem Multiplexverfahren, vorzugsweise in einem Zeitmultiplex-Verfahren von der zumindest einen Feldmesselektrode abgreifbar sein.
Des Weiteren wird durch die Erfindung eine Sensoreinrichtung bereit gestellt, umfassend

– zumindest eine Sendeelektrode, zumindest eine Kompensationselektrode, zumindest eine Empfangselektrode und zumindest eine Feldmesselektrode, und
– eine Signalgebereinrichtung zur Beaufschlagung der Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal, wobei ein an der Sendeelektrode emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld in die Empfangselektrode und in zumindest eine der Feldmesselektroden einkoppelbar ist, und ein an der Kompensationselektrode emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode einkoppelbar ist,

Ferner wird durch die Erfindung ein Handgerät mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung bereit gestellt.
Die Sendeelektrode und die Empfangselektrode der Sensoreinrichtung können derart am Handgerät angeordnet sein, dass sie bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest teilweise von der Hand überdeckt werden.
Das Handgerät kann zumindest eines aus Mobiltelefon, Computermaus, Fernbedienung, Eingabemittel für eine Spielkonsole, mobiler Kleincomputer (PDA), Kopfhörer, Videoaufnahmegerät, und Hörgerät umfassen.
Offenbart wird auch ein Verfahren zur Detektion eines Umgreifens eines Gerätes bzw. eines Handgerätes durch einen Benutzer bei gleichzeitiger Detektion einer Annäherung des Benutzers an das Gerät bzw. an das Handgerät mit einer Sensoreinrichtung, welche zumindest eine erste Elektrodenstruktur und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur umfasst, wobei die erste Elektrodenstruktur eine Sendeelektrode, eine Kompensationselektrode und eine Empfangselektrode aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur eine Anzahl von Feldmesselektroden aufweist, wobei

– die Sendeelektrode mit einem ersten elektrischen Wechselsignal beaufschlagt wird und die Kompensationselektrode mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal beaufschlagt wird, sodass an der Sendeelektrode ein erstes elektrisches Wechselfeld emittiert wird, welches in die Empfangselektrode und in zumindest eine der Feldmesselektroden einkoppelbar ist, und an der Kompensationselektrode ein zweites elektrisches Wechselfeld emittiert wird, welches im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode eingekoppelt wird,
– an der Empfangselektrode ein erstes elektrisches Signal abgegriffen und dessen Signalpegel ausgewertet werden, wobei der Signalpegel des ersten elektrischen Signals indikativ für das Umgreifen des Handgerätes durch einen Benutzer ist, und
– an zumindest einer Feldmesselektroden ein zweites elektrisches Signal abgegriffen und dessen Signalpegel ausgewertet werden, wobei der Signalpegel des zweiten elektrischen Signals indikativ für die Annäherung des Benutzers an das Handgerät ist.

Die Ergebnisse der Auswertungen der Signalpegel des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals können herangezogen werden, um das Handgerät in einen von den Signalpegeln abhängigen Betriebszustand zu überführen.
Bereitgestellt durch die Erfindung wird auch ein Handgerät mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Das Handgerät kann ein Mobiltelefon, eine Computermaus, eine Fernbedienung, ein Eingabemittel für eine Spielkonsole, ein mobiler Kleincomputer (PDA), ein Kopfhörer, ein Hörgerät, oder dergleichen sein.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung einer kapazitiven Sensoreinrichtung zur Verdeutlichung der Erfindung;
2 die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung aus 1 sowie die Auswirkung eines sich an die Elektrodenanordnung annähernden Körpers auf die Feldlinien des kapazitiven Nahfeldes;
3 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
4 eine Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät;
5 ein Anwendungsbeispiel für eine Auswertung mehrerer Detektionssignale einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung in einem elektrischen Handgerät;
6a, b Beispiele für eine Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät mit zwei Feldmesselektroden bzw. drei Feldmesselektroden;
7 zwei Signalverläufe an einer Feldmesselektrode einmal bei einem sich an die Feldmesselektrode annähernden Finger und einmal bei einem die Oberfläche an der Feldmesselektrode berührenden Finger;
8 die Signalverläufe aus 7, allerdings bei einer Feldmesselektrode, welcher einer Hilfselektrode zugeordnet ist; und
9 die Anordnung der Elektroden für eine Detektion eines Umgreifens an einem Handgerät.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt beispielhaft die Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an der Oberfläche eines Gehäuses G, beispielsweise eines Handgerätes. Die an der Oberfläche G angeordneten Elektroden werden durch zwei Elektrodenstrukturen gebildet.
Die erste Elektrodenstruktur weist eine Sendeelektrode SE, eine Kompensationselektrode KE und eine Empfangselektrode EE auf. Die Kompensationselektrode KE ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE angeordnet.
Die zweite Elektrodenstruktur weist hier vier Feldmesselektroden FE auf. Die Feldmesselektroden FE sind so relativ zur ersten Elektrodenstruktur angeordnet, dass ein von der Kompensationselektrode KE emittiertes elektrisches Wechselfeld WK im Wesentlichen nur in der Empfangselektrode EE einkoppelt, nicht aber in die Feldmesselektroden FE.
