DE202007005237U1

DE202007005237U1 - Hybrides kapazitives Berührungsbildschirmelement

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Publication number: DE202007005237U1
Application number: DE202007005237U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: JP2007293865A; KR20070105275A; US9411481B2; US20070247443A1

Abstract

Berührungsempfindlicher Positionsfühler, umfassend:
ein Substrat, das eine berührungsempfindliche Plattform definiert;
erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen, die beabstandet auf dem Substrat angeordnet sind; und
einen leitfähigen Erfassungsbereich zwischen den Busschienen, der erste und zweite leitfähige Elemente umfasst, die mit den ersten beziehungsweise zweiten widerstandsbehafteten Busschienen verbunden sind und durch nicht-leitfähige Lücken voneinander beabstandet sind, so dass Ströme, die in dem leitfähigen Erfassungsbereich induziert werden, in Richtung der Busschienen fließen, aber davon abgehalten werden, in einer Richtung parallel zu den Busschienen zu fließen.

Description

Die Erfindung betrifft zweidimensionale berührungserfassende Oberflächen, bedienbar mit einem menschlichen Finger oder einem Stift. Beispielhafte Ausführungsformen beinhalten Berührungsbildschirme und Berührungsfelder, insbesondere jene über LCDs, CRTs und anderen Sorten von Bedienanzeigen, oder Schreibtafeln mit Stifteingabe, oder Kodierer, die in maschinellen Anlagen zu regelungstechnischen Zwecken verwendet werden.
In meiner früheren anhängigen US-Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist, wird ein Muster aus Leitern beschrieben, das anisotrope galvanische Eigenschaften im Bereich des Erfassungsbereichs aufgrund der Verwendung leitfähiger Streifen aufweist, die Stromflüsse in mehr als einer Richtung unterbinden, oder möglicherweise durch die Verwendung eines speziellen anisotropen leitfähigen Materials, das ungemustert sein kann. Mindestens vier Elektroden sind verbunden, je eine mit jeder der Ecken der Erfassungsschicht und einer kapazitiven Erfassungsschaltung, die die einer Fingerberührung zugeordneten Erfassungssignale nachweist. Ein Prozessor errechnet mathematisch den schwerpunktsmäßigen Ort der Berührung innerhalb der Fläche mittels verhältnisgestützter Verfahren. Eine einfache quadratische Gleichung oder ein anderes Verfahren korrigiert die Nadelkissenverzerrung, die auf nur zwei Seiten des Erfassungsbereichs auftritt.
In der Druckschrift US 3,593,115 wird ein Berührungselement mit dreieckigen Formen zur Bestimmung der Objektposition gezeigt. Dieses Vorgehen erfordert jedoch sowohl zahlreiche sekundäre Elektrodenverbindungen als auch zwei oder mehr Aufbauschichten, wodurch die Konstruktionskosten erhöht werden und die Transparenz erniedrigt wird.
US 5,650,597 zeigt ein zweidimensionales Erfassungsverfahren, das innerhalb des aktiven Bereichs nur eine Schicht erfordert, aber eine große Anzahl an Elektrodenverbindungen benötigt. Widerstandsbehaftete Streifen lösen eine Positionsachse auf und die Genauigkeit hängt von der Toleranz einer großen Zahl widerstandsbehafteter Streifen ab. Dieses Verfahren unterdrückt allerdings Effekte durch den Handschatten.
In der Druckschrift US 6,297,811 wird ein Berührungsbildschirm beschrieben, der dreieckige Drahtumrisselektrodenformen verwendet um Feldgradienten zu erzeugen. Dieses Patent leidet jedoch unter dem Problem, dass es schwierig ist, die Bildschirmgröße maßstäblich zu vergrößern, da die Anzahl der Elektrodenverbindungen mit einer Erfassungsschaltung eine pro Dreieck beträgt. Es wäre wünschenswert die Zahl der Verbindungen drastisch zu vermindern um Kosten zu sparen und den Aufbau zu vereinfachen. Weiterhin ist es wünschenswert gefüllte Formen anstelle von Drahtumrissen zu verwenden, da letztere teurer in der Konstruktion sind. Dieses Verfahren unterdrückt allerdings Effekte durch den Handschatten.
Es ist unbekannt oder nicht offensichtlich aus dem Stand der Technik, wie man beliebige der Lehren aus den voranstehenden Patenten derart kombinieren soll, dass ein einschichtiger Erfassungsbereich mit einer verringerten Anzahl an Verbindungselektroden und unterdrücktem Handschatten entsteht, wie bereits aus der Tatsache ersichtlich ist, dass bis heute niemand eine solche Lösung gefunden hat.
Der Begriff „zweidimensionaler kapazitiver Signalwandler" oder „2DCT" wird fortan verwendet, um sich auf Berührungsbildschirme, berührungserfassende Felder, näherungserfassende Flächen, Anzeigeflächen überlagerte Berührungsbildschirme über LCD-, Plasma- oder CRT-Schirmen oder ähnlichem, Ortserfassung für mechanische Bauteile oder Regelungssysteme, oder andere Arten von Steueroberflächen nicht genauerer Ausführung mit einer Oberfläche oder einem Volumen zu beziehen, die fähig sind zumindest zweidimensionale kartesische oder sonstige Koordinaten bezogen auf die Position eines Objektes oder eines menschlichen Körperteils mit Hilfe eines kapazitiven Erfassungsmechanismus zu liefern.
Der Begriff „zweidimensionaler widerstandsbehafteter Signalwandler" oder „2DRT" wird fortan verwendet, um sich auf Berührungsbildschirme oder Stifteingabegeräte auf rein galvanischer Basis zu beziehen, die in der Industrie generell und hauptsächlich als „widerstandsbehaftete Berührungsbildschirme" bekannt sind.
Der Begriff „2DxT" bezieht sich entweder auf Elemente vom Typ 2DCT oder vom Typ 2DRT.
Der Begriff „Berührung" wird fortan verwendet für die Berührung oder Annäherung eines menschlichen Körperteils oder eines mechanischen Bauteils ausreichender kapazitiver Signalstärke, um einen gewünschten Ausgang zu erzeugen. Im Sinne von „Annäherung" kann Berührung also auch bedeuten, auf einen 2DCT zu „zeigen" ohne physischen Kontakt herzustellen, wobei der 2DCT auf die Kapazität durch die Annäherung des Objektes in ausreichendem Maße antwortet um sachgemäß zu reagieren.
Der Begriff „Element" wird fortan verwendet für die aktiven Erfassungselemente eines 2DCT oder 2DRT. Der Begriff „Elektrode" bezieht sich auf einen Verbindungspunkt in der Peripherie des Elements.
