用于位置檢測的電極配置及用于位置檢測的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于檢測物體相對于包括至少三個電極的電極配置的位置的方法，其中第一電極實質(zhì)上與第二電極平行或同心地布置，第三電極相對于所述第一電極成銳角或偏心地布置，所述第一電極加載有第一產(chǎn)生器信號，且其中所述第二電極可加載有第二產(chǎn)生器信號。所述第二產(chǎn)生器信號優(yōu)選相對于所述第一產(chǎn)生器信號反相。此外，為根據(jù)本發(fā)明的所述方法提供包括至少三個電極的適當(dāng)電極配置。
【專利說明】用于位置檢測的電極配置及用于位置檢測的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于電容式傳感器系統(tǒng)(特定來說用于檢測物體相對于電極配置的位置)的電極配置，以及一種根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體相對于所述電極配置的位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電容式傳感器系統(tǒng)(尤其是電容式接近傳感器)中，實質(zhì)上通過產(chǎn)生及測量交變電場而無接觸地測量物體朝向傳感器區(qū)的接近。
[0003]可從測量信號導(dǎo)出電裝置(尤其是電手持式裝置)的功能，例如開關(guān)功能。
[0004]例如，需要在電手持式裝置處提供電容式傳感器系統(tǒng)的傳感器區(qū)，其中在物體朝向傳感器區(qū)接近期間，不僅可檢測到所述物體朝向所述傳感器區(qū)的接近，而且可檢測到所述物體相對于所述傳感器區(qū)的位置。
[0005]取決于所述物體相對于所述傳感器區(qū)的位置，可在所述電手持式裝置中實行不同功能。在此情況下，期望實現(xiàn)優(yōu)選高位置分辨率。為了完成所述目標(biāo)，可在不同電子裝置中使用電容式傳感器系統(tǒng)，進(jìn)一步期望所述電容式傳感器系統(tǒng)優(yōu)選的獨立于相應(yīng)電子裝置的接地狀態(tài)。
[0006]從現(xiàn)有技術(shù)已知根據(jù)所謂的加載方法發(fā)揮作用的電極配置(尤其用于電容式傳感器系統(tǒng))，其中例如為了實施滑動控制器(在滑動控制器中，可沿著所述滑動控制器檢測到物體的(例如手指的)位置是重要的)，提供分別布置成并排且彼此相鄰的多個傳感器電極。在使用加載方法操作電容式傳感器期間，僅需要代表發(fā)射電極以及接收電極的一個傳感器電極。
[0007]傳感器電極加載有交變電信號，使得從所述傳感器電極發(fā)射出交變電場，其中借助于評估裝置分別檢測及評估所述傳感器電極的電容式負(fù)載(例如，由手指朝向傳感器電極的接近造成)。借助于所述檢測到的電容式負(fù)載，可確定在哪個傳感器電極處已發(fā)生手指的接近。
[0008]然而，此類電容式傳感器系統(tǒng)具有為了獲得高分辨率(位置分辨率)需要極多電極的缺點，此顯著增加了(例如)在滑動控制器的制造過程中付出的建設(shè)性努力。此外，傳感器信號取決于傳感器電子器件的接地狀態(tài)。
[0009]此外，已知也具有大量傳感器電極的電容式傳感器系統(tǒng)，其中在例如手指在接觸傳感器電極時同時覆蓋若干傳感器電極的情況下，需要對位置的精確檢測。又，由于高位置分辨率需要大量傳感器電極，所以對制造過程付出的建設(shè)性努力顯著增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的
[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于電容式傳感器裝置的用于檢測物體相對于電極布置的位置的電極配置，以及一種用于檢測物體相對于電極配置的位置的方法，所述電極配置與方法至少部分避免從現(xiàn)有技術(shù)已知的缺點且允許用少量傳感器電極實現(xiàn)高位置分辨率，其中位置的檢測獨立于具備所述電容式傳感器裝置的電裝置的接地狀態(tài)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的解決方案