Die Empfangselektrode EE der ersten Elektrodenstruktur wird an einem Signaleingang einer Auswerteeinrichtung bzw. einer Steuerungseinrichtung angeschlossen. Die Sendeelektrode SE und die Kompensationselektrode KE der ersten Elektrodenstruktur werden jeweils mit einer elektrischen Wechselgröße einer bestimmten Frequenz und Amplitude beaufschlagt. Diese elektrische Wechselgröße wird im Folgenden als Wechselsignal oder elektrisches Wechselsignal bezeichnet.
Das an der Sendelektrode SE beaufschlagte elektrische Wechselsignal weist eine Frequenz von etwa zwischen 50 kHz und 300 kHz auf. Bevorzugt weist das an der Sendeelektrode SE beaufschlagte elektrische Wechselsignal eine Frequenz zwischen 75 kHz und 150 kHz auf.
Das an der Kompensationselektrode KE beaufschlagte elektrische Wechselsignal weist vorzugsweise die Wellenform und die Frequenz des elektrischen Wechselsignals auf, mit welchem die Sendeelektrode SE beaufschlagt wird. Das elektrische Wechselsignal, mit welchem die Kompensationselektrode KE beaufschlagt wird, ist gegenüber dem elektrischen Wechselsignal der Sendeelektrode SE phasenverschoben. Die Phasenverschiebung kann etwa mit einem Phasenschieber bewerkstelligt werden, welcher zwischen einem Signalgenerator und der Sendeelektrode oder der Kompensationselektrode angeordnet ist (vgl. 3).
Die Sendeelektrode SE bzw. das an ihr beaufschlagte elektrische Wechselsignal ist so ausgelegt, dass das von der Sendeelektrode SE emittierte elektrische Wechselfeld WS in die Empfangselektrode EE einkoppelbar ist. Die Kompensationselektrode KE bzw. das an ihr beaufschlagte elektrische Wechselsignal ist so ausgelegt, dass das an der Kompensationselektrode KE emittierte elektrische Wechselfeld WK ebenfalls in die Empfangselektrode EE einkoppelbar ist. Durch das an der Kompensationselektrode KE emittierte elektrische Wechselfeld WK, welches phasenverschoben zu dem von der Sendelektrode SE emittierten elektrischen Wechselfeld WS ist, wird der Pegel des an der Empfangselektrode EE einwirkenden elektrischen Wechselfeldes, welches aus den elektrischen Wechselfeldern WS und WK resultiert, reduziert bzw. bei einer gegenphasigen Überlagerung, d. h. bei einer Phasenverschiebung von 180° (nahezu) ausgelöscht.
Die an der Empfangselektrode EE eingekoppelten elektrischen Wechselfelder WK und WS bewirken, dass in der Empfangselektrode EE ein Strom fließt, welcher von einer Auswerteelektronik überwacht bzw. ausgewertet werden kann. Dieser Strom ist indikativ für eine Annäherung, etwa einer Hand, an die erste Elektrodenstruktur bzw. für ein Berühren der ersten Elektrodenstruktur durch eine Hand. Beim Fehlen einer Hand, d. h. wenn sich keine Hand der ersten Elektrodenstruktur annähert bzw. wenn die erste Elektrodenstruktur nicht von einer Hand berührt wird, weist der in der Empfangselektrode EE fließende Strom einen Pegel auf, welcher unterhalb eines vorbestimmten Schaltpegels liegt. Erst bei einer ausreichenden Annäherung eines Objektes, etwa einer Hand, an die erste Elektrodenstruktur übersteigt der in der Empfangselektrode EE fließende Strom den vorbestimmten Schaltpegel, so dass eine Annäherung an die erste Elektrodenstruktur detektiert wird.
Die Sendeelektrode SE, die Kompensationselektrode KE und die Empfangselektrode EE der ersten Elektrodenstruktur können an einem Handgerät so angeordnet werden, dass anstelle einer Annäherung an die erste Elektrodenstruktur ein Berühren der ersten Elektrodenstruktur detektiert wird. Eine solche Elektrodenanordnung an einem Handgerät wird mit Bezug auf 9 näher beschrieben.
Wie bereits erläutert, sind die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur so relativ zu der ersten Elektrodenstruktur angeordnet, dass das von der Kompensationselektrode KE der ersten Elektrodenstruktur emittierte elektrische Wechselfeld WK nicht in die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur einkoppelt. Um dies sicherzustellen, kann auch das an der Kompensationselektrode KE beaufschlagte elektrische Wechselsignal so eingestellt werden, dass das an der Kompensationselektrode KE emittierte elektrische Wechselfeld WK ausreichend klein ist, damit es nicht in die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur einkoppelt.
In einem Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung können die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur dazu vorgesehen sein, um gleichzeitig bei einer über die erste Elektrodenstruktur detektierte Berührung der ersten Elektrodenstruktur auch eine Annäherung bzw. ein Berühren der zweiten Elektrodenstruktur zu detektieren. Für diesen Zweck ist es ausreichend, wenn die Feldmesselektroden FE eine kleinere Fläche als die Empfangselektrode EE der ersten Elektrodenstruktur aufweist.
