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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Berührungspositionssensoren.
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Stand der Technik
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Ein Berührungssensor erfasst das Vorhandensein und die Position einer Berührung oder die Nähe eines Objekts (wie etwa eines Fingers eines Benutzers oder eines Eingabestifts) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors, der zum Beispiel über einen Anzeigebildschirm gelegt ist. Bei einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung ermöglicht der Berührungssensor, dass ein Benutzer direkt mit dem Anzeigeinhalt auf dem Bildschirm anstatt indirekt über eine Maus oder ein Touchpad interagiert. Ein Berührungssensor kann an einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem PDA, einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienwiedergabegerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Infoterminal, einem Verkaufsautomaten oder einem anderen geeigneten Gerät angebracht oder als ein Teil desselben vorgesehen sein. Auch ein Steuerpaneel an einem Haushaltsgerät oder einem anderen Gerät kann einen Berührungssensor enthalten.
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Es gibt verschiedene Typen von Berührungssensoren wie etwa resistive Berührungsbildschirme, akustische Oberflächenwellen-Berührungsbildschirme, kapazitive Berührungsbildschirme, Infrarot-Berührungsbildschirme und optische Berührungsbildschirme. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann sich auch auf einen Berührungsbildschirm beziehen und umgekehrt. Ein kapazitiver Berührungsbildschirm kann einen Isolator enthalten, der mit einem im Wesentlichen transparenten Leiter in einem bestimmten Muster bedeckt ist. Wenn ein Objekt die Oberfläche eines kapazitiven Berührungsbildschirms berührt oder sich derselben nähert, tritt eine Änderung in der Kapazität in dem Berührungsbildschirm an der Position der Berührung oder Näherung auf. Eine Berührungssensor-Steuereinrichtung verarbeitet die Änderung in der Kapazität, um deren Position auf dem Berührungsbildschirm zu bestimmen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen beispielhaften Berührungssensor gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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2 zeigt ein beispielhaftes Gerät, das den Berührungssensor von 1 verwendet, gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Berührungssensors von 1 gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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4 zeigt eine andere beispielhafte Ausführungsform des Berührungssensors von 1 gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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5 zeigt Kommunikationen zwischen zwei Berührungssensoren von 1 gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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6 zeigt zwei Geräte von 2, die unter Verwendung von zwei Berührungssensoren von 1 kommunizieren, gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Vorsehen von Kommunikationen zwischen zwei Berührungssensoren gemäß bestimmten Ausführungsformen.
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Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Ein Berührungssensor kann durch ein beliebiges Gerät wie etwa einen Tablet-Computer, einen PDA, ein Smartphone, ein tragbares Medienwiedergabegerät usw. verwendet werden, um das Vorhandensein und die Position einer Berührung oder die Nähe eines Objekts (wie etwa eines Fingers eines Benutzers oder aber eines Eingabestifts) an dem Gerät zu erfassen. Gewöhnlich müssen Geräte mit Berührungssensoren physikalisch über ein Kabel verbunden sein oder einen dedizierten Sendeempfänger (z. B. einen Wi-Fi-Sendeempfänger) aufweisen, um Daten zu senden und zu empfangen. Das Senden und Empfangen von Daten an Geräten über Kabel oder dedizierte Sendeempfänger ist jedoch häufig aufwändig und nicht intuitiv und bringt zumeist höhere Kosten, eine größere Komplexität und ein größeres Gewicht für das Gerät mit sich.
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Es wäre deshalb wünschenswert, wenn ein Berührungssensor Kommunikationen mit Geräten unter Verwendung der Treiber- und Messelektroden des Berührungssensors durchführen könnte. 1 bis 7 zeigen einen Berührungssensor, der Kommunikationsfähigkeiten gemäß der Erfindung aufweist.
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1 zeigt einen beispielhaften Berührungssensor 10 mit einer beispielhaften Steuereinrichtung 12. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann sich auch auf einen Berührungsbildschirm beziehen oder umgekehrt. Der Berührungssensor 10 und die Steuereinrichtung 12 erfassen das Vorhandensein und die Position einer Berührung oder die Nähe eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 10. Im Folgenden kann sich eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor sowohl auf den Berührungssensor als auch auf die assoziierte Steuereinrichtung beziehen. Entsprechend kann sich eine Bezugnahme auf eine Steuereinrichtung sowohl auf die Steuereinrichtung als auch auf den assoziierten Berührungssensor beziehen. Der Berührungssensor 10 umfasst einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche. Der Berührungssensor 10 umfasst eine Anordnung von Berührungselektroden (d. h. Treiber- und/oder Messelektroden), die auf einem Substrat angeordnet sind, das in einigen Ausführungsformen ein dielektrisches Material ist.
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In bestimmten Ausführungsformen sind ein oder mehrere Teile des Substrats des Berührungssensors 10 aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann ein beliebiges, geeignetes Substrat verwendet werden, bei dem beliebige, geeignete Teile aus einem beliebigen, geeigneten Material ausgebildet sind. In bestimmten Ausführungsformen sind die Treiber- oder Messelektroden in dem Berührungssensor 10 vollständig oder teilweise aus Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet. In bestimmten Ausführungsformen sind die Treiber- oder Messelektroden in dem Berührungssensor 10 als feine Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet. In einem nicht einschränkenden Beispiel sind ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Kupfer oder einem Kupfer-basierten Material ausgebildet und weisen eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger auf. In einem anderen Beispiel sind ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Silber oder einem Silber-basierten Material ausgebildet und weisen eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger auf. Gemäß der Erfindung können aber auch beliebige andere, geeignete Elektroden aus einem beliebigen, geeigneten Material verwendet werden.