Der Begriff „Streifen" bezieht sich auf einen elektrisch leitenden Leiter, der Baustein eines Elementes ist und zwei Enden besitzt. Ein Streifen kann ein Draht sein. Ein Streifen kann absichtlich einen beträchtlichen galvanischen Widerstand besitzen, während ein Draht minimalen Widerstand besitzt. Falls das Element, dessen Baustein der Streifen ist, physikalisch gekrümmt ist, würde der Streifen ebenfalls physikalisch gekrümmt sein.
Der Begriff „Nadelkissen" bezieht sich auf jedwede Verzerrung des Signals eines 2DCT, sei es ein parabolischer, tonnenförmiger oder sonstig gearteter zweidimensionaler Abbildungsfehler.
Viele Arten von 2DCT sind bekannt dafür, unter geometrischen Verzerrungen zu leiden, die als „Nadelkissen" oder „hyperbolisch" oder „parabolisch" charakterisiert werden, wobei die wiedergegebene Koordinate der Berührung aufgrund von elektrischen Effekten auf Erfassungsoberflächen fehlerbehaftet ist. Diese Effekte werden gründlicher in verschiedenen anderen Patenten beschrieben, wie zum Beispiel Pepper US 4,198,539 , das durch Bezugnahme auf seinen Offenbarungsgehalt in dieser Schrift aufgenommen ist. Eine hervorragende Zusammenfassung der bekannten Ursachen, Lösungen und Problemlösungen für geometrische Verzerrung kann mit der Lektüre von Babb et. al. gefunden werden, in den Patenten US 5,940,065 und US 6,506,983 , die durch Bezugnahme auf ihren Offenbarungsgehalt in dieser Schrift aufgenommen sind. US 5,940,065 beschreibt kurz und bündig die zwei großen Hauptklassen der Korrektur: 1) Elektromechanische Verfahren, die Entwurf oder Modifikationen der Erfassungsoberfläche der verbindenden Elektroden beinhalten; 2) Modellverfahren, die mathematische Algorithmen verwenden, um die Verzerrungen zu korrigieren.
In meinem Patent US 7,148,704 „Charge Transfer Capacitive Position Sensor" wird im Zusammenhang mit 12 ein Verfahren zur Verwendung individueller widerstandsbehafteter eindimensionaler Streifen beschrieben, um einen Berührungsbildschirm zu schaffen. Diese Streifen können entweder gleichzeitig oder in Folge ausgelesen werden, da die Verbindungen zu diesen Streifen unabhängig voneinander sind. Außderdem wird im Zusammenhang mit 6 eine interpolierte Kopplung zwischen benachbarten konzentrierten Elektrodenelementen und einem Objekt wie beispielsweise einem Finger beschrieben. US 7,148,704 wird durch Bezugnahme auf ihren Offenbarungsgehalt in dieser Schrift aufgenommen.
In meinem Patent US 6,288,707 wird ein kapazitiver Positionsfühler beschrieben, dessen Zweck es ist, als Teil eines Zeigegerätes für einen Computer zu dienen, das verhältnisgestützte kapazitive Erfassungstechniken verwendet. Eine Anordnung (Array) gemusterter metallischer Elektroden wird auf einer isolierenden Substratschicht aufgebracht, wobei die Elektrodengeometrie dergestalt ausgelegt ist, eine variable kapazitive Ausgabe zu erzeugen, wenn sich der Finger eines Nutzers über die Elektrodenanordnung bewegt.
7 der beiliegenden Zeichnungen gibt 4 aus US 6,288,707 wieder. Eine Anordnung gemusterter metallischer Elektroden wird auf einer isolierenden Schicht aufgebracht, wobei die Elektrodengeometrie dergestalt gewählt ist, dass eine variable kapazitive Ausgabe generiert wird, wenn sich ein Finger eines Nutzers über die Elektrodenanordnung bewegt. Diese Anordnung umfasst vier gemischte Sätze an Elektroden, zwei für jede Dimension. Die Sätze für die x-Achse, die dreieckig sind, sind einfacher auszumachen und zu verstehen. In einem ersten Satz an Dreiecken 1 sind alle Dreiecke elektrisch mit einem Ausgangsbus, benannt X1, verbunden. Der zweite Satz 2 ist ebenfalls verbunden mit einem Ausgang, benannt X2. Die Position einer Hand eines Nutzers in Bezug auf die x-Achse kann durch das Verhältnis der Signale von X1 und X2 bestimmt werden. Da die Kapazität direkt proportional zur Größe der Oberfläche ist und die mit X1 verbundenen Platten zu einer größeren Oberfläche auf der linken Seite aggregieren als es die mit X2 verbundenen Platten tun (und umgekehrt), ist die Möglichkeit das Verhältnis zwischen X1 und X2 oder zwischen X2 und X1 zu nehmen gewährleistet, solange sich eine ausreichend große Fingerfläche in ausreichender Nähe über dem Muster befindet, um hinreichende Signalstärke zu erzeugen. Korrespondierende Sätze an Platten sind mit den Y1 und Y2 Bussen verbunden. Der mit Y verbundenen Satz ist gleichfalls verhältnisgestützt, obgleich in einer unterschiedlichen Art und Weise als die mit X verbundenen Sätze. Der Y-Satz besteht aus wechselseitig mit Y1 und Y2 verbundenen rechteckigen Streifen, 3 beziehungsweise 4, mit einer y-Achsendimension, die dergestalt mit ihrer Positionierung variiert, dass ein stetig variables Oberflächenverhältnis zwischen Y1 und Y2 in Abhängigkeit von der Position Y entsteht. Die Summe jedes benachbarten Paares von Streifen der y-Achse 3 und 4 wird konstant gehalten, so dass die Summe der Kapazität für je zwei Streifen paarweise konstant ist, das heißt, C(Y1) + C(Y2) = C(Y) für jedes Streifenpaar. Wenn sich dann der Finger des Nutzers entlang der y-Achse bewegt, wird das ermittelte Kapazitätenverhältnis auf die selbe Art und Weise gemessen wie das Verhältnis zwischen C(X1) und C(X2), das heißt, der größte Wert wird der Zähler.
Dieses Vorgehen bietet jedoch beschränkte Auflösung für den 2DCT.
Die vorliegende Erfindung ist meiner früherer anhängigen Anmeldung US 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, insofern ähnlich, als dass sie ebenfalls zwei Busschienen auf zwei der vier möglichen Seiten des Elementes umfasst und einen zentralen Erfassungsbereich besitzt, der anisotrope Eigenschaften aufweist. Die vorliegende Erfindung ist allerdings eine Verbesserung der Lehre von Patentanmeldung US 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, durch die Verwendung eines neuen Musters innerhalb des Erfassungsbereichs, das Querleitung zwischen den Busschienen vermeidet. Das Erfassungselement der Erfindung unterbindet in vorteilhafter Weise Nadelkissenverzerrung in Gänze oder nahezu vollständig.