Das an der Sendeelektrode SE der ersten Elektrodenstruktur emittierte elektrische Wechselfeld WS kann in die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur einkoppeln. Beim Fehlen einer Hand in dem Observationsbereich zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur ist diese kapazitive Koppelung allerdings sehr gering bzw. vernachlässigbar klein. Das an den Feldmesselektroden FE eingekoppelte elektrische Wechselfeld WS bewirkt, dass in den Feldmesselektroden FE ein elektrischer Strom fließt, welcher mit einer Auswerteeinrichtung detektiert bzw. ausgewertet werden kann. Für diesen in den Feldmesselektroden FE fließenden elektrischen Strom kann ebenfalls ein Signalpegel definiert werden, wobei ein Überschreiten dieses Signalpegels indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die Feldmesselektroden FE ist.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung bzw. die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann besonders vorteilhaft dazu verwendet werden, neben einem Umgreifen eines Handgerätes durch eine Hand gleichzeitig auch eine Annäherung an das Handgerät durch eine zweite Hand zu detektieren.
2 zeigt die in 1 dargestellte Elektrodenanordnung, wobei der Verlauf der Feldlinien zwischen den einzelnen Elektroden von einem Körper K beeinflusst wird. Der Körper K kann beispielsweise eine sich an die Elektrodenanordnung annähernde Hand sein.
Bei einer sich an die erste Elektrodenstruktur annähernden Hand K wird die Koppelung zwischen der Sendelektrode SE und der Empfangselektrode EE zunehmend besser, weil das an der Sendeelektrode SE emittierte elektrische Wechselfeld WS teilweise über die sich annähernde Hand K in die Empfangselektrode EE einkoppelt und sich somit dem Wirkungsbereich des an der Kompensationselektrode KE emittierten elektrischen Wechselfeldes WK entzieht. Diese zunehmend besser werdende Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE führt dazu, dass sich der Pegel der in der Empfangselektrode fließende Strom signifikant vergrößert. Wie aus 2 ersichtlich, wirkt die sich annähernde Hand K quasi als Überbrückung der Kompensationselektrode KE.
Der Abstand zwischen der Sendeelektrode einerseits und der Empfangselektrode bzw. Kompensationselektrode andererseits kann so gewählt werden, dass der Überbrückungseffekt zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE nicht mit einem einzelnen Finger herstellbar ist. Eine derartige Anordnung wird mit Bezug auf 9 näher beschrieben. Bei einer entsprechenden Anordnung der Sendeelektrode relativ zur Empfangselektrode an einem Handgerät kann so beispielsweise das Umgreifen des Handgerätes zuverlässig detektiert werden.
Wie in 2 erkennbar, nimmt bei einem sich an die Elektroden annähernden Körper K auch die Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE der ersten Elektrodenstruktur und der Feldmesselektrode FE der zweiten Elektrodenstruktur zu. Ab einer gewissen Annäherung des Körpers K fließt in den Feldelektroden FE ein elektrischer Strom, welcher einen vorbestimmten Pegel übersteigt. Das Übersteigen dieses Pegels kann als Indikation für die Annäherung eines Objektes, etwa einer Hand an die Feldmesselektroden und an die Sendeelektrode SE verwendet werden.
Bei einer entsprechenden Anordnung der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur an einem Handgerät kann auf diese Weise zuverlässig das Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand und die Annäherung eines Objektes, beispielsweise einer zweiten Hand, an das Handgerät detektiert werden. Die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur können dabei an dem Handgerät so angeordnet sein, dass die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE bei Umgreifen durch eine Hand von dieser zumindest teilweise überdeckt werden. Die Feldmesselektroden der zweiten Elektrodenstruktur können so an dem Handgerät angeordnet sein, dass sie von der das Handgerät umgreifenden Hand nicht überdeckt werden. Damit kann zuverlässig detektiert werden, ob sich die zweite Hand einem bereits von einer Hand umgriffenen Handgerät annähert.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur sind jeweils mit einer Auswerteeinrichtung A gekoppelt. Die Feldmesselektroden FE der zweiten Elektrodenstruktur sind dabei so mit der Auswerteeinrichtung A gekoppelt, dass ein an den jeweiligen Feldmesselektroden FE anliegendes elektrisches Signal S2 der Auswerteeinrichtung A zugeführt wird.
Die Empfangselektrode EE der ersten Elektrodenstruktur ist ebenfalls so mit der Auswerteeinrichtung A gekoppelt, dass ein an der Empfangselektrode EE abgegriffenes elektrisches Signal S1 der Auswerteeinrichtung A zugeführt wird.
Die Kompensationselektrode KE und die Sendeelektrode SE der ersten Elektrodenstruktur werden von der Auswerteeinrichtung A jeweils mit einem elektrischen Wechselsignal WS2 bzw. WS1 beaufschlagt. Vorzugsweise ist das elektrische Wechselsignal WS1 phasenverschoben zu dem elektrischen Wechselsignal WS2. Die Auswerteeinrichtung A kann hierfür einen Signalgenerator G vorsehen, zum Erzeugen und Bereitstellen eines elektrischen Wechselsignals. Das von dem Signalgenerator G bereitgestellte Wechselsignal kann direkt an der Sendeelektrode SE beaufschlagt werden. Für das Beaufschlagen der Kompensationselektrode KE mit einem elektrischen Wechselsignal kann das von dem Signalgenerator bereitgestellte Signal über einen Phasenschieber Δφ der Kompensationselektrode KE zugeführt werden.