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In bestimmten Ausführungsformen implementiert der Berührungssensor 10 eine kapazitive Form von Berührungserfassung. In einer Gegenkapazitätsimplementierung umfasst der Berührungssensor 10 eine Anordnung aus Treiber- und Messelektroden, die eine Anordnung von kapazitiven Knoten bilden. In bestimmten Ausführungsformen bilden eine Treiberelektrode und eine Messelektrode einen kapazitiven Knoten. Die Treiber- und Messelektroden des kapazitiven Knotens kommen einander nahe, aber stellen keinen elektrischen Kontakt miteinander her. Statt dessen sind die Treiber- und Messelektroden kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum verbunden. Eine an der Treiberelektrode (z. B. durch die Steuereinrichtung 12) angelegte Puls- oder Wechselspannung induziert eine Ladung an der Messelektrode, wobei die induzierte Ladungsmenge einem externen Einfluss (wie etwa einer Berührung oder einer Nähe eines Objekts) unterliegen kann. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, tritt eine Änderung in der Kapazität an dem kapazitiven Knoten auf, wobei die Steuereinrichtung 12 die Änderung in der Kapazität misst. Durch das Messen von Änderungen in der Kapazität innerhalb der gesamten Anordnung bestimmt die Steuereinrichtung 12 die Position der Berührung oder Näherung innerhalb der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10.
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In bestimmten Ausführungsformen bilden eine oder mehrere Treiberelektroden eine Treiberleitung, die horizontal oder vertikal oder mit einer beliebigen anderen, geeigneten Ausrichtung verläuft. Entsprechend bilden eine oder mehrere Messelektroden eine Messleitung, die horizontal oder vertikal oder mit einer beliebigen anderen, geeigneten Ausrichtung verläuft. In bestimmten Ausführungsformen verlaufen die Treiberleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Messleitungen. Eine Bezugnahme auf eine Treiberleitung kann sich auch auf eine oder mehrere Treiberelektroden in der Treiberleitung beziehen oder umgekehrt. Entsprechend kann sich eine Bezugnahme auf eine Messleitung auch auf eine oder mehrere Messelektroden in der Messleitung beziehen oder umgekehrt.
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In bestimmten Ausführungsformen weist der Berührungssensor 10 eine einschichtige Gegenkapazitätskonfiguration auf, in der Treiber- und Messelektroden in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind. Bei einer derartigen Konfiguration bildet ein Paar von Treiber- und Messelektroden, die kapazitiv über einen Zwischenraum miteinander gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten. In einer Konfiguration für eine Eigenkapazitätsimplementierung sind wie in 4 gezeigt Elektroden eines Typs (z. B. Messelektroden) in einem Muster auf dem Substrat angeordnet. Es werden hier bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden beschrieben, die bestimmte Knoten bilden, wobei gemäß der Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Konfiguration von beliebigen, geeigneten Elektroden verwendet werden kann, die mit einer beliebigen Anzahl auf beliebigen, geeigneten Substraten in beliebigen, geeigneten Mustern angeordnet sein können.
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Wie oben beschrieben, kann eine Änderung in der Kapazität an einem kapazitiven Knoten eines Berührungssensors 10 eine Berührungs- oder Näherungseingabe an der Position des kapazitiven Knotens angeben. Die Steuereinrichtung 12 kann betrieben werden, um die Änderung in der Kapazität zu erfassen und zu verarbeiten, um das Vorhandensein und die Position der Berührungs- oder Näherungseingabe zu bestimmen. Bestimmte Ausführungsformen der Steuereinrichtung 12 kommunizieren Informationen bezüglich Berührungs- oder Näherungseingaben zu einer oder mehreren anderen Komponenten (wie etwa einer oder mehreren zentralen Verarbeitungseinheiten (CPUs) oder Digitalsignalprozessoren (DSPs)) eines Geräts, das den Berührungssensor 10 und die Steuereinrichtung 12 enthält, wobei diese Komponenten auf die Berührungs- oder Näherungseingabe reagieren können, indem sie eine Funktion des assoziierten Geräts (oder einer auf dem Gerät ausgeführten Anwendung) einleiten. Es wird hier eine bestimmte Steuereinrichtung mit einer bestimmten Funktionalität in Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Steuereinrichtung mit einer beliebigen anderen, geeigneten Funktionalität in Bezug auf ein beliebiges, geeignetes Gerät und einen beliebigen, geeigneten Berührungssensor verwendet werden kann.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung 12 eine oder mehrere integrierte Schaltungen (ICs) wie etwa allgemeine Mikroprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare logische Einrichtungen/Anordnungen und anwendungsspezifische ICs (ASICs). In bestimmten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 12 mit einer flexiblen Leiterplatte (FPC) verbunden, die mit dem Substrat des Berührungssensors 10 verbunden ist. Bestimmte Ausführungsformen der Steuereinrichtung 12 enthalten eine Prozessoreinheit, eine Treibereinheit, eine Messeinheit und eine Speichereinheit. Die Treibereinheit führt Treibersignale zu den Treiberelektroden des Berührungssensors 10 zu. Die Messeinheit erfasst eine Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 und gibt Messsignale zu der Prozessoreinheit, um die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten wiederzugeben. Die Prozessoreinheit steuert die Zufuhr von Treibersignalen zu den Treiberelektroden durch die Treibereinheit und verarbeitet Messsignale von der Messeinheit, um das Vorhandensein und die Position einer Berührungs- oder Näherungseingabe innerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 zu erfassen und zu verarbeiten. Die Prozessoreinheit 10 verfolgt auch Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Näherungseingabe innerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10. Die Speichereinheit, die eine oder mehrere Speichereinrichtungen enthält, speichert eine Programmierung für die Ausführung durch die Prozessoreinheit einschließlich einer Programmierung zum Steuern der Treibereinheit für das Zuführen von Treibersignalen zu den Treiberelektroden, einer Programmierung für das Verarbeiten von Messsignalen von der Messeinheit und ggf. anderen geeigneten Programmierungen. Es wird hier eine bestimmte Steuereinrichtung mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschrieben, wobei jedoch gemäß der Erfindung auch eine beliebige andere, geeignete Steuereinrichtung mit einer beliebigen, geeigneten Implementierung und mit beliebigen, geeigneten Komponenten verwendet werden kann.