Der Erfassungsbereich kann entweder opake, durchscheinende oder klare (durchsichtige) elektrisch leitende Materialien im Inneren verwenden, die anders als in US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, von fast ungesteuertem Widerstand sein können.
Der Erfassungsbereich umfasst gemusterte Leiterelemente, die zwischen zwei Seiten des Erfassungsbereichs verschachtelt sind, wobei jede der zwei Seiten von einem widerstandsbehafteten Streifen mit steuerbarem Widerstand begrenzt ist, zu dem mindestens zwei Elektrodenverbindungen ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung stellt einen berührungsempfindlichen Positionsfühler bereit, der folgendes umfasst: ein Substrat, das eine berührungsempfindliche Plattform definiert; erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen, beabstandet auf dem Substrat angeordnet; und eine leitfähige Erfassungsfläche, die leitende Elemente umfasst, die ein kapazitives Feld ausstrahlen und dergestalt zwischen den Busschienen angeordnet sind, dass die leitfähigen Elemente entweder mit der ersten oder der zweiten, aber nicht zugleich mit beiden widerstandsbehafteten Busschienen verbunden sind, und die innerhalb der leitfähigen Erfassungsfläche induzierten Ströme auf die Busschienen zufließen. Von den Busschienen fließt der Strom zu Verbindungspunkten auf den Busschienen. Die Ströme innerhalb der leitfähigen Erfassungsfläche werden an einer Flußrichtung innerhalb der leitfähigen Erfassungsfläche gehindert, die parallel zu den Busschienen verläuft.
In Ausführungsformen der Erfindung sind die ersten und zweiten leitfähigen Elemente dergestalt geformt, dass benachbarte Elemente sich miteinander über den leitfähigen Erfassungsbereich erstrecken, um entsprechende verhältnisgestützte kapazitive Signale zu erzeugen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt die Vielzahl leitfähiger Elemente zwischen den ersten und zweiten Busschienen eine in wesentlichen graduierte oder abgestufte Konfiguration, die die Verwendung dreieckiger Formen oder anderer Arten abgestufter Verschachtelung oder Durchsetzung beinhalten kann. In einer Ausführungsform besitzen die ersten und zweiten leitfähigen Elemente komplementäre Verjüngungen entlang ihres sich miteinander erstreckenden Verlaufs, um verhältnisgestützte kapazitive Signale zu erzeugen.
Signalverarbeitung wird grundsätzlich wie in US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, durchgeführt, deren relevante Schritte durch Bezugnahme auf ihren Offenbarungsgehalt in dieser Schrift aufgenommen sind. Zudem ist die Breite der leitfähigen Elemente vorzugsweise größer als die Lücken zwischen ihnen, so dass der Umfang verfügbarer Oberfläche vergrößert wird, um die Kopplung an einen Finger zu verbessern. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die leitfähigen Elemente, die von einer der Busschienen ausgehen, elektrisch isoliert sind, also nicht verbunden mit der anderen gegenüberliegenden Busschiene oder mit den mit letzterer verbundenen leitfähigen Elementen. Deshalb sind die leitfähigen Elemente, die von der ersten widerstandsbehafteten Busschiene ausgehen, galvanisch nicht mit der zweiten widerstandsbehafteten Busschiene verbunden, und die leitfähigen Elemente, die von der zweiten widerstandsbehafteten Busschiene ausgehen, galvanisch nicht mit der ersten widerstandsbehafteten Busschiene verbunden.
Jede Busschiene kann aus einer Kette diskreter Widerstände aufgebaut sein, die durch Verbindungsmittel verbunden sind. Alternativ kann jede Busschiene aus einem widerstandsbehafteten Streifen gleichmäßigen Widerstands pro Einheitslänge bestehen, zum Beispiel aus einem kohlenstoffbasierten Film.
Die leitfähigen Elemente, die von den ersten und zweiten widerstandsbehafteten Busschienen ausgehen, sind beabstandet durch nicht-leitfähige Lücken oder Zwischenräume, die typischerweise durch Abtragung oder Ätzen gebildet werden, oder durch selektive Ablagerung von Material, die die leitfähigen Elemente ausbilden. Das leitfähige Material kann typischerweise klares Indiumzinnoxid („ITO") oder ein klares leitfähiges Polymer wie Agfas Orgacon^TM im Falle von klaren Berührungsbildschirmen oder einen opaken Leiter wie einen Kohlenstofffilm bei nicht benötigter Transparenz umfassen. Eine Variation der Lückenbreiten und des Umfangs der Verschachtelung oder Durchsetzung zwischen den leitfähigen Elementen ergibt eine Variation der gemessenen Kapazität von einer zur anderen Busschiene.
Die vorliegende Erfindung verringert erheblich oder entfernt vollständig den verschlechternden Effekt der Nadelkissenverzerrung und verstärkt die Linearisierung der Ausgangssignale in großem Ausmaß im Vergleich zu meiner anhängigen US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1. In US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, bewirkt die Anwesenheit leitfähiger Elemente im Erfassungsbereich, die an beide Busschienen gekoppelt sind, dass das Signal in entgegengesetzte Ecken durch die Spannungsgradienten gezogen wird. Wenn der Erfassungsbereich nicht galvanisch von einer Busschiene an die andere gekoppelt ist, wie in der vorliegenden Erfindung, bleiben die Spannungsgradienten gleichförmig und unverzerrt. Kapazitive Kopplung von einer zur anderen Seite erzeugt keine Verzerrungskomponente, vorausgesetzt, die Kapazität kann sich über alle Orte des Erfassungsbereichs voll auf- und entladen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen berührungsempfindlichen Positionsfühler bereit, der die Position eines Objektes in zwei Dimensionen bestimmt, wobei der Positionsfühler erste und zweite Busschienen aufweist, die von einer Erfassungsfläche getrennt sind, die eine Vielzahl von Verschachtelungen leitfähigen Materials umfasst, dergestalt zwischen den Busschienen angeordnet, dass die Verschachtelungen entweder mit der einen oder der anderen, aber nicht beiden Busschienen verbunden sind, so dass induzierte elektrische Ströme vorzugsweise auf die Busschienen zufließen, die innerhalb der Erfassungsfläche galvanisch voneinander getrennt sind.