Die Auswerteeinrichtung A ist derart ausgestaltet, dass sie das an der Empfangselektrode EE abgegriffene elektrische Signal S1 und zumindest ein von den Feldmesselektroden FE abgegriffenes elektrisches Signal S2 messen bzw. auswerten kann. Als Ergebnis dieser Auswertung kann die Auswerteeinrichtung A ein erstes Detektionssignal DS1 und/oder ein zweites Detektionssignal DS2 bereitstellen. Die von der Auswerteeinrichtung A bereitgestellten Detektionssignale DS1, DS2 enthalten Informationen darüber, ob sich ein Objekt im Observationsbereich der ersten Elektrodenstruktur und/oder im Observationsbereich der zweiten Elektrodenstruktur befindet. Die Detektionssignale können beispielsweise einer Steuereinrichtung eines elektrischen Handgerätes zugeführt werden, welche in Abhängigkeit von der in den Detektionssignalen DS1, DS2 enthaltenen Information das elektrische Handgerät entsprechend steuern kann.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung A so ausgestaltet, dass sie die an den Feldmesselektroden FE abgegriffenen elektrischen Signale S2 für jede Feldmesselektrode FE getrennt voneinander messen bzw. auswerten kann. Dies hat den Vorteil, dass eine Anzahl von Feldmesselektroden beispielsweise an einem Handgerät an verschiedenen Stellen angeordnet werden können, so dass aufgrund der von den Feldmesselektroden FE abgegriffenen elektrischen Signale S2 ermittelt werden kann, an welche Feldmesselektrode FE sich eine Hand oder ein Finger annähert. Bei entsprechender Anordnung der Feldmesselektroden, beispielsweise an der Oberseite eines Handgerätes, kann so auch kontaktfrei und mit einer guten Genauigkeit die Kontur eines sich an die Feldmesselektroden annähernden Objektes bestimmt werden.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung können die in den Feldmesselektroden FE abgegriffenen elektrischen Signale S2 beispielsweise in einem Zeitmultiplex-Verfahren zeitlich hintereinander ausgewertet werden, wie es beispielhaft in 3 gezeigt ist.
Zusätzlich zu den Elektroden der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung können noch weitere Sensoren an die Auswerteeinrichtung A angeschlossen werden. Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor vorgesehen sein, dessen Sensorsignal S3 der Auswerteeinrichtung A zugeführt wird. Die Auswerteeinrichtung A kann dann vorteilhaft so konfiguriert sein, dass sie in Abhängigkeit von den elektrischen Signalen S1 und/oder S2, welche an der Empfangselektrode EE bzw. an den Feldmesselektroden FE abgegriffen werden, und dem von dem Beschleunigungssensor bereitgestellten Sensorsignal S3 ein Detektionssignal DS3 zur Verfügung stellt, welches beispielsweise Informationen darüber enthält, wie ein Handgerät berührt wird und wie das Handgerät dabei ausgerichtet ist.
Alternativ kann ein weiterer Sensor, beispielsweise der Beschleunigungssensor auch einer weiteren Auswerteeinrichtung, welche hier nicht dargestellt ist, zugeführt werden, welcher auch die Detektorsignale DS1 und DS2 zugeführt werden. Die weitere Auswertung der Detektorsignale DS1, DS2 sowie des Sensorsignals S3 des Beschleunigungssensors kann dann diese weitere hier nicht gezeigte Auswerteeinrichtung vornehmen.
4 zeigt beispielhaft eine Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung an einem elektrischen Handgerät, etwa ein Mobiltelefon. Im unteren Bereich des Handgerätes sind am linken Randbereich die Sendeelektrode SE und am rechten Randbereich die Empfangselektrode EE und die Kompensationselektrode KE der ersten Elektrodenstruktur angeordnet. Wird nun das elektrische Handgerät im unteren Bereich durch eine Hand umfasst, werden die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE durch die Hand zumindest teilweise überdeckt. Durch das Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand kommt es zu einer signifikanten Vergrößerung der kapazitiven Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE, was sich auf den in der Empfangselektrode EE fließenden Strom auswirkt. Die Wirkungsweise ist bereits mit Bezug auf 2 näher beschrieben worden.
Im oberen Bereich des elektrischen Handgerätes ist hier eine Feldmesselektrode FE der zweiten Elektrodenstruktur eingeordnet. Die Feldmesselektrode FE ist dabei so angeordnet, dass bei einem Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand die kapazitive Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Feldmesselektrode FE nicht wesentlich beeinflusst bzw. nicht wesentlich verbessert wird.
Nähert sich nun eine zweite Hand der Feldmesselektrode FE, verbessert sich auch die kapazitive Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Feldmesselektrode FE signifikant, was sich wiederum auf den in der Feldmesselektrode FE fließenden Strom auswirkt.
Der untere Bereich des Handgerätes wird hier als Grip-Zone bezeichnet, der obere Bereich des Handgerätes wird als Prox-Zone bezeichnet. Ein mögliches Anwendungsszenario der in 4 gezeigten Elektrodenanordnung besteht darin, dass bei einem Mobiltelefon das Umgreifen des Mobiltelefons durch eine Hand und die Annäherung des Mobiltelefons an ein Ohr des Benutzers detektiert werden kann.