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Leiterbahnen 14 aus einem leitenden Material, die auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind, verbinden die Treiber- oder Messelektroden des Berührungssensors 10 mit Verbindungsinseln 16, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind. Wie weiter unten beschrieben, sorgen die Verbindungsinseln 16 für eine Verbindung der Leiterbahnen 14 mit der Steuereinrichtung 12. In bestimmten Ausführungsformen erstrecken sich die Leiterbahnen 14 in und um (z. B. an den Rändern) des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10. Bestimmte Leiterbahnen 14 sehen Treiberverbindungen für eine Verbindung der Steuereinrichtung 12 mit Treiberelektroden des Berührungssensors 10 vor, über welche die Treibereinheit der Steuereinrichtung 12 Treibersignale zu den Treiberelektroden zuführt. Andere Leiterbahnen 14 sehen Messverbindungen für die Verbindung der Steuereinrichtung 12 mit Messelektroden des Berührungssensors 10 vor, über welche die Messeinheit der Steuereinrichtung 12 die Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 misst. In bestimmten Ausführungsformen sind die Leiterbahnen 14 aus feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet. In einem nicht einschränkenden Beispiel besteht das leitende Material der Leiterbahnen 14 aus Kupfer oder einem kupferbasierten Material und weist eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger auf. In einem anderen Beispiel besteht das leitende Material der Leiterbahnen 14 aus Silber oder einem silberbasierten Material und weist eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger auf. In bestimmten Ausführungsformen sind die Leiterbahnen 14 vollständig oder teilweise aus ITO zusätzlich oder alternativ zu den feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet. Es werden hier bestimmte Leiterbahnen aus bestimmten Materialien und mit bestimmten Breiten beschrieben, wobei die Erfindung jedoch auch beliebige andere, geeignete Leiterbahnen aus beliebigen, geeigneten Materialien und mit beliebigen, geeigneten Breiten verwenden kann. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Berührungssensor 10 zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 eine oder mehrere Erdungsleitungen, die an einem Erdungsanschluss (ähnlich wie eine Verbindungsinsel 16) an einem Rand des Substrats des Berührungssensors 10 (ähnlich wie die Leiterbahnen 14) enden.
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In bestimmten Ausführungsformen sind Verbindungsinseln 16 entlang einer oder mehrerer Ränder des Substrats außerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 angeordnet. Wie weiter oben beschrieben, ist die Steuereinrichtung 12 in bestimmten Ausführungsformen auf einer FPC angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die Verbindungsinseln 16 aus demselben Material wie die Leiterbahnen 14 ausgebildet und sind unter Verwendung eines anisotropischen, leitenden Films (ACF) mit der FPC verbunden. In bestimmten Ausführungsformen umfasst eine Verbindung 18 leitende Linien auf der FPC, die die Steuereinrichtung 12 mit Verbindungsinseln 16 verbinden, die wiederum die Steuereinrichtung 12 mit den Leiterbahnen 14 und mit den Treiber- oder Messelektroden des Berührungssensors 10 verbinden. In einer anderen Ausführungsform sind Verbindungsinseln 160 in einen elektromechanischen Stecker (wie etwa einen Draht-Leiterplatten-Stecker, für den keine Einsteckkraft aufgewendet werden muss) eingesteckt, wobei in dieser Ausführungsform die Verbindung 180 keine FPC umfassen muss. Die Erfindung kann aber auch eine beliebige andere, geeignete Verbindung 18 zwischen der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 und dem Berührungssensor 10 verwenden.
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2 zeigt ein beispielhaftes Gerät 20, das den Berührungssensor 10 von 1 verwendet. Das Gerät 20 kann ein PDA, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Tablet-Computer oder ähnliches sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das Gerät 20 aber auch ein Geldautomat, ein Haushaltsgerät, ein PC oder ein anderes Gerät mit einem Berührungsbildschirm sein. Zum Beispiel ist in einer bestimmten Ausführungsform das Gerät 20 ein Smartphone mit einem Berührungsdisplay 22, die einen beträchtlichen Teil der größten Fläche des Geräts einnimmt. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht die große Größe des Berührungsdisplays 22 das Anzeigen von verschiedener Daten wie etwa einer Tastatur, eines numerischen Tastenfelds, von Programm- oder Anwendungssymbolen und anderen Benutzeroberflächen. In bestimmten Ausführungsformen interagiert ein Benutzer mit dem Gerät 20, indem er das Berührungsdisplay 22 mit einem Eingabestift, einem Finger oder einem anderen geeigneten Objekt berührt, um mit dem Gerät 20 zu interagieren (z. B. ein Programm für die Ausführung zu wählen oder eine Nachricht unter Verwendung einer auf dem Berührungsdisplay 22 angezeigten Tastatur einzugeben). In bestimmten Ausführungsformen interagiert ein Benutzer mit dem Gerät unter Verwendung von mehrfachen Berührungen, um verschiedene Operationen wie etwa ein Vergrößern oder Verkleinern eines betrachteten Dokuments oder Bilds durchzuführen. In einigen Ausführungsformen wie etwa Haushaltsgeräten verändert sich das Berührungsdisplay 22 nicht oder nur geringfügig während des Betriebs und erkennt nur einfache Berührungen.