[0013]根據(jù)本發(fā)明，此目的是借助于根據(jù)獨立專利技術(shù)方案的一種用于電容式傳感器系統(tǒng)的電極配置及一種用于檢測物體相對于電極配置的位置的方法而實現(xiàn)。在相應(yīng)從屬技術(shù)方案中給出了本發(fā)明的有利實施例及改進(jìn)。具有包括根據(jù)本發(fā)明的至少一個電極配置的至少一個電容式傳感器系統(tǒng)的電裝置(尤其為電手持式裝置)也是所述解決方案的整體部分。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于檢測物體相對于包括至少三個電極的電極配置的位置的方法，其中第一電極相對于第二電極平行或同心地布置,第三電極相對于所述第一電極成銳角或偏心地布置，所述第一電極加載有第一產(chǎn)生器信號，且其中
[0015]-為了確定所述電極配置通過所述物體的暴露，所述第二電極作為接收電極操作且所述第三電極可加載有第二產(chǎn)生器信號，其中在所述接收電極處分接第一測量信號，其代表所述接收電極與第一電極之間的第一耦合電容，及
[0016]-為了確定位置，所述第三電極作為接收電極操作且所述第二電極可加載有所述第二產(chǎn)生器信號，其中在所述接收電極處分接第二測量信號，其代表所述接收電極與所述第一電極之間的第二耦合電容，且其中從所述第二耦合電容的變動對所述第一耦合電容的變動的比率確定所述位置。
[0017]優(yōu)選的，所述第二產(chǎn)生器信號相對于所述第一產(chǎn)生器信號反相。
[0018]在確定所述位置前，檢測所述第一耦合電容是否降到預(yù)定值以下，其中僅在所述第一耦合電容降到所述預(yù)定值以下時確定所述位置。
[0019]所述第一耦合電容的變動實質(zhì)上與所述電極布置通過所述物體的暴露成比例，且所述第二耦合電容的變動實質(zhì)上與暴露及所述物體相對于所述電極布置的位置的乘積成比例。
[0020]優(yōu)選的，所述第一耦合電容的變動及所述第二耦合電容的變動各自被確定為相對于所述電極配置的基本狀態(tài)中的相應(yīng)耦合電容的變動。
[0021]此外，提供用于電容式傳感器系統(tǒng)(尤其用于檢測物體相對于電極布置的位置)的電極配置，其中所述電極配置具有包括第一電極及第二電極的第一位置檢測電極布置，其中所述第一電極可作為發(fā)射電極操作且所述第二電極可作為接收電極操作，其中所述第一電極相對于所述第二電極成銳角而布置，且其中所述第一電極可加載有第一產(chǎn)生器信號。
[0022]所述電極配置進(jìn)一步可具有包括第三電極及第四電極的至少一個暴露檢測電極布置，其中所述第三電極可作為發(fā)射電極操作且可加載有第一產(chǎn)生器信號。
[0023]所述暴露檢測電極布置的第三電極可由所述位置檢測電極布置的第一電極形成(為所述暴露檢測電極布置及所述位置檢測電極布置的共同電極)。
[0024]所述電極配置進(jìn)一步可包括包含第五電極及第六電極的第二位置檢測電極布置，其中所述第五電極相對于所述第六電極成銳角而布置。
[0025]所述第一位置檢測電極布置的第二電極可實質(zhì)上平行于所述第二位置檢測電極布置的第五電極而布置。[0026]所述第二位置檢測電極布置的第六電極由所述第一位置檢測電極布置的第二電極形成(為所述第一位置檢測電極布置及所述第二位置檢測電極布置的共同電極)，其中所述第五電極可作為發(fā)射電極操作且可加載有所述第一產(chǎn)生器信號。
[0027]所述第一位置檢測電極布置的第二電極實質(zhì)上可相對于所述第二位置檢測電極布置的第五電極同心地布置。
[0028]所述第三電極實質(zhì)上可平行于所述第四電極而布置。
[0029]所述第二電極或所述第四電極或所述第六電極可加載有一第二產(chǎn)生器信號，其中未加載有產(chǎn)生器信號的電極可作為接收電極操作。
[0030]優(yōu)選的，所述第二產(chǎn)生器信號經(jīng)形成為相對于所述第一產(chǎn)生器信號反相。