Das Umgreifen des Mobiltelefons wird mit Hilfe der Sendeelektrode SE und der Empfangselektrode EE der ersten Elektrodenstruktur detektiert. Die Annäherung an ein Ohr wird durch die Feldmesselektrode FE detektiert. Durch eine Annäherung des Mobiltelefons an das Ohr wird die kapazitive Koppelung zwischen der Sendeelektrode SE und der Feldmesselektrode FE über den Körper des Benutzers stetig größer, bis ab einer gewissen Distanz der Feldmesselektrode FE zum Ohr die kapazitive Koppelung so groß wird, dass der in der Feldmesselektrode FE fließende Strom einen vorbestimmten Pegel überschreitet.
Die von der Auswerteeinrichtung A bereitgestellten Detektionssignale können dann beispielsweise derart verwendet werden, dass bei einem eingehenden Anruf das Klingeln eingestellt wird, sobald das Mobiltelefon durch eine Hand umgriffen wird und dass die Displaybeleuchtung des Mobiltelefons automatisch abgeschaltet wird, sobald das Mobiltelefon ans Ohr gehalten wird. Ebenso kann beim Umgreifen des Mobiltelefon oder sobald das Mobiltelefon am Ohr gehalten wird ein eingehender Anruf automatisch angenommen werden. Es müssen also keinerlei Tasten mehr betätigt werden, um einen eingehenden Anruf anzunehmen. Die Ergonomie und die Benutzerfreundlichkeit werden so durch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung deutlich verbessert.
5 zeigt ein weiteres Anwendungsszenario einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung in einem Handgerät. Die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur sind hier im Wesentlichen so angeordnet, wie bereits mit Bezug auf 4 gezeigt. Zusätzlich zu den von der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung bereitgestellten Detektionssignalen wird hier auch die Lage des Mobiltelefons ausgewertet. Wird das Mobiltelefon im unteren Bereich und im oberen Bereich von jeweils einer Hand berührt und befindet sich das Mobiltelefon in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung, kann das Mobiltelefon beispielsweise automatisch in einen Kameramodus umschalten. Die Lage des Mobiltelefons kann beispielsweise mit einem Beschleunigungssensor ermittelt werden.
6a und 6b zeigen zwei weitere Beispiele für die Anordnung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. In 6a sind im unteren Bereich des Handgerätes die Sendeelektrode SE und die Empfangselektrode EE angeordnet. Im oberen Bereich des Handgerätes sind an beiden Seiten jeweils eine Feldmesselektrode FE angeordnet.
In diesem Beispiel können die Feldmesselektroden FE als Ersatz für herkömmliche mechanische Taster bzw. Schalter verwendet werden. Beispielsweise können die Feldmesselektroden FE bzw. das den Feldmesselektroden FE zugeordnete Detektionssignal mit einer Telefonbuchfunktion eines Mobiltelefons verknüpft sein. Umgreift ein Benutzer nun das Mobiltelefon mit einer Hand und nähert er sich beispielsweise mit dem Daumen der rechten oder der linken Feldmesselektrode FE, kann das Mobiltelefon automatisch in einen Telefonbuchmodus umgeschaltet werden.
Anstelle der rechten Feldmesselektrode kann auch ein herkömmlicher Taster vorgesehen werden, welcher für einen Rechtshänder einfach zu bedienen ist. Die linke Feldmesselektrode kann die gleiche Funktion haben wie der rechts angeordnete Taster, die linke Feldmesselektrode ist aber für einen Linkshänder einfacher zu bedienen. In Abhängigkeit von der Bedienung kann so auf einfache Weise eine Rechts-/Linkshänder-Unterscheidung realisiert werden. Zusammen mit der in 7 und 8 gezeigten Ausführungsform kann etwa an der linke Seite eine Feldmesselektrode bereitgestellt werden, mit welcher ein Taster ”simuliert” werden kann, d. h. die der linken Feldmesselektrode zugeordnete Funktion wird nicht schon bereits bei Annäherung ausgelöst sondern erst, wenn die Oberfläche des Handgerätes berührt wird, sodass ein entsprechend schneller Signalpegelanstieg messbar wird (vgl. 7 und 8).
In Kombination mit dem Anwendungsbeispiel, wie es mit Bezug auf 5 beschrieben worden ist, können diese beiden Feldmesselektroden FE auch als Auslöser während dem Kameramodus verwendet werden. Eine für diesen Zweck geeignete Anordnung der Feldmesselektroden FE ist mit Bezug auf 6b gezeigt.
Bei der in 6b gezeigten Anordnung der Feldmesselektroden FE können die von den Feldmesselektroden FE bereitgestellten elektrischen Signale S2 auch dazu verwendet werden, um beispielsweise für die Annahme eines Anrufes an einem Mobiltelefon die Detektionsgenauigkeit weiter zu erhöhen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass beispielsweise mindestens zwei Feldmesselektroden FE ein elektrisches Signal bereitstellen müssen, welche jeweils einen vorbestimmten Pegel überschreiten.
Die hier gezeigte und beschriebene Sensoreinrichtung kann auch dazu verwendet werden, um ein Handgerät, etwa ein Mobiltelefon, von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus umzuschalten. Der erste Betriebsmodus kann beispielsweise ein Schlafmodus sein, der zweite Betriebsmodus kann ein Aktivmodus sein. Dadurch kann der Energieverbrauch eines Mobiltelefons deutlich reduziert werden, indem das Mobiltelefon sich nur dann in einem Aktivmodus befindet, wenn es auch tatsächlich von einer Hand umgriffen wird bzw. in Benutzung befindet.