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3 zeigt einen Berührungssensor 30, der als Berührungssensor 10 von 1 verwendet werden kann. Der Berührungssensor 30 umfasst Treiberelektroden 32, Messelektroden 34, ein Substrat 35 und ein Paneel 36. In einigen Ausführungsformen ist das Paneel 36 ein transparentes Paneel. In anderen Ausführungsformen ist das Paneel 36 nicht transparent. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 35 zwischen den Treiberelektroden 35 und den Messelektroden 34 angeordnet, wobei die Messelektroden 34 mit einer Unterseite des Paneels zum Beispiel mittels eines Klebers verbunden sind. In anderen Ausführungsformen weist der Berührungssensor 30 eine beliebige, geeignete Konfiguration mit einer Anzahl von Elektrodenschichten und Substraten auf. Zum Beispiel enthalten einige Ausführungsformen des Berührungssensors 30 zusätzliche Schichten von Messelektroden 32, die senkrecht (oder mit einem anderen geeigneten Winkel) zu den Messelektroden 34 verlaufen.
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In bestimmten Ausführungsformen sind die Elektroden 32 und 34 im Wesentlichen ähnlich wie die weiter oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Treiber- und Messelektroden konfiguriert und ist ein Berührungsobjekt 38 kapazitiv mit der Erde verbunden. In bestimmten Ausführungsformen bestimmt der Berührungssensor 30 die Position eines Berührungsobjekts 38 wenigstens teilweise unter Verwendung der Steuereinrichtung 12, die eine Puls- oder Wechselspannung an den Treiberelektroden 32 anlegt, die daraufhin eine Ladung an den Messelektroden 34 induzieren. Wenn ein Berührungsobjekt 38 einen aktiven Bereich des Berührungssensors 30 berührt oder in die Nähe desselben kommt, kann eine Änderung in der Kapazität auftreten, wie durch die elektrischen Feldlinien 39 in 1 wiedergegeben. Die Änderung in der Kapazität wird über die Messelektroden 34 durch die Steuereinrichtung 12 erfasst. Durch das Messen von Änderungen in der Kapazität über die gesamte Anordnung von Messelektroden 34 bestimmt die Steuereinrichtung 12 die Position der Berührung oder Näherung innerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 30.
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4 zeigt eine Eigenkapazitätsausführungsform des Berührungssensors 10. In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann der Berührungssensor 10 eine Anordnung von Elektroden eines einzelnen Typs enthalten, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in die Nähe desselben gelangt, kann eine Änderung in der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten und kann die Steuereinrichtung 12 die Änderung in der Kapazität zum Beispiel als eine Änderung in der Ladungsmenge messen, die zum Erhöhen der Spannung an dem kapazitiven Knoten um eine vorbestimmte Größe erforderlich ist. Wie bei einer Gegenkapazitätsimplementierung kann die Steuereinrichtung durch das Messen von Änderungen in der Kapazität über die gesamte Anordnung die Position der Berührung oder Näherung innerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 bestimmen. Gemäß der Erfindung kann aber auch eine beliebige andere, geeignete Form von kapazitiver Berührungserfassung verwendet werden.
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Wie weiter oben erläutert, senden und empfangen Geräte mit Berührungssensoren gewöhnlich Daten unter Verwendung eines dedizierten Sendeempfängers oder Datenkabels. Zum Beispiel kann ein Gerät einen Wi-Fi-Sendeempfänger verwenden oder mit einem anderen Computersystem über ein Kabel (z. B. ein USB-Kabel) verbunden sein, um Daten wie etwa eine elektronische Datei zu senden oder zu empfangen. Ausführungsformen des Geräts 20 mit einem Berührungssensor 30 bieten jedoch Vorteile gegenüber den herkömmlichen Geräten, weil sie die Elektroden 32 und 34 für eine Kommunikation verwenden, was weiter unten mit Bezug auf 5 und 6 im größeren Detail erläutert wird. Ausführungsformen des Berührungssensors 30 ermöglichen Kosten- und Gewichtseinsparungen für das Gerät 20, weil sie Kommunikationsfähigkeiten vorsehen, ohne dass hierfür zusätzliche dedizierte Sendeempfänger, Datenanschlüsse oder Kabeltreiber erforderlich sind. Außerdem bieten Ausführungsformen des Berührungssensors 30 für den Benutzer des Geräts 20 ein einfacheres und intuitiveres Verfahren zum Übertragen von Daten zu und von dem Gerät 20.
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5 und 6 zeigen beispielhafte Ausführungsformen des Geräts 20, die einen Berührungssensor 30 für die Kommunikation verwenden. 5 ist eine Seitenansicht von zwei Geräten 20A und 20B, die derart platziert sind, dass die Paneele 36A und 36B einander zugewandt sind. Zum Beispiel ist das Gerät 20A ein Tablet-Computer und ist das Gerät 20B ein Smartphone, wie in der perspektivischen Ansicht von 6 gezeigt. Gemäß der Erfindung können die Geräte 20A und 20B aber auch beliebige andere, geeignete Geräte mit einem Berührungssensor 30 sein.
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Wie in 5 gezeigt, enthalten die Geräte 20A und 20B jeweils Treiberelektroden 32A und 32B, Messelektroden 34A und 34B, Substrate 35A und 35B, Paneele 36A und 36B und Displays 42A und 42B. Für eine Kommunikation werden die Geräte 20A und 20B in nächster Nähe zueinander derart platziert, dass die Paneele 36A und 36B einander zugewandt sind. Der Zwischenraum 46 zwischen den Paneelen 36A und 36B kann eine beliebige, geeignete Distanz aufweisen, die gestattet, dass die Messelektroden 34 eines Geräts 20 Änderungen in der Kapazität aufgrund eines Pulsens der Treiberelektroden 32 des anderen Geräts 20 erfassen können. In bestimmten Ausführungsformen ist kein Zwischenraum 46 vorgesehen, sodass das Paneel 36B des Geräts 20B das Paneel 36A des Geräts 20A kontaktiert. Zum Beispiel kann das Gerät 20B wie in 6 gezeigt direkt auf das Gerät 20A gelegt werden.