[0031]加載有所述第一產(chǎn)生器信號或所述第二產(chǎn)生器信號的電極經(jīng)由耦合電容C_p而與至少一個接收電極耦合，其中所述耦合電容被配置為離散電容器或?qū)w路徑耦合。
[0032]在本發(fā)明的有利實施例中，所述電極配置包括三個電極，其中第一電極及第二電極實質(zhì)上彼此平行而布置，且其中第三電極相對于所述第一電極及/或所述第二電極成銳角而布置。
[0033]所述第三電極可布置在所述第一電極與所述第二電極之間，其中所述第三電極相對于所述第一電極及所述第二電極成銳角而布置。
[0034]在實施例中，所述第一電極及所述第二電極可作為發(fā)射電極操作且所述第三電極可作為接收電極操作，其中所述第一電極可加載有第一產(chǎn)生器信號且所述第二電極可加載有第二產(chǎn)生器信號。
[0035]在另一實施例中，所述第二電極及所述第三電極可作為發(fā)射電極操作且所述第一電極可作為接收電極操作，其中所述第二電極可加載有所述第一產(chǎn)生器信號且所述第三電極可加載有所述第二產(chǎn)生器信號。
[0036]所述第一產(chǎn)生器信號可相對于所述第二產(chǎn)生器信號反相。
[0037]在本發(fā)明的另一有利實施例中，所述電極配置包括四個電極，其中第一電極及第二電極實質(zhì)上彼此平行而布置，其中第三電極相對于所述第一電極及/或所述第二電極成銳角而布置，且其中第四電極相對于所述第三電極成銳角而布置。
[0038]在實施例中，所述第二電極及所述第四電極可作為發(fā)射電極操作且所述第一電極可作為接收電極操作，其中所述第二電極可加載有第一產(chǎn)生器信號且所述第四電極可加載
有第二產(chǎn)生器信號。
[0039]在另一實施例中，所述第二電極及所述第四電極可作為發(fā)射電極操作且所述第三電極可作為接收電極操作，其中所述第二電極可加載有所述第一產(chǎn)生器信號且所述第四電極可加載有所述第二產(chǎn)生器信號。
[0040]所述第一產(chǎn)生器信號可相對于所述第二產(chǎn)生器信號反相。
[0041]在本發(fā)明的另一有利實施例中，所述電極配置包括四個電極，其中第一電極及第二電極實質(zhì)上彼此平行而布置，其中第三電極相對于所述第一電極成銳角而布置，且其中第四電極相對于所述第二電極成銳角而布置。所述第一電極及第二電極布置在所述第三電極與所述第四電極之間。
[0042]在實施例中，所述第三電極及所述第四電極可作為發(fā)射電極操作且所述第一電極及所述第二電極可作為接收電極操作，其中所述第三電極可加載有第一產(chǎn)生器信號且所述第四電極可加載有第二產(chǎn)生器信號。
[0043]所述第一產(chǎn)生器信號可相對于所述第二產(chǎn)生器信號反相。
[0044]此外，本發(fā)明提供一種至少包括電容式傳感器系統(tǒng)的電裝置，尤其是一種電手持式裝置，所述電容式傳感器系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的電極配置。
[0045]所述電裝置及所述電手持式裝置分別可為智能電話、移動無線電單元、計算機鼠標(biāo)、裝置遙控器、數(shù)碼相機、游戲控制器、移動小型計算機、平板PC、聽寫機、媒體播放器或類似物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]本發(fā)明的細(xì)節(jié)及特性以及本發(fā)明的具體示范性實施例源自結(jié)合圖式的下文描述。
[0047]圖1展示用于說明吸收效應(yīng)的電容式傳感器系統(tǒng)的等效電路圖；
[0048]圖2a展示根據(jù)本發(fā)明的用于檢測電極通過物體(例如手指)的暴露的暴露檢測電極布置；
[0049]圖2b展示根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體相對于電極的位置的位置檢測電極布置；
[0050]圖3(a)到3(d)展示根據(jù)本發(fā)明的電極配置的不同實施例(布局)；
[0051]圖4(a)到4(c)展示根據(jù)本發(fā)明的電極配置的電極的根據(jù)本發(fā)明的實施例；