Sofern es im folgenden nicht anders vermerkt wird, beziehen sich die Begriffe „Verbindung(en)" oder „verbunden" entweder auf galvanische Kontakte oder kapazitive Kopplung. „Element" bezieht sich auf das physische elektrische Erfassungselement aus leitfähigen Susbtanzen. „Elektrode" bezieht sich auf einen der galvanischen Verbindungspunkte am Element, um es mit geeigneter Treiber-/Fühlerelektronik zu verbinden. Die Begriffe „Objekt" und „Finger" werden stellvertretend in Bezug entweder auf ein unbelebtes Objekt wie eine Nocke, einen Zeiger oder einen Stift, oder alternativ auf einen menschlichen Finger oder anderes Gliedmaß verwendet, deren aller Gegenwart in der Nähe des Elements eine lokalisierte kapazitive Kopplung von einem Bereich des Elements zurück zu einem Referenzkreis über jedweden geschlossenen Pfad herstellt, gleich ob galvanisch oder nicht-galvanisch. Der Begriff „Berührung" beinhaltet entweder physischen Kontakt zwischen Objekt und dem Element, oder Annäherung in freiem Raum zwischen Objekt und Element, oder physischen Kontakt zwischen Objekt und einem Dielektrikum (beispielsweise Glas), das zwischen Objekt und Element platziert ist, oder Annäherung in freiem Raum inklusive einer dazwischentretenden dielektrischen Schicht zwischen Objekt und Element. Die Erwähnung spezifischer Schaltkreisparameter oder Ausrichtung soll nicht als einschränkend für die Erfindung angesehen werden, da ein weiter Parameterbereich ohne oder nur mit geringen Änderungen in der Verschaltung oder der Algorithmen möglich ist; spezifische Parameter und Ausrichtungen werden lediglich zu erklärenden Zwecken erwähnt. Siehe dazu auch meine früheren Patente, die kapazitive Erfassung mittels Ladungstransfer betreffen; insbesondere US 5,730,165 , US 6,288,707 , US 6,466,036 , US 6,535,200 , US 7,148,704 und meine anhängige US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1. Es sollte speziell bemerkt werden, dass der elektronische Erfassungsschaltkreis und Verfahren, die in jedem dieser Patente beschrieben werden, in Verbindung mit der hierin beschriebenen Erfindung verwendet werden können, doch diese Verfahren sind nicht die einzigen. Eine Mannigfaltigkeit kapazitiver Erfassungsschaltungen kann in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden. Verschiedene elektrische Schaltkreise und Erfassungsverfahren wie in diesen Patenten beschrieben können zum Betrieb der Elektroden und zur Interpretation der Ergebnisse verwendet werden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein 2DxT Erfassungselement unter der Verwendung gewöhnlicher, kostengünstiger Materialien und Herstellungsverfahren mit anisotropen galvanischen Leitfähigkeitscharakteristiken bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Positionsinterpolation zu erlauben, um die höchstmögliche Auflösung mit dem einfachst möglichen Muster zu erzielen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein 2DCT Element bereitzustellen, das eine hohe räumliche Auflösung und ein geringes Körnigkeitsergebnis mit relativ grober Auflösung der Analog-Digital-Konversion (ADC) von Rohsignalen erreicht.
Ein weiteres Ziel ist es, ein 2DCT Element bereitzustellen, das weniger anfällig für thermischen Drift ist und hohe Reproduzierbarkeit im Herstellungsprozess bietet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein 2DCT Element bereitzustellen, das entweder einen im Vergleich zum Stand der Technik stark vereinfachten Kalibrationsprozess zum „Lernen" oder Kalibration durch Entwurf oder gar keine Kalibration benötigt.
Ein weiteres Ziel ist es, ein 2DCT Element mit lediglich einer (einzigen) erforderlichen Schicht aus leitfähigem Material bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel ist es, eine Anbringung der 2DCT Erfassungsschicht auf der Rückseite relativ dicker dielektrischer Abdecklinsen wie Glas oder Plastikfolie bis zu einer Dicke von 10 mm oder mehr zuzulassen, oder durch die Luft durch Zeigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein 2DCT Erfassungselement mit relativ einfachen Verdrahtungserfordernissen bereitzustellen.
Weitere Ziele der Erfindung sind es, einen Fühler mit hoher Verlässlichkeit, einer versiegelten Oberfläche und geringer Leistungsaufnahme sowie der Fähigkeit, durch Verwendung serienmäßiger Mikrocontroller und nicht fremdartiger Treiberelektronik direkt gesteuert und erfasst zu werden, bereitzustellen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen wie selbige verwirklicht werden kann, wird nun Bezug beispielhaften Charakters auf die beigefügten Zeichnungen genommen, in denen folgendes gezeigt wird:
1a zeigt schematisch ein gemustertes leitfähiges Material mit vier Elektrodenverbindungspunkten und einer externen widerstandsbehafteten Busschiene, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Ausbildung eines Erfassungselements verwendet wird.
1b zeigt das Erfassungselement aus 1a, aufgebracht auf der Rückseite einer Glasscheibe.
2 zeigt ein gemustertes leitfähiges Material mit vier Elektrodenverbindungspunkten und einer eingebauten widerstandsbehafteten Busschiene, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aus dem leitfähigen Material gebildet ist.
3a zeigt ein gemustertes leitfähiges Material mit vier Verbindungspunkten und einer eingebauten widerstandsbehafteten Busschiene, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aus dem leitfähigen Material gebildet ist, wobei der Widerstand durch Verwendung eines geänderten Musters im Vergleich zu dem in 2 vergrößert ist.
3b zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der eingebauten widerstandsbehafteten Busschiene aus 3a.
3c zeigt eine vergrößerten Ansicht eines Teils einer anderen Art von eingebauter Busschiene, die in einem Muster ähnlich dem aus 3a verwendet werden kann.
4 zeigt schematisch ein gemustertes leitfähiges Material mit acht Elektrodenverbindungspunkten, das gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Ausbildung eines Erfassungselements verwendet wird.
5 zeigt schematisch einen Teil eines alternativen Musters-leitfähigen Materials gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Art von Erfassungsschaltung, die verwendet wird, um die Erfassungselektrodenverbindungen aus 1 zu treiben.
7 zeigt ein 2DCT gemäß dem Stand der Technik wie in 4 in US 6,288,707 offenbart.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, zeigen 1a und 1b ein 2DCT Erfassungselement 100 in einer Ausführungsform der Erfindung mit vier Verbindungselektroden 101, 102, 103, 104 an den entsprechenden Ecken des Erfassungselements. Die Elektroden 101–104 sind mit einer Erfassungsschaltung verbunden (nicht gezeigt). Auf der linken und rechten Seite des Erfassungselements 100 sind entsprechende widerstandsbehaftete Elemente 110, 111 gezeigt, die die Elektroden 101, 102 beziehungsweise die Elektroden 103, 104 verbinden. Innerhalb des Erfassungsbereichs befinden sich zwei verschiedene Sätze dreieckiger leitfähiger Formen, wobei ein Satz 105 mit der widerstandsbehafteten Seite 110 verbunden ist und der andere Satz 106 mit der widerstandsbehafteten Seite 111 verbunden ist. Die dreieckigen Formen sind verschachtelt oder durchsetzt, um einen Feldgradienten in Links-Rechts-Richtung zu erzeugen; bei Gebrauch würde ein von der linken zur rechten Seite des Erfassungselements laufender Finger naturgemäß eine Kapazitätsabstufung erzeugen, die durch die Elektroden 101– 104 dergestalt gemessen werden kann, dass eine Bestimmung der horizontalen Position durch verhältnisgestützte Berechnungen erfolgen kann. Dies ist teilweise in US 6,297,811 in Verbindung mit Drahtumriss-Elektrodenformen beschrieben.