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Das Display 36 kann eine beliebige Einrichtung zum Anzeigen von Inhalten für einen Benutzer des Geräts 20 sein. In bestimmten Ausführungsformen ist das Display 36 ein beliebiges, geeignetes aktives oder passives Display wie etwa ein Flüssigkristalldisplay (LCD), ein LED-Display, ein organisches LED(OLED)-Display oder ein anderes derzeit oder zukünftig bekanntes Display. Das Display 36 zeigt Inhalte für den Benutzer wie etwa eine beliebige, geeignete Anwendung, die auf einem beliebigen, geeigneten Betriebssystem ausgeführt wird, an.
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Während des Betriebs kommunizieren die Geräte 20 miteinander über Treiberelektroden 32 und Messelektroden 34. Wie weiter oben erläutert, kann eine Puls- oder Wechselspannung an den Treiberelektroden 32 (durch die Steuereinrichtung 12) angelegt werden, um eine Ladung an den Messelektroden 34 zu induzieren. Wenn ein Objekt die Kreuzung einer Treiberelektrode 32 und einer Messelektrode 34 berührt oder in die Nähe derselben kommt, tritt eine Änderung in der Kapazität an diesem Kreuzungsknoten auf, wobei die Steuereinrichtung 12 die Änderung in der Kapazität misst. Ausführungsformen des Berührungssensors 30 nutzen Treiberelektroden 32 und Messelektroden 34 auf ähnliche Weise für Kommunikationen. Insbesondere codiert das Gerät 20B, das in nächster Nähe zu dem Gerät 20A platziert ist, die zu sendenden Daten für ein beliebiges, geeignetes Kommunikationsprotokoll. Das Gerät 20B pulst dann seine Treiberelektroden 32B (d. h. wechselt zwischen dem Anlegen von Strom an den Treiberelektroden 32B und dem nicht-Anlegen von Strom an den Treiberelektroden 32B) mit einer bestimmten Rate in Übereinstimmung mit dem Kommunikationsprotokoll, um gepulste Ladungen (wie durch die elektrischen Feldlinien 44 angegeben) an den Messelektroden 34A des Geräts 20A zu induzieren. Der Berührungssensor 30 des Geräts 20A misst die gepulsten Änderungen in der induzierten Ladungsmenge unter Verwendung der Messelektroden 34A und decodiert die gepulsten Änderungen in Übereinstimmung mit dem Kommunikationsprotokoll. Entsprechend pulsiert das Gerät 20A seine Treiberelektroden 32A mit einer bestimmten Rate in Übereinstimmung mit dem Kommunikationsprotokoll, um gepulste Ladungen an den Messelektroden 34B des Geräts 20B zu induzieren. Der Berührungssensor 30b des Geräts 20B misst die gepulsten Änderungen in der induzierten Ladungsmenge unter Verwendung der Messelektroden 34B und decodiert die gepulsten Änderungen in Übereinstimmung mit dem Kommunikationsprotokoll. Auf diese Weise kommunizieren die Geräte 20A und 20B Daten miteinander unter Verwendung der Treiberelektroden 32 und der Messelektroden 34.
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In einigen Ausführungsformen horcht das Gerät 20 periodisch auf Signale, die von einem anderen Gerät 20 gesendet werden. In der gezeigten Konfiguration von 5 und 6 zum Beispiel horcht der Berührungssensor 30 des Tablets 20A periodisch auf Signale, die von dem Berührungssensor 30 des Smartphones 20B gesendet werden. Zum Beispiel horchen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 des Tablets 20A periodisch auf Signale von dem Berührungssensor 30 des Smartphones 20B, indem sie auf Kapazitätsänderungen an den Messelektroden 34A horchen und diese zu erfassen versuchen, während die Treiberelektroden 32A inaktiv sind. In einigen Ausführungsformen werden die Elektroden 32A durch die Steuereinrichtung 12 des Tablets 20A deaktiviert. Unter „deaktiviert” oder „inaktiv” ist hier zu verstehen, dass keine Spannung an den Treiberelektroden 32 angelegt wird.
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In einigen Ausführungsformen horcht das Gerät 20 periodisch auf ein Synchronisationssignal, das durch das andere Gerät 20 gesendet wird. Zum Beispiel weisen viele Kommunikationsprotokolle ein „Herzschlag”- oder „Beacon”-Signal auf, das mit periodischen Intervallen gesendet wird, um andere Geräte innerhalb ihres Empfangsbereichs aufmerksam zu machen. In einem anderen Beispiel weisen viele Kommunikationsprotokolle einen oder mehrere Rahmen von fixen Daten auf, die verwendet werden, um eine Kommunikationssitzung einzuleiten („Handshake”). Ausführungsformen des Berührungssensors 30 horchen periodisch wie oben beschrieben auf ein Synchronisationssignal, das durch einen anderen Berührungssensor 30 gesendet wird. In einigen Ausführungsformen ist zum Beispiel der Berührungssensor 30 vorprogrammiert, um mit periodischen Intervallen auf bestimmte Muster von durch die Messelektroden 34 erfassten Kapazitätspulsen zu horchen. Sobald das spezifische Muster von Kapazitätspulsen (d. h. das Synchronisationssignal) durch den Berührungssensor 30 erfasst wird, versuchen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 eine Kommunikationssitzung mit dem anderen Berührungssensor 30 herzustellen, indem sie zum Beispiel Signale unter Verwendung ihrer Treiberelektroden 32 senden.