[0052]圖5展示根據(jù)本發(fā)明的電極配置，其中電極實質(zhì)上分別配置成圓形及半圓形；
[0053]圖6展示根據(jù)本發(fā)明的電極配置的另一實施例，其包括實質(zhì)上分別配置成圓形及圓弧形的電極；
[0054]圖7展示根據(jù)本發(fā)明的電極配置的另一實施例；及
[0055]圖8到11展示在圖3(a)到3 (d)中所示的根據(jù)本發(fā)明的電極配置(布局)的基本電路圖。
【具體實施方式】
[0056]根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體相對于傳感器系統(tǒng)的電極布置的位置的傳感器系統(tǒng)被配置為可在操作模式“吸收”中操作的電容式傳感器。
[0057]此外，根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)經(jīng)配置使得所述傳感器系統(tǒng)的傳感器信號提供兩種信息:
[0058]1.用戶用他/她的手指覆蓋的分別的電極配置的傳感器表面積的大小及傳感器長度的大小，及
[0059]2.所述用戶已用他/她的手指接觸所述電極配置的位置。
[0060]圖1展示電容式傳感器系統(tǒng)的等效電路圖，其用于說明吸收效應(yīng)且用于說明用以獨立于所述傳感器系統(tǒng)的接地狀態(tài)制作所述傳感器系統(tǒng)的措施。
[0061]電極Tx (發(fā)射電極)及Rx (接收電極)彼此相鄰而布置，使得在電極Tx與Rx之間形成基本電容式耦合C12。在手或手指F朝向電極Tx、Rx接近期間，基本電容式耦合C12變小(吸收)，使得流動通過C12的電流也變小。
[0062]電極Tx與手指F之間的電容式耦合由Cih表示，Rx與手指之間的電容式耦合由C2h表示。在手指F朝向電極Tx、Rx接近期間，耦合電容Cih及C2h變大。由此產(chǎn)生在電極Tx與電極Rx之間的平行于C12的電流路徑(其可解釋為發(fā)射)。[0063]如在下文中所描述，平行于C12的此電流路徑必須減小，優(yōu)選必須通過適當(dāng)措施加以抑制:
[0064]a)可嘗試使CH_ (手指F與接地GND之間的電容式耦合)顯著大于Cih (或牢固地連接手指F與接地GND)。在此情況下，實質(zhì)上實現(xiàn)從電極Tx經(jīng)由Cih流動到手指F的電流不經(jīng)由C2h而流動到電極Rx。借此，在很大程度上避免Tx — Rx發(fā)射，然而傳感器系統(tǒng)仍取決于所述傳感器系統(tǒng)的接地條件。
[0065]b)此外，提供第二發(fā)射電極Tx2，其主要可與正接近的手指F形成電容式耦合C3H。第二發(fā)射電極Tx2優(yōu)選的相對于接收電極Rx而布置，使得第二發(fā)射電極Τχ2與接收電極Rx之間的電容式耦合可忽略不計。第二發(fā)射電極Τχ2加載有產(chǎn)生器信號，所述產(chǎn)生器信號優(yōu)選的相對于施加到第一發(fā)射電極Tx的產(chǎn)生器信號反相。借此，實質(zhì)上完成以下情況:從電極Tx經(jīng)由Cih流動到手指F的電流直接經(jīng)由C3h放電。因此，避免了從電極Tx經(jīng)由Cih流動到手指F的電流進(jìn)一步經(jīng)由C2h流動到電極Rx。在所述電極的實施例中，必須認(rèn)為耦合電容Cih及C3h實質(zhì)上相等。這可通過第一電極Tx及第二電極Tx2的近似相等電極寬度來完成。在此情況下，傳感器系統(tǒng)也獨立于所述傳感器系統(tǒng)的接地條件。
[0066]為了實現(xiàn)傳感器系統(tǒng)在很大程度上獨立于接地狀態(tài)，在優(yōu)選實施例中同時操作兩個發(fā)射電極+Tx(在圖1中由Tx表示)及-Tx(在圖1中由Τχ2表示)，其中分別施加到電極+Tx及-Tx的發(fā)射信號及產(chǎn)生器信號相對于彼此反相，即，電極信號+Tx及-Tx的交變部分的總和等于零。
[0067]分別通過傳感器系統(tǒng)及電極的布局，確保在接觸期間，+Tx與用戶的手指F之間的電容式耦合與-Tx與手指F之間的電容式耦合理想上大小相等。借此，+Tx —F的耦合實質(zhì)上由-Tx —F的耦合中和。