Die leitfähigen Formen (Gebilde) 105, 106 werden durch ein Elektrodenmuster gebildet, das einen empfindlichen Bereich für die Vorrichtung vorgibt. Das Elektrodenmuster ist auf einem Substrat angeordnet. Das Substrat kann in geeigneter weise ein flexibles transparentes Kunststoffmaterial wie Polyethylenterephthalat (PET) sein. Das Substrat wird üblicherweise isolierend sein. Das Elektrodenmuster ist zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einem spezifischen Widerstand von ein paar hundert Ohm/Quadrat hergestellt. Dies ist ein transparentes Material und daher geeignet für Anzeigeanwendungen oder andere Anwendungen, wo eine tieferliegende Taste oder andere Maske sichtbar sein muss.
Im allgemeineren Sinne kann das Elektrodenmuster durch Ablagern oder Entfernen jedes geeigneten leitfähigen Materials gebildet werden. Ablagerung kann beispielsweise durch Dampfabscheidung oder Siebdruck geschehen. Entfernen kann beispielsweise durch Laser oder chemisches Ätzen geschehen.
Das Elektrodenmuster definiert die verjüngten Elektroden 105, 106. Wie dargestellt erstrecken sich die ersten und zweiten Elektroden 105, 106 im allgemeinen in x-Richtung und sind in y-Richtung verschachtelt. Die Elektroden haben sich verjüngende dreieckige Form. Die dreieckigen sich verjüngenden Elektroden sind auf der linken und rechten Seite des Erfassungsbereichs angeordnet. Benachbart gepaarte Elektroden 105, 106 erstrecken sich gemeinsam in x-Richtung über die Erfassungsfläche von der linken beziehungsweise rechten Seite der Erfassungsfläche ausgehend. Auf diese Weise bildet jedes benachbarte Paar miteinander sich erstreckender x-Elektroden einen sogenannten Schieber wie beschrieben in US 7,148,704 . Im speziellen ist der Schieber von der Art, wie sie in 15 von US 7,148,704 gezeigt wird, deren relevanter Inhalt der Arbeitsweise eines solchen Schiebers durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist. Man soll sich bewusst sein, dass die Elektrodenelemente in geeigneter Weise geformt sind und in Bezug auf die betätigende Vorrichtung, typischerweise ein menschlicher Finger 107, dimensioniert sind, um ein verhältnisgestütztes kapazitives Signal zu erzeugen, das die Länge der gemeinsamen Erstreckung in x-Richtung, also den Überlapp in x-Richtung, abdeckt. Die vertikal, also in y-Richtung verlaufenden widerstandsbehafteten Busschienen 110, 111 entlang des Erfassungselements 100 erzeugen einen von oben nach unten verlaufenden Feldgradienten; einen Finger vom oberen zum unteren Ende des Erfassungsbereichs laufen zu lassen würde naturgemäß eine Kapazitätsabstufung induzieren, die an den Elektroden 101–104 dergestalt gemessen werden kann, dass die Bestimmung der vertikalen Position durch verhältnisgestützte Berechnungen möglich ist. Dies ist in meinem Patent US 7,148,704 beschrieben.
Bemerkenswerterweise erzeugt die gemusterte Schicht in 1a keinen Nadelkisseneffekt an jedwedem Rand des Erfassungselements. Anders als in meiner anhängigen US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, besteht keine galvanische Leitfähigkeit zwischen den linken und rechten Seiten, da die dreieckigen Formen isoliert voneinander sind, so dass kein Gleichstrom von der einen zur anderen Seite des Erfassungselements passieren kann. Da das der Fall ist, reicht es bereits aus, die Erfassungsschaltung bei einer hinreichend geringen Frequenz (oder einen genügend langen Abschnitt einer Pulsbreite) zur Stabilisierung der kapazitiven Gradienten zu betreiben, um die dreieckigen Elemente auf das gleiche Potential zu bringen, ein Zustand, bei dem kein effektiver Stromfluss von links nach rechts zwischen den zwei Busschienen stattfinden kann. Wenn das Treibersignal nicht einschwingen kann, zum Beispiel wegen Effekten der RC-Zeit, kann die Filmanordnung Nadelkisseneffekte aufweisen.
Die Größe der dreieckigen Formen in der Ausführungsform von 1a sollte so beschaffen sein, dass der Fingerkontakt 107 größer als zumindest eine der sich wiederholenden Mustersätze ist, so dass stets angemessene Interpolationsgrade gewährleistet sind. Ein Mustersatz ist ein links verbundenes Dreieck und ein benachbartes rechts verbundenes Dreieck.
Durch die Verwendung externer Busschienen in 1a kann das Material, das innerhalb des Erfassungsbereichs zur Ausbildung der dreieckigen Formen verwendet wird, von ungesteuertem Widerstand sein, das heißt, es kann aus Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einem angemessenen Widerstand wie 300 bis 1000 Ohm/Quadrat sein. Eine Änderung des Widerstands der Erfassungsbereichselemente hat kaum oder keinen Effekt auf das Erfassungsverhalten.
Ein geeigneter Widerstandsbereich für die Busschienen liegt im Bereich von 20000 bis 500000 Ohm von einem zum anderen Ende, aber andere Widerstandswerte außerhalb dieses Bereichs können verwendet werden.
2 zeigt die gleiche grundlegende Musterkonfiguration wie die Ausführungsform in 1, mit dem Unterschied, dass die widerstandsbehafteten Busschienen 110, 111 in das gemusterte leitfähige Material eingebaut sind und als 201, 202 dargestellt sind. Falls das Material von geeignet hohem Widerstand ist, wie etwa 300 Ohm/Quadrat ITO, genügt eine ausreichend schmale Bahn aus ITO als widerstandsbehaftete Busschiene. Alternativ kann der Widerstand der Busschienen durch die Verwendung von Zick-Zack-Linien zur Pfadverlängerung erhöht werden.