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In einigen Ausführungsformen horcht der Berührungssensor 30 periodisch auf Signale, die durch einen anderen Berührungssensor 30 zu allen Zeiten gesendet werden. Das heißt, einige Ausführungsformen des Berührungssensors 30 analysieren alle durch die Messelektroden 34 erfassten Kapazitätsänderungen, um nach einem durch einen anderen Berührungssensor 30 gesendeten Synchronisationssignal zu suchen. In anderen Ausführungsformen bestimmt der Berührungssensor 30 eines Geräts 20 zuerst, ob ein Benutzer mit dem Gerät 20 interagiert, bevor er periodisch auf durch ein anderes Gerät 20 gesendete Signale horcht. Zum Beispiel kommuniziert eine Ausführungsform des Berührungssensors 30 mit einer auf dem Gerät 20 ausgeführten Software (z. B. einem Betriebssystem oder einem anderen Programm), um zu bestimmen, ob derzeit ein Benutzer mit dem Gerät 20 interagiert. In einem anderen Beispiel bestimmen einige Ausführungsformen des Berührungssensors 30, ob ein Benutzer mit dem Gerät 20 interagiert, indem sie bestimmen, ob die Messelektroden 34 eine Kapazitätsänderung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer gemessen haben. Wenn in bestimmten Ausführungsformen der Berührungssensor 30 bestimmt, dass ein Benutzer derzeit nicht mit dem Gerät 20 interagiert (d. h. die Messelektroden 34 keine Kapazitätsänderung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erfasst haben), deaktivieren bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 die Treiberelektroden 32 für eine vorbestimmte Zeitdauer mit einem vorbestimmten Intervall, um auf durch einen anderen Berührungssensor 30 gesendete Signale zu horchen. In bestimmten Ausführungsformen kann diese Deaktivierung unabhängig von der Benutzerinteraktion auftreten. In bestimmten Ausführungsformen kann das System eine durch einen Benutzer aktivierte Horchperiode aufweisen, wobei ein Benutzer des Geräts 20 eine Benutzereingabe vornimmt, um das Gerät in einen Horchmodus zu versetzen. In dem Horchmodus wartet das Gerät für eine vorbestimmte Zeitdauer auf ein Synchronisationssignal. Wenn ein Synchronisationssignal vor dem Ende der vorbestimmten Zeitdauer empfangen wird, erfolgt eine Synchronisation; andernfalls tritt das Gerät aus dem Horchmodus aus.
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In bestimmten Ausführungsformen bestimmt der Berührungssensor 30 eines ersten Geräts 20, ob ein zweites Gerät 20 an oder in nächster Nähe zu dem ersten Gerät 20 platziert wurde. Zum Beispiel bestimmen bestimmte Ausführungsformen des Tablets 20A, ob ein anderes Gerät 20 wie etwa ein Smartphone 20B auf dem Berührungsdisplay 22 des Tablets 20A oder in nächster Nähe zu demselben platziert wurde, sodass die Messelektroden 34A durch die Treiberelektroden 32B verursachte Kapazitätsänderungen erfassen können. In bestimmten Ausführungsformen bestimmt der Berührungssensor 30 eines ersten Geräts 20, ob ein anderes Gerät 20 an oder in der Nähe des ersten Geräts 20 platziert wurde, indem er die Form von durch die Messelektroden 34 erfassten Kapazitätsänderungen analysiert. Zum Beispiel kreuzen die Treiberelektroden 32 und die Messelektroden 34 einander wie oben beschrieben visuell und bilden eine Anordnung aus kapazitiven Knoten über den Berührungssensor 30. Indem bestimmt wird, welche kapazitiven Knoten eine Kapazitätsänderung erfasst haben, kann der Berührungssensor 30 eine Position auf dem Berührungsdisplay 22 bestimmen, die durch ein Berührungsobjekt 38 berührt wurde. Entsprechend nutzt der Berührungssensor 30 des Geräts 20A die kapazitiven Knoten, die durch die Treiberelektroden 32A und die Messelektroden 34A gebildet werden, um zu bestimmen, ob das Gerät 20B auf einem Gerät 20A platziert wurde. Zum Beispiel analysieren bestimmte Ausführungsformen des Geräts 20A durch mehrere kapazitive Knoten erfasste Kapazitätsänderungen und bestimmen, dass die eine Kapazitätsänderung erfassenden Knoten eine spezifische Form wie etwa ein Quadrat, ein Rechteck oder ähnliches bilden. Wie in 6 gezeigt bestimmen zum Beispiel einige Ausführungsformen eines Tablets 20A, dass die eine Kapazitätsänderung erfassenden Knoten ein Rechteck bilden, das der Form eines Smartphones 20b entspricht. Nachdem bestimmt wurde, dass das Gerät 20B an oder in nächster Nähe zu dem Gerät 20A platziert wurde, horchen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 des Tablets 20A auf ein Synchronisationssignal von dem Berührungssensor 30 des Geräts 20B und/oder leiten eine Kommunikationssitzung mit dem Berührungssensor 30 des Geräts 20B ein.