In einem anderen Anwendungsszenario kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung beispielsweise auch in einer Computermaus angeordnet werden. Die Elektroden der ersten Elektrodenstruktur können dabei an der Computermaus so angeordnet werden, dass ein Umgreifen der Computermaus detektiert wird. Die Feldmesselektroden der zweiten Elektrodenstruktur können beispielsweise dafür vorgesehen sein, Annäherungsbereiche für eine linke Maustaste und für eine rechte Maustaste zu definieren. Wird die Computermaus nicht durch eine Hand umfasst, kann die Computermaus in einen Schlafmodus versetzt werden. Aufgrund der erforderlichen kapazitiven Koppelung zwischen der Sendeelektrode und den Feldmesselektroden kann auch vermieden werden, dass eine Computermaus nur durch Annäherung an eine der beiden Feldmesselektroden in einen Aktivmodus versetzt wird, ohne dabei gleichzeitig auch durch die Hand umfasst zu werden.
In einem weiteren Anwendungsszenario kann eine Videokamera (Camcorder) mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ausgestattet werden. So kann beispielsweise im Bereich der Kameraschlaufe, in welche die Hand zum Halten der Kamera eingeführt wird, die erste Elektrodenstruktur angeordnet werden. Damit kann detektiert werden, dass sich die Hand in der Schlaufe befindet. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Startsequenz der Kamera bzw. des Camcorders eingeleitet werden, sobald sich die Hand in der Schlaufe befindet. Damit kann die Zeitspanne bis zum Start einer Videoaufnahme erheblich verkürzt werden. Das Kamerasystem kann des Weiteren so ausgestaltet sein, dass beim Herausnehmen der Hand aus der Schlaufe, beispielsweise dann, wenn der Camcorder abgestellt wird, zumindest das Display des Camcorders ausgeschaltet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung können ein oder mehrere Feldmesselektroden FE an der Videokamera angeordnet werden, mit welchen unterschiedliche Aktionen an der Videokamera ausgelöst werden können, wenn sich ein Finger an eine entsprechende Feldmesselektrode nahe genug annähert. Vorzugsweise sind solche Aktionen mittels der Feldmesselektroden an der Videokamera auslösbar, welche nur dann ausgelöst werden sollen, wenn sich die Hand an der Schlaufe der Videokamera befindet.
7 zeigt einen Signalverlauf des an einer Feldmesselektrode FE abgegriffenen elektrischen Signals bei einer Annäherung an beispielsweise ein Gehäuse eines Handgerätes und beim Berühren des Gehäuses. Die Feldmesselektrode FE ist hierbei nicht an der Außenseite des Gehäuses G angeordnet, sondern an der Innenseite des Gehäuses G. Damit ist die Feldmesselektrode zum Einen vor äußeren Einflüssen geschützt und zum Anderen beeinflusst die Feldmesselektrode nicht das Design des Gehäuses.
Nähert sich nun ein Finger dem Gehäuse in dem Bereich, in welchem eine Feldmesselektrode FE angeordnet ist, nimmt der Pegel des an der Feldmesselektrode FE abgegriffenen elektrischen Signals stetig zu, wie es in der linken Seite der 7 gezeigt ist. Berührt nun der Finger K die Gehäuseoberfläche G wird die Koppelfläche des Fingers sprunghaft vergrößert, so dass auch die kapazitive Koppelung zwischen der Sendelektrode SE und der entsprechenden Feldelektrode FE sprunghaft zunimmt. Diese sprunghafte Zunahme der kapazitiven Koppelung führt wiederum dazu, dass der in der Feldmesselektrode FE abgegriffene elektrische Strom ebenfalls sprunghaft zunimmt. Dieser sprunghafte Pegelanstieg des an der Feldmesselektrode FE abgegriffenen Signals kann dazu verwendet werden, um eine Annäherung an die Feldmesselektrode FE von einem Berühren der Feldelektrode FE zu unterscheiden.
Um eine an der Innenseite des Gehäuses G angeordnete Feldmesselektrode FE noch besser in eine kapazitive Koppelung zu einem sich annähernden Finger zu bringen, kann an der Gehäuseaußenseite bzw. direkt unterhalb der Oberfläche der Gehäuseaußenseite eine Hilfselektrode HE angeordnet werden. Eine derartige Anordnung ist in 8 gezeigt.
Die Hilfselektrode HE wird dabei in Bezug zu der an der Gehäuseinnenseite angeordneten Feldmesselektrode FE gebracht. Dies kann mittels einer galvanischen Verbindung zwischen der Hilfselektrode HE und der Feldmesselektrode FE bewerkstelligt werden. Die galvanische Verbindung hat den Vorteil, dass die Hilfselektrode HE nicht direkt gegenüber der Feldmesselektrode FE angeordnet werden muss. In einer anderen Ausgestaltung kann die Koppelung der Hilfselektrode HE mit der Feldmesselektrode FE auch auf kapazitiver Basis erfolgen, wie in 8 gezeigt. Die kapazitive Koppelung hat den Vorteil, dass an der Gehäuseschale G keine Durchbrüche vorgesehen werden müssen, um die Feldmesselektrode FE mit der Hilfselektrode HE zu koppeln.