3a und 3b zeigen die gleiche Konfiguration wie die in 2, mit dem Unterschied, dass die Dreiecke leitfähigen Materials dazu verwendet werden, die Pfadlänge der Busschienen zu vergrößern, ohne die Notwendigkeit für „tote" Seitengebiete wesentlich zu erhöhen. In vielen Anwendungen muss der Erfassungsbereich so breit wie möglich mit wenig Platz für Seitenverbindungen sein, und die Busschienen, wie in den Ausführungsformen der 1 und 2 gezeigt, könnten zu viel Platz einnehmen. Dadurch, dass die Ströme in die dreieckigen Formen gezwängt werden, wird die Pfadlänge und in Folge der Widerstand der Busschienen vergrößert, ohne dass der Platzbedarf an der Seite steigt. In Bezug auf 3c, die einen Teil einer widerstandsbehafteten Busschiene zeigt, die in ein Muster ähnlich dem in 3a ausgeführten eingebaut werden kann, zwingt die Lücke 301 den Stromfluss 303 in das dreieckige Formen und vergrößert damit die Pfadlänge und den Widerstand. In 3b, die einen Teil der widerstandsbehafteten Busschiene 201 der Ausführungsform in 3a zeigt, füllt der Teil leitfähigen Materials 302 hauptsächlich die Lücke 301, wiederum ohne den Pfadwiderstand wesentlich zu verkleinern, so dass die leitfähige Materialoberfläche maximal groß wird, um das erforderliche Erfassungsfeld in diesem Bereich zu emittieren.
4 zeigt ein Erfassungselement 100 aus gemustertem leitfähigen Material in der Ausführungsform der Erfindung mit acht Verbindungspunkten. Elektroden 101–104 werden an den Ecken des Musters aus leitfähigem Material bereitgestellt. Vier weitere Elektroden 401, 402, 403, 404 werden als Paare entlang der entsprechenden der Busschienen 201, 202 bereitgestellt. Diese weiteren Elektroden können mit Treiberkanälen verbunden sein, ähnlich wie die mit den Eckelektroden verbundenen, um weitere vier Ausgangssignale zu erzeugen. Die verschiedenen Treiberkanäle können durch unabhängige Treiberschaltungen oder durch geeignetes Multiplexen einer einzelnen Treiberschaltung bereitgestellt werden. Das Erfassungselement 100 kann effektiv als drei Erfassungselemente umfassend betrachtet werden. Das bedeutet, dass das Erfassungselement als ein unteres von den vier Elektroden 402, 102, 404, 104 eingerahmtes (beecktes) Erfassungselement, ein mittleres von den vier Elektroden 401, 402, 403, 404 eingerahmtes (beecktes) Erfassungselement und ein oberes von den vier Elektroden 101, 401, 103, 403 eingerahmtes (beecktes) Erfassungselement umfassendes Erfassungselement betrachtet werden kann.
In der Ausführungsform in 4 verbessert die Verwendung zusätzlicher Elektrodenverbindungen die Unterdrückung von Handschatteneffekten wie in meiner Anmeldung US 10/341,948 (aufgegeben), offengelegt als EP 1335318 A1 , beschrieben. Während herausgefunden wurde, dass vier Elektrodenverbindungen pro Seite ausreichen, um Handschatteneffekte auf 2DCT Oberflächen bis zu einer Diagonalengröße von 4 Inch zu unterdrücken, kann in der Praxis jede beliebige Anzahl an Verbindungen pro Seite (minimal zwei) je nach Schirmgröße, Konsolendicke und erwünschtem Unterdrückungsgrad von Handschatteneffekten verwendet werden.
5 zeigt ein alternatives Muster für die Erfassungselektroden zur Erzeugung des erforderlichen Links-Rechts-Feldgradienten. Diese Elektroden verwenden abgestufte Rechtecke aus Leitern 501, 502, die mit (Rück)graten 503 dergestalt verbunden sind, dass sie durch Verschachtelung den Gradienten ausbilden. Das Muster zeigt zwei Reihen abgestufter Rechtecke 501, 502; der erste Satz Rechtecke 501 nimmt von der widerstandsbehafteten Busschiene 110, 201 zur Busschiene 111, 202 stetig in Größe ab. Der zweite Satz Rechtecke 502 ist mit den Rechtecken 501 verschachtelt und nimmt von der Busschiene 110 zur Busschiene 111 stetig in Größe zu. Die dritte Reihe, die das Muster aufweist, umfasst abgestufte Dreiecke aus Leitern 701, 702, die in ähnlicher Weise wie die Reihen aus Rechtecken angeordnet sind. Nebenleiterschienen und -verbindungen können ähnlich denen in den Ausführungsformen in 1, 2, 3a und 4 hergestellt werden. Andere Muster können in ähnlicher Weise verwendet werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
6 zeigt eine Art einer Erfassungsschaltung, die verwendet wird, um die Erfassungselektrodenverbindungen von jdem der in oben genannten Zeichnungen beschriebenen Muster zu betreiben. Das wiederholte Schalten der Schalter 1302, 1303 , 1304 an den Orten A, A', A'', A''', B, B', B'', B''' und C, C', C'', C''' wird gleichzeitig an jeder Elektrode ausgeführt, um zu gleichen Zeitpunkten unter der Verwendung von vier Kapazitäten, auch genannt Abtastkapazitäten Cs 1305, Ladungen aufzubringen und zu messen. Dies wird durch ^die Schaltsteuerung 1307 bewerkstelligt. Signalausgaben sind die tabellierte Anzahl der Schaltzyklen für jede Elektrode, um eine Schwellspannung Vt, die durch den Spannungsvergleicher 1301 bestimmt wird, zu überschreiten. Die Tabellierung der Zyklenzahlen für jede Elektrode wird duch vier Zähler 1306 bewerkstelligt. Diese Art von Schaltung ist ausführlicher in meiner US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, in Verbindung mit den 13, 14 und 15 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist. Diese Schaltungen arbeiten vorzugsweise in Schaltkreisen der Art, wie sie in meinem Patent US 6,466,036 offenbart sind.
Alternativ kann die Erfindung jede in der Literatur beschriebene kapazitive Erfassungsschaltung verwenden. Die Antwort des Gradienten des Erfassungsbereichs ist normalerweise die gleiche, unabhängig von der Art der verwendeten Treiberschaltkreise. Die Erfindung hängt nicht von einem bestimmten Erfassungsverfahren ab.
Materialien, Herstellung
Das 2DCT Element ist vorzugsweise aus einem klaren (durchsichtigen) Leiter geeigneten Widerstandes hergestellt und auf der Rückseite eines Glases oder einer Kunststofffolie angebracht, die die Anzeigeeinheit bedeckt, falls es sich um einen Berührungsbildschirm handelt, oder sich über einem geeigneten dielektrischen Substrat befindet, wenn es sich um ein Mousepad oder ähnliches handelt. Die widerstandsbehafteten Busschienen, wenn sie gemäß der Ausführungsform in 1 ausgebildet sind, können aus diskreten Widerständen, einer abgelagerten widerstandsbehafteten Tinte oder einem aufgesputterten oder dampfabgeschiedenen Leiter bestehen. Die Musterung in Busschienen und Erfassungselemente kann durch Dampfabscheidung unter Verwendung einer geeigneten Schablone zur Vermeidung unbeabsichtigter Abscheidungen, oder durch Siebdruck zur Erzeugung des gewünschten Musters, oder durch Tampondruck, oder durch Laserbeschriftung oder chemisches Ätzen oder chemische Reaktionen, oder jeden anderen Prozess, der eine gemusterte Schicht erzeugt, bewerkstelligt werden.