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In einigen Ausführungsformen nutzt der Berührungssensor 30 des Geräts 20A andere Verfahren, um zu bestimmen, ob das Gerät 20B an oder in der Nähe des Geräts 20A platziert wurde. Zum Beispiel erfassen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 des Geräts 20A das durch den Berührungssensor 30 des Geräts 20B gesendete Synchronisationssignal. Bestimmte andere Ausführungsformen des Berührungssensors 30 erfassen ein drahtloses Signal, das durch einen Sendeempfänger des Geräts 20B gesendet wurde. In einigen Ausführungsformen handelt es sich um ein Signal von einem Hochfrequenzidentifikations(RFID)-Sendeempfänger, einem Wi-Fi-Sendeempfänger, einem Mobiltelefon-Sendeempfänger usw. In einigen Ausführungsformen umfasst das Gerät 20A eine Taste (z. B. eine harte Taste außen am Gerät 20A oder eine weiche Taste, die auf dem Berührungsdisplay 22 angezeigt wird), die ein Benutzer drücken kann, um anzugeben, dass das Gerät 20B auf dem Gerät 20A platziert wurde. Gemäß der Erfindung kann ein beliebiges, geeignetes Verfahren verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Gerät 20B an oder in der Nähe des Geräts 20A platziert wurde.
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In einigen Ausführungsformen verwendet der Berührungssensor 30 verschiedene Sicherheitsmaßnahmen, um Kommunikationen mit anderen Berührungssensoren 30 zu steuern oder einzuschränken. Zum Beispiel stellen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 eine sichere Kommunikationssitzung mit einem anderen Berührungssensor 30 her. Die sichere Kommunikationssitzung kann ein entsprechendes sicheres und/oder verschlüsseltes Kommunikationsprotokoll verwenden. In einigen Ausführungsformen validiert der Berührungssensor 30 des Geräts 20A das Gerät 20B als ein autorisiertes Gerät, bevor Daten mit dem Berührungssensor 30 des Geräts 20B kommuniziert werden. Zum Beispiel greifen bestimmte Ausführungsformen des Berührungssensors 30 des Geräts 20A auf eine in einem Speicher gespeicherte Liste (d. h. eine Datenbank) zu, die für den Berührungssensor 30 verfügbar ist. Die Liste kann einen entsprechenden Identifikator für autorisierte Geräte enthalten, mit denen das Gerät 20A kommunizieren kann. Zum Beispiel enthalten einige Ausführungsformen der Liste Seriennummern, Benutzer-IDs, Modellnummern oder andere entsprechende Identifikatoren von autorisierten Geräten. Sobald der Berührungssensor 30 des Geräts 20A das Gerät 20B als ein autorisiertes Gerät validiert hat, stellt er eine Kommunikationssitzung mit dem Berührungssensor 30 des Geräts 20B her (oder fährt mit der Herstellung der Kommunikationssitzung fort). Wenn der Berührungssensor 30 des Geräts 20A das Gerät 20B nicht als ein autorisiertes Gerät validiert (d. h. kein Identifikator des Geräts 20B in der Liste gefunden wird), stellt er keine Kommunikationssitzung mit dem Gerät 20B her (oder bricht die Herstellung der Kommunikationssitzung ab).
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In einigen Ausführungsformen kommuniziert ein Eigenkapazitäts-Berührungssensor 30 mit einem anderen Eigenkapazitäts-Berührungssensor 30. In anderen Ausführungsformen kommuniziert ein Eigenkapazitäts-Berührungssensor 30 mit einem Gegenkapazitäts-Berührungssensor 30. In Ausführungsformen mit einem Eigenkapazitäts-Berührungssensor werden Elektroden eines einzelnen Typs verwendet, um Signale zu senden und Kapazitätsänderungen zu erfassen.
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7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600, das in bestimmten Ausführungsformen für Kommunikationen zwischen Berührungssensoren verwendet wird. Das Verfahren 600 beginnt in Schritt 610, in dem ein erster Berührungssensor periodisch auf ein Synchronisationssignal horcht, das durch einen zweiten Berührungssensor gesendet wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Horchen in Schritt 610 das Erfassen von Kapazitätsänderungen an einer Vielzahl von Messelektroden des ersten Berührungssensors, während eine Vielzahl von Treiberelektroden des ersten Berührungssensors inaktiv sind. In einigen Ausführungsformen ist der erste Berührungssensor in Schritt 610 der oben beschriebene Berührungssensor 30. In einigen Ausführungsformen ist der erste Berührungssensor in einem berührungsempfindlichen Gerät wie etwa dem oben beschriebenen Gerät 20 enthalten. In bestimmten Ausführungsformen sind die Vielzahl von Messelektroden die oben beschriebenen Messelektroden 34 und sind die Vielzahl von Treiberelektroden die oben beschriebenen Treiberelektroden 32.
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In bestimmten Ausführungsformen wird das periodische Horchen auf ein Synchronisationssignal von Schritt 610 zu allen Zeiten durch den ersten Berührungssensor durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird das periodische Horchen auf ein Synchronisationssignal von Schritt 610 durchgeführt, nachdem der erste Berührungssensor bestimmt hat, dass ein Benutzer derzeit nicht mit dem ersten Berührungssensor interagiert. Zum Beispiel bestimmen bestimmte Ausführungsformen des ersten Berührungssensors, dass ein Benutzer nicht mit dem ersten Berührungssensor interagiert, wenn der erste Berührungssensor keine Kapazitätsänderungen mit der Vielzahl von Messelektroden innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer erfasst.
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In Schritt 620 bestimmt der erste Berührungssensor von Schritt 610, ob ein zweiter Berührungssensor an oder in der Nähe des ersten Berührungssensors platziert wurde. In einigen Ausführungsformen bestimmt der erste Berührungssensor, ob ein zweiter Berührungssensor an oder in der Nähe des ersten Berührungssensors platziert wurde, indem er ein Synchronisationssignal von dem zweiten Berührungssensor empfängt. In bestimmten anderen Ausführungsformen bestimmt der erste Berührungssensor, ob ein zweiter Berührungssensor an oder in der Nähe des ersten Berührungssensors platziert wurde, unter Verwendung von anderen Verfahren, wobei er etwa die Form der die Kapazitätsänderungen erfassenden kapazitiven Knoten des ersten Berührungssensors bestimmt. Wenn in einigen Ausführungsformen zum Beispiel die kapazitiven Knoten eine spezifische Form wie etwa ein Rechteck oder ein Quadrat bilden, bestimmt der erste Berührungssensor, dass ein zweiter Berührungssensor an oder in der Nähe des ersten Berührungssensors platziert wurde. In einigen Ausführungsformen bestimmt der erste Berührungssensor, ob ein zweiter Berührungssensor an oder in der Nähe des ersten Berührungssensors platziert wurde, indem er bestimmt, ob eine Taste an dem Gerät, in dem der erste Berührungssensor enthalten ist, gedrückt wurde.