Im Vergleich zu den in 7 gezeigten Signalen bzw. Signalverläufen sind die Signalpegel der an der Feldmesselektrode FE abgegriffenen Signale bei einem sich annähernden Finger größer, weil die Hilfselektrode HE eine bessere kapazitive Koppelung zwischen der Feldmesselektrode FE und dem sich annähernden Finger bewirkt. Ebenso wirkt sich das Berühren der Hilfselektrode HE durch einen Finger K stärker auf den Signalpegel des an der Feldmesselektrode FE abgegriffenen Signals aus, da zwischen Finger und Feldmesselektrode FE kein als Dielektrikum wirkendes Gehäuse vorhanden ist. Die sich sprunghaft vergrößernde Koppelfläche des Fingers führt daher zu einem noch größeren Pegelanstieg des an der Feldmesselektrode FE abgegriffenen Signals. Eine Unterscheidung zwischen einer Annäherung und einer Berührung kann damit noch präziser erfolgen.
Die Unterscheidung zwischen einer Annäherung und einer Berührung kann dafür vorgesehen werden, um beispielsweise bei einer Annäherung an eine Feldmesselektrode eine Fokussierung der Kamera (vgl. 5) und bei einem Berühren der Feldmesselektrode eine Bildaufnahme auszulösen.
In 9 ist symbolisch die Anordnung der Elektroden der ersten Elektrodenstruktur an einem Handgerät gezeigt. An der linken Seite des Handgerätes ist die Sendeelektrode SE angeordnet. An der rechten Seite des Handgerätes sind die Kompensationselektrode KE und die Empfangselektrode EE angeordnet, wobei die Empfangselektrode EE oberhalb der Kompensationselektrode KE angeordnet ist.
Damit lässt sich besonders vorteilhaft ein Umgreifen eines Handgerätes detektieren, während die Detektion lediglich einer Annäherung an das Handgerät effizient vermieden wird.
In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung kann die erste Elektrodenstruktur auch mehrere Sendeelektroden, mehrere Kompensationselektroden und/oder mehrere Empfangselektroden aufweisen. Ebenso kann die Sensoreinrichtung auch mehrere erste Elektrodenstrukturen umfassen, so dass beispielsweise an einem Handgerät, wenn mehrere erste Elektrodenstrukturen an einem Handgerät angeordnet sind, das Umfassen des Handgerätes an unterschiedlichen Bereichen des Handgerätes detektiert werden kann. Alternativ kann auch detektiert werden, ob das Handgerät von zwei Händen umfasst wird bzw. umgriffen wird.
Das Handgerät kann beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Computermaus, eine Fernbedienung, ein Eingabemittel für eine Spielkonsole, ein mobiler Kleincomputer (PDA), ein Kopfhörer, Hörgerät, oder dergleichen sein. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann auch für größere elektrische Geräte vorgesehen sein, bei welchen es beispielsweise notwendig ist, eine Berührung des Gerätes und gleichzeitig eine Annäherung an das Gerät zu detektieren. Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann auch so betrieben werden, dass die an der ersten Elektrodenstruktur abgegriffenen elektrischen Signale unabhängig von den an der zweiten Elektrodenstruktur abgegriffenen elektrischen Signalen ausgewertet werden.

Claims

Sensoreinrichtung, umfassend – zumindest eine erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur (FE), wobei die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) eine Sendeelektrode (SE), eine Kompensationselektrode (KE) und eine Empfangselektrode (EE) aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur (FE) zumindest eine Feldmesselektrode (FE) aufweist, und – eine Auswerteeinrichtung (A), welche mit der ersten Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und der zweiten Elektrodenstruktur (FE) gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung (A) eine Signalgebereinrichtung (G) aufweist, zur Beaufschlagung der Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode (KE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2), und wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, ein an der Empfangselektrode (EE) abgegriffenes erstes elektrisches Signal (S1) und zumindest ein an der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) abgegriffenes zweites elektrisches Signal (S2) auszuwerten, wobei die Empfangselektrode (EE), die Sendeelektrode (SE), die Kompensationselektrode (KE) und die Feldmesselektroden (FE) so relativ zueinander angeordnet sind, dass – ein von der Sendeelektrode (SE) emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld (WS) in die Empfangselektrode (EE) und in zumindest eine der Feldmesselektroden (FE) einkoppelbar ist, und – ein von der Kompensationselektrode (KE) emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld (WK) im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste elektrische Wechselsignal (WS1) und das zweite elektrische Wechselsignal (WS2) zueinander phasenverschoben sind.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Amplitude des ersten elektrischen Wechselsignals (WS1) größer ist als die Amplitude des zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2).
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Annäherung eines Objektes an die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) zu einer Veränderung eines Pegels des an der Empfangselektrode (EE) abgegriffen ersten elektrischen Signals (S1) führt, welche indikativ für eine Annäherung eines Objektes an die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, wobei eine zusätzliche Annäherung des Objektes an die zweite Elektrodenstruktur (FE) zu einer Veränderung eines Pegels des zumindest eines an den Feldmesselektroden (FE) abgegriffen zweiten elektrischen Signals (S2) führt, wobei die Pegeländerung des zweiten elektrischen Signals (S2) indikativ dafür ist, dass sich das Objekt sowohl an die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) also auch an die zweite Elektrodenstruktur (FE) annähert.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Feldmesselektroden (FE) eine Hilfselektrode (HE) zugeordnet ist, wobei die Hilfselektrode (HE) galvanisch oder kapazitiv mit der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) koppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Berühren der Hilfselektrode (HE) durch ein Objekt, bei gleichzeitiger Annäherung des Objektes an die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE), zu einer sprunghaften Änderung des Pegels des an der der Hilfselektrode (HE) zugeordneten Feldmesselektrode (FE) abgegriffen zweiten elektrischen Signals (S2) führt.
Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Empfangselektrode (EE) so relativ zueinander an einem Handgerät anordenbar sind, dass sie bei einem Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand von dieser zumindest teilweise überdeckt werden.
Sensoreinrichtung, umfassend – zumindest eine erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und zumindest eine zweite Elektrodenstruktur (FE), wobei die erste Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) zumindest eine Sendeelektrode (SE), zumindest eine Kompensationselektrode (KE) und zumindest eine Empfangselektrode (EE) aufweist und wobei die zweite Elektrodenstruktur (FE) zumindest eine Feldmesselektrode (FE) aufweist, und – eine Auswerteeinrichtung (A), welche mit der ersten Elektrodenstruktur (SE, KE, EE) und der zweiten Elektrodenstruktur (FE) gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung (A) eine Signalgebereinrichtung (G) aufweist, zur Beaufschlagung der Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode (KE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2), und wobei die Auswerteeinrichtung (A) ausgestaltet ist, ein an der Empfangselektrode (EE) abgegriffenes erstes elektrisches Signal (S1) und zumindest ein an der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) abgegriffenes zweites elektrisches Signal (S2) auszuwerten.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Empfangselektrode (EE), die Sendeelektrode (SE), die Kompensationselektrode (KE) und die Feldmesselektroden (FE) so relativ zueinander angeordnet sind, dass – ein von der Sendeelektrode (SE) emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld (WS) in die Empfangselektrode (EE) und in zumindest eine der Feldmesselektroden (FE) einkoppelbar ist, und – ein von der Kompensationselektrode (KE) emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld (WK) im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei zumindest einer der Feldmesselektroden (FE) eine Hilfselektrode (HE) zugeordnet ist, wobei die Hilfselektrode (HE) galvanisch oder kapazitiv mit der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) koppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei diese ausgestaltet ist an der Empfangselektrode ein erstes elektrisches Signal abzugreifen und dessen Signalpegel auszuwerten, an der zumindest einen Feldmesselektrode ein zweites elektrisches Signal abzugreifen und dessen Signalpegel auszuwerten, wobei die Ergebnisse der Auswertung der Signalpegel des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals verwendbar sind, um das Handgerät in einen von den Signalpegeln abhängigen Betriebszustand zu überführen.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Kompensationselektrode zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Elektroden (SE, KE, EE, FE) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Verlauf der Feldlinien zwischen den einzelnen Elektroden (SE, KE, EE, FE) von einem Körper (K) beeinflussbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Elektroden (SE, KE, EE) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass ein sich an die Elektroden (SE, KE, EE) annähernder Körper das an der Kompensationselektrode (KE) emittierte zweite elektrische Wechselfeld (WK) überbrückt, wobei das an der Sendeelektrode (SE) emittierte erste elektrische Wechselfeld (WS) über den Körper (K) in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei das zweite elektrische Signal (S2) in einem Multiplexverfahren, vorzugsweise in einem Zeitmultiplex-Verfahren von der zumindest einen Feldmesselektrode (FE) abgreifbar ist.
Sensoreinrichtung, umfassend – zumindest eine Sendeelektrode (SE), zumindest eine Kompensationselektrode (KE), zumindest eine Empfangselektrode (EE) und zumindest eine Feldmesselektrode (FE), und – eine Signalgebereinrichtung (G) zur Beaufschlagung der Sendeelektrode (SE) mit einem ersten elektrischen Wechselsignal (WS1) und zur Beaufschlagung der Kompensationselektrode (KE) mit einem zweiten elektrischen Wechselsignal (WS2), wobei ein an der Sendeelektrode (SE) emittiertes erstes elektrisches Wechselfeld (WS) in die Empfangselektrode (EE) und in zumindest eine der Feldmesselektroden (FE) einkoppelbar ist, und ein an der Kompensationselektrode (KE) emittiertes zweites elektrisches Wechselfeld (WK) im Wesentlichen nur in die Empfangselektrode (EE) einkoppelbar ist, wobei die an der Empfangselektrode (EE) und an der Feldmesselektrode (FE) eingekoppelten elektrischen Wechselfelder von einer Auswerteeinrichtung (A), welche mit der Empfangselektrode (EE) und an der Feldmesselektrode (FE) koppelbar ist, detektierbar sind.
Handgerät mit einer Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Handgerät nach Anspruch 18, wobei die Sendeelektrode (SE) und die Empfangselektrode (EE) der Sensoreinrichtung derart am Handgerät angeordnet sind, dass sie bei Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand zumindest teilweise von der Hand überdeckt werden.
Handgerät nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Handgerät zumindest eines aus Mobiltelefon, Computermaus, Fernbedienung, Eingabemittel für eine Spielkonsole, mobiler Kleincomputer (PDA), Kopfhörer, und Hörgerätumfasst.