Im Falle des Agfa Orgacon^TM leitfähigen Polymers kann das Muster durch Verwendung von Natriumhydrochlorit erzeugt werden, so dass Flächen ihre Leitfähigkeit über eine chemische Reaktion verlieren, ohne dass tatsächlich Material abgetragen wird.
Die Fertigung kann die Verwendung gängiger Verfahren für Berührungsbildschirme oder -sensoren nach sich ziehen, wie zum Beispiel Dampfabscheidung geeigneter Materialien auf eine vor der Anzeige angebrachte Glasscheibe oder auf die Anzeige selbst.
In-mold decorating („IMD") bringt die Verwendung einer Grafikfolie oder -schicht mit sich, die in die Spritzgussform oder den Abdruck vor dem Hinzufügen von flüssigem Kunststoff eingelegt wird. Nach dem Guss wird die Schicht integraler Bestandteil des resultierenden Kunststoffstückes. Für ein 2DCT wird eine leitfähiges Element der erfindungsgemäßen Art in die Gussform für eine Anzeigenabdeckung gelegt; beim Einspritzen wird die leitfähige Schicht auf eine Seite der Abdeckung aufgeschmolzen. Auf diese Weise können komplexe Abdeckungsformen, die einen integralen 2DCT beinhalten, inklusive derer, die Wölbungen der Verbundstoffe aufweisen, sehr kostengünstig hergestellt werden.
Elektrodenverbindungen können durch Drähte, die mit den Ecken verbunden werden, oder durch leitfähige Gummisäulen, oder Metallfedern oder ähnliches, hergestellt werden. Leitfähiger Gummi ist das Verfahren der Wahl für sehr kostengünstige Verbindungen mit einem darunterliegenden PCB, der die Treiberschaltung enthält. Diese Art des Aufbaus wird im Detail in Verbindung mit 16 meiner anhängigen US Anmeldung 10/916,759, offengelegt als US 2005/0041018 A1, beschrieben.
2DCT Datenerfassungsbeeinflussung
Probleme, die im Zusammenhang mit 2DCTs auftreten, umfassen die Interferenz von externen elektrostatischen oder Radioquellen, die bei der Arbeitsfrequenz des Elements oder einer Harmonischen dieser Frequenz betrieben werden. Diese Probleme können dadurch abgemildert werden, dass eine modulierte Arbeitsfrequenz zur Datenerfassung verwendet wird, so dass Signal-Rausch-Aliasing oder Klopfen abgeschwächt oder verhindert wird. Dies kann die Verwendung von Frequenzsprüngen, Chirps oder pseudo-zufälligen Frequenzmodulationen umfassen. Diese Verfahren sind bekannt als „Spread-spectrum"-Modulierung (Spreizspektrummodulation).
Nach der Verarbeitung können Mehrheitsbeschlussfilter, Medianfilter, Mittelung und so weiter, verwendet werden, um die verbliebenen Rauscheffekte zu verringern, die bereits durch Frequenzmodulation abgeschwächt sind.
Niederfrequente Interferenz kann durch lokale Netzfelder und ähnliches verursacht werden. Diese Form der Interferenz kann abgemildert werden, indem die Datenerfassung mit der interferierenden Quelle synchronisiert wird, beispielsweise 50 oder 60 Hz, wie im Datenblatt für das Gerät QT310 der Quantum Research Group Ltd (UK) beschrieben.
2DCT-betriebener Schutzschirm
Das Element ist kompatibel mit Verfahren getriebener Schutzschirme um Interferenzen von LCD-Anzeigen, VFD-Schaltern und so weiter zu reduzieren. Das bringt die Verwendung einer leitfähigen Ebene hinter dem Element mit sich, die zwischen dem Element und der interferierenden Quelle eingebracht ist. Ein aktiver Schutzschirm kann ebenfalls gegen Signalstörungen durch Bewegung hinter dem Element schützen. Aktive Rückseitenschutzschirme werden häufig im Aufbau von 2DCTs benutzt.
2DCT Weckruf
In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, eine „Weckruffunktion" zu verwenden, wobei die gesamte Vorrichtung „schläft" oder sich in einem Ruhe- oder Hintergrundzustand befindet. In diesen Fällen ist es oft wünschenswert, ein Wecksignal über die bloße Annäherung eines menschlichen Körperteils in einiger Entfernung zu haben.
Das Element kann als eine einzige große kapazitive Elektrode unabhängig von der Positionsortung getrieben werden, solange sich die Einheit im Hintergrundzustand befindet. Während dieses Zustandes hält die elektronische Treiberlogik Ausschau nach sehr kleinen Signaländerungen, die nicht unbedingt ausreichend zur Verarbeitung einer zweidimensionalen Koordinate, aber ausreichend zur Ermittlung eines Objektes oder Menschens in der Nähe sind. Die Elektronik „weckt" daraufhin das gesamte System und das Element wird so betrieben, dass es wieder ein funktionsfähiges 2DCT wird.
Gebrauch als Tafel, Mousepad; Einkoppelmodus
Das erfindungsgemäße Element im 2DCT Modus ist geeignet, als Mousepad oder als tafelartiges Eingabegerät. In diesen Funktionen besteht kein Bedarf für optische Transparenz. Ein Stift kann mit dem Element zusammen verwendet werden, um ein vom Element ausgestrahltes elektrisches Feld aufzunehmen, oder ein Signal in das Element einzukoppeln, oder als menschlicher Finger zu agieren.
Im Einkoppelmodus arbeitet das erfindungsgemäße Element lediglich rückwärts. Ein Signal eines angebundenen Stiftes wird kapazitiv in das Element in einem Bereich um den Kontaktpunkt herum eingekoppelt. Das Signal wird dann verhältnisgemäß auf die Verbindungselektroden aufgeteilt, von wo es aufgenommen werden und in eine Messschaltung nahezu beliebiger bereits in der Literatur beschriebener Art weitergeleitet werden kann und dann verarbeitet wird, um ein anzeigendes Ergebnis zu erzielen.
Die Erfindung ist auf ihrer grundlegenden Ebene ein Element, dessen Zweck es ist, eine verbesserte Form einer zweidimensionalen Erfassungsvorrichtung mittels anisotroper Leitung bereitzustellen, die auch Nadelkissenverzerrung ausschaltet oder drastisch vermindert. Ein wichtiger Aspekt besteht darin, dass es als einschichtiges Element ausgelegt ist, das einen zentralen Erfassungsbereich besitzt, der sich in anisotropischer Art und Weise in Bezug auf Stromflüsse verhält und der keine galvanische Verbindung zwischen den begrenzenden Busschienen aufweist.