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In Schritt 630 wird eine Kommunikationssitzung mit dem zweiten Berührungssensor hergestellt, nachdem das Synchronisationssignal empfangen wurde. In bestimmten Ausführungsformen ist die Kommunikationssitzung eine sichere Kommunikationssitzung. In einigen Ausführungsformen wird die Kommunikationssitzung hergestellt, nachdem der zweite Berührungssensor durch den ersten Berührungssensor validiert wurde. In einigen Ausführungsformen umfasst das Herstellen der Kommunikationssitzung das Durchführen einer Handshake-Routine.
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In Schritt 640 werden Daten durch den ersten Berührungssensor zu dem zweiten Berührungssensor gesendet, indem die Vielzahl von Treiberelektroden des ersten Berührungssensors gepulst werden. In einigen Ausführungsformen werden die Daten zu dem zweiten Berührungssensor gesendet, nachdem die Kommunikationssitzung in Schritt 630 hergestellt wurde. In einigen Ausführungsformen sind die Daten eine elektronische Datei. Nach dem Schritt 640 wird das Verfahren 600 beendet.
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen geben einen Berührungssensor an, der Daten mit einem anderen Berührungssensor kommunizieren kann und dadurch zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Berührungssensoren bietet. Zum Beispiel kann der Entwurf und die Herstellung von Geräten, die Ausführungsformen des hier angegebenen Berührungssensors verwenden, kostengünstiger sein und verbrauchen die Geräte weniger Strom und weisen ein geringeres Gewicht auf, weil die Geräte keine dedizierten Sendeempfänger für Datenkommunikationen benötigen. Weiterhin können Geräte, die Ausführungsformen des hier angegebenen Berührungssensors verwenden, ein benutzerfreundlicheres Verfahren zum Senden von Daten zu und von dem Gerät vorsehen, weil die Benutzer die Daten einfach übertragen können, indem sie ein Gerät an oder in der Nähe eines anderen Geräts platzieren. Dementsprechend bieten die Ausführungsformen der Erfindung zahlreiche Verbesserungen gegenüber anderen herkömmlichen Berührungssensoren.
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Die vorstehend beschriebenen Beispiele beruhen in ihrem Betrieb allgemein auf der Eigenkapazität oder der Gegenkapazität, wobei andere Ausführungsformen der Erfindung aber auch andere Techniken zum Erfassen von Kapazitäten, Widerständen oder ähnlichem verwenden können.
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Eine Bezugnahme auf ein computerlesbares Speichermedium bezieht sich auf eine oder mehrere nicht-transitorische, greifbare und computerlesbare Speichermedien mit einem bestimmten Aufbau. Zum Beispiel kann ein computerlesbares Speichermedium ein halbleiterbasierter oder anderer integrierter Schaltkreis wie etwa eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA) oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), eine Festplatte, ein Festplattenlaufwerk, ein Hybridlaufwerk, eine optische Platte, ein optisches Plattenlaufwerk, eine magnetooptische Platte, ein magnetoptisches Laufwerk, eine Diskette, ein Diskettenlaufwerk, ein Magnetband, ein holografisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk, ein RAM-Laufwerk, eine SECURE DIGITAL-Karte, ein SECURE DIGITAL-Laufwerk oder ein anderes, geeignetes computerlesbares Speichermedium oder eine Kombination aus zwei oder mehr derselben sein. Dabei sind jedoch computerlesbare Medien ausgeschlossen, die gemäß 35 U.S.C. §101 nicht für einen Patentschutz zulässig sind. Eine Bezugnahme auf ein computerlesbares Speichermedium schließt transitorische Formen der Signalübertragung (wie etwa die Fortpflanzung von elektrischen oder elektromagnetischen Signalen per se) aus, soweit diese gemäß 35 U.S.C. §101 nicht für einen Patentschutz zulässig sind. Ein computerlesbares, nicht-transitorisches Speichermedium kann flüchtig, nichtflüchtig oder eine Kombination aus denselben sein.
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Das Wort „oder” ist hier nicht exklusiv zu verstehen, außer wenn dies explizit oder aufgrund des Kontexts anders vorgegeben ist. „A oder B” ist also als „A, B oder beide” zu verstehen, außer wenn dies explizit oder aufgrund des Kontexts anders vorgegeben ist. Weiterhin kann das Wort „und” verbindend oder aufzählend verstanden werden. So ist „A und B” als „A und B, in dieser Kombination oder jeweils einzeln” zu verstehen, außer wenn dies explizit oder aufgrund des Kontexts anders vorgegeben ist.
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Es können verschiedene Änderungen, Ersetzungen, Variationen und Modifikationen an den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen durch den Fachmann vorgenommen werden. Wenn in den folgenden Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder auf eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems Bezug genommen wird, die bzw. das ausgebildet, angeordnet, konfiguriert oder betreibbar ist, um eine bestimmte Funktion auszuführen, bezieht sich diese Bezugnahme auf die Vorrichtung, das System oder die Komponente unabhängig davon, ob die genannte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder freigegeben ist, solange die Vorrichtung, das System oder die Komponente entsprechend ausgebildet, angeordnet, konfiguriert oder betreibbar ist.