Dem Fachmann wird klar werden, dass viele Ausführungsformen möglich sind, die verschiedene Kombinationen von Ortungsverfahren oder Schaltabfolgen beinhalten, die hier speziell angegeben sind. Die hier offenbarten Verfahren können mit anderen Verfahren kombiniert werden, die in jeder Anzahl meiner vorangegangenen Patente gelehrt werden, darunter Verfahren zur Driftkompensation, Kalibrierung, Feuchtigkeitsunterdrückung mithilfe kurzer Schalterschlusszeiten und dergleichen. Besondere Aufmerksamkeit soll den zahlreichen möglichen Kombinationen von in meinem von mir geschaffenem Stand der Technik offenbarten Merkmalen gelten, die kapazitive Erfassungsverfahren beinhalten, die durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Schrift aufgenommen werden; man beachte auch die kapazitiven Produkte wie in den Datenblättern der Quantum Research Group Ltd (UK) beschrieben, von denen viele zu der vorliegenden Erfindung passende Merkmale aufweisen.
Obgleich spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sei man sich bewusst, dass viele Änderungen/Ergänzungen und/oder Ersetzungen im Sinne und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können.

Claims

Berührungsempfindlicher Positionsfühler, umfassend: ein Substrat, das eine berührungsempfindliche Plattform definiert; erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen, die beabstandet auf dem Substrat angeordnet sind; und einen leitfähigen Erfassungsbereich zwischen den Busschienen, der erste und zweite leitfähige Elemente umfasst, die mit den ersten beziehungsweise zweiten widerstandsbehafteten Busschienen verbunden sind und durch nicht-leitfähige Lücken voneinander beabstandet sind, so dass Ströme, die in dem leitfähigen Erfassungsbereich induziert werden, in Richtung der Busschienen fließen, aber davon abgehalten werden, in einer Richtung parallel zu den Busschienen zu fließen.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten leitfähigen Elemente dergestalt ausgebildet sind, dass benachbarte Elemente sich gemeinsam über den leitfähigen Erfassungsbereich erstrecken, um jeweilige verhältnisgemäße kapazitive Signale zu erzeugen.
Fühler gemäß Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten leitfähigen Elemente komplementäre Verjüngungen über die Distanz ihrer gemeinsamen Erstreckung aufweisen, um die verhältnisgemäßen kapazitiven Signale zu erzeugen.
Fühler gemäß Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten leitfähigen Elemente benachbarte Blöcke variierender Ausdehnung über die Distanz ihrer gemeinsamen Erstreckung aufweisen, um die verhältnisgemäßen kapazitiven Signale zu erzeugen.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Elemente Breiten aufweisen, die größer als die zwischen benachbarten Elementen auftretenden Lücken sind.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Elemente klares Indiumzinnoxid umfassen.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Elemente ein klares leitfähiges Polymer umfassen.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Elemente einen opaken Leiter umfassen.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die erste widerstandsbehaftete Busschiene sich zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode erstreckt und die zweite widerstandsbehaftete Busschiene sich zwischen einer dritten und einer vierten Elektrode erstreckt.
Fühler gemäß Anspruch 9, wobei er weiterhin erste, zweite, dritte und vierte Treiberkanäle umfasst, die den entsprechenden der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden zugeordnet sind, wobei jeder Treiberkanal im Betrieb ein Ausgangssignal erzeugen kann, das vom Widerstand zwischen seiner Elektrode und der Position des Objektes abhängt.
Fühler gemäß Anspruch 10, wobei er weiterhin einen Prozessor umfasst, der so betrieben werden kann, dass er eine Schätzung für die Position des Objektes erzeugen kann, indem er die Ausgangssignale der Treiberkanäle vergleicht.
Fühler gemäß Anspruch 1, wobei die erste widerstandsbehaftete Busschiene sich zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode erstreckt, und der Fühler außerdem zumindest eine erste dazwischenliegende Elektrode umfasst, die auf einem Teilstück entlang der ersten widerstandsbehafteten Busschiene zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist, und die zweite widerstandsbehaftete Busschiene sich zwischen einer dritten und einer vierten Elektrode erstreckt, und der Fühler außerdem zumindest eine zweite dazwischenliegende Elektrode umfasst, die auf einem Teilstück entlang der zweiten widerstandsbehafteten Busschiene zwischen den dritten und vierten Elektroden angeordnet ist, wobei der leitfähige Erfassungsbereich in eine Vielzahl unabhängig betreibbarer Erfassungselemente untergliedert ist.
Steuerkonsole, die einen berührungsempfindlichen Positionsfühler beinhaltet, umfassend: ein Substrat, das eine berührungsempfindliche Plattform definiert; erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen, die beabstandet auf dem Substrat angeordnet sind; und einen leitfähigen Erfassungsbereich zwischen den Busschienen, der erste und zweite leitfähige Elemente umfasst, die mit den ersten beziehungsweise zweiten widerstandsbehafteten Busschienen verbunden sind und durch nicht-leitfähige Lücken voneinander beabstandet sind, so dass Ströme, die in dem leitfähigen Erfassungsbereich induziert werden, in Richtung der Busschienen fließen, aber davon abgehalten werden, in einer Richtung parallel zu den Busschienen zu fließen.
Vorrichtung, die eine Steuerkonsole umfasst, die einen berührungsempfindlichen Positionsfühler beinhaltet, umfassend: ein Substrat, das eine berührungsempfindliche Plattform definiert; erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen, die beabstandet auf dem Substrat angeordnet sind; und einen leitfähigen Erfassungsbereich zwischen den Busschienen, der erste und zweite leitfähige Elemente umfasst, die mit den ersten beziehungsweise zweiten widerstandsbehafteten Busschienen verbunden sind und durch nicht-leitfähige Lücken voneinander beabstandet sind, so dass Ströme, die in dem leitfähigen Erfassungsbereich induziert werden, in Richtung der Busschienen fließen, aber davon abgehalten werden, in einer Richtung parallel zu den Busschienen zu fließen.
Berührungsempfindlicher Positionsfühler zur Erfassung der Position eines Objektes in zwei Dimensionen, wobei der Positionsfühler erste und zweite widerstandsbehaftete Busschienen umfasst, die durch einen Erfassungsbereich getrennt sind, wobei der Erfassungsbereich mehrfache Verschachtelungen leitfähigen Materials umfasst, das zwischen den Busschienen dergestalt angeordnet ist, dass die Verschachtelungen mit einer der beiden Busschienen, aber nicht beider, verbunden sind, so dass induzierte elektrische Ströme vorzugsweise auf die Busschienen zufließen, die innerhalb des Erfassungsbereichs galvanisch voneinander isoliert sind.