[0068]在非接地測量電子器件中，通過此設(shè)計避免電流從用戶的手指流動到電極Rx(發(fā)射)并借此使吸收的測量信號失真。
[0069]在接地測量電子器件中，由于所述設(shè)計，從用戶的手指F流動到電極Rx(發(fā)射)的電流小得可忽略不計，使得確保獨立于接地狀態(tài)，不會有發(fā)射電流的流動。在此情況下，傳感器信號獨立于接地狀態(tài)。因此，借此提供一種在接地傳感器電子器件與非接地傳感器電子器件的情況下提供近似相等結(jié)果的處于操作模式“吸收”中的電容式傳感器系統(tǒng)(位置傳感器)。
[0070]接收電極Rx分別相對于發(fā)射電極+Τχ、-Τχ而設(shè)計及布置，使得實質(zhì)上僅存在與發(fā)射電極+Tx或-Tx中的一者的電容式耦合。在傳感器系統(tǒng)的替代實施例中，也為可行的是通過相應(yīng)傳感器布局及通過相應(yīng)隔離層厚度，發(fā)射電流被減小使得還可建構(gòu)僅包括一個發(fā)射電極+Tx且在很大程度上獨立于接地狀態(tài)的傳感器系統(tǒng)。
[0071]當(dāng)傳感器系統(tǒng)的接地狀態(tài)(接地或非接地)已知且在很大程度上恒定時，所述傳感器系統(tǒng)還可建構(gòu)為包括僅一個作用中發(fā)射電極+Tx。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體相對于電極配置的位置的電容式傳感器系統(tǒng)的電極配置實質(zhì)上包括兩個電極布置:
[0073]1.一個暴露檢測電極布置，及
[0074]2.一個位置檢測電極布置。
[0075]在關(guān)于圖3到6描述根據(jù)本發(fā)明的電極配置的具體實施例前，關(guān)于圖2a及2b更詳細(xì)描述這兩個電極布置。
[0076]圖2a展示根據(jù)本發(fā)明的用于檢測電極通過物體(例如手指)的暴露的暴露檢測電極布置。
[0077]所述暴露檢測電極布置包括兩個電極Tx及Rx，其中電極Tx、Rx實質(zhì)上相對于彼此平行布置。所述兩個電極Tx、Rx可具有相同電極寬度。通過所述暴露檢測電極布置,可獨立于手指F的位置而檢測由手指F所覆蓋的電極長度及電極表面積。借此，傳感器信號實質(zhì)上分別與覆蓋的電極長度及電極表面積成比例。可用隔離材料層覆蓋電極Tx、Rx。
[0078]當(dāng)手指F觸摸電極Tx、Rx或隔離材料的表面時，發(fā)射電極Tx與接收電極Rx之間的耦合電容變更，其中所述耦合電容的變動是獨立于手指接近電極Tx、Rx且手指分別接觸電極Tx、Rx的位置。
[0079]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置在吸收模式中操作時，發(fā)射電極Tx與接收電極Rx之間的耦合電容根據(jù)以下規(guī)則而分別變更及減小:
[0080]Δ C1=Kl=KL
[0081](公式I)
[0082]其中Kl為比例因子且L為暴露的長度，使得應(yīng)用AC1~UAC1與長度L成比例)。
[0083]還可提供暴露的檢測以將傳感器裝置從第一操作模式切換成第二操作模式，例如從睡眠模式切換成作用中模式。如此一來，可提供預(yù)定閾值，在實行所述操作模式的變更前必須超過所述閾值。例如，所述閾值可包含暴露的最小覆蓋及/或最小持續(xù)時間。
[0084]圖2b展示根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體相對于電極的位置的位置檢測電極布置。
[0085]所述位置檢測電極布置包括兩個電極Tx及Rx，其中電極Tx、Rx實質(zhì)上相對于彼此成銳角a而布置。
[0086]兩個電極Tx、Rx可具有相同電極寬度。通過所述位置檢測電極布置，可分別取決于由手指F覆蓋的電極長度及電極表面積而檢測手指F相對于所述電極的位置P。借此，傳感器信號實質(zhì)上分別與覆蓋的電極長度及電極表面積成比例，且實質(zhì)上與手指F的位置P成比例?？捎酶綦x材料層覆蓋電極Tx、Rx。
[0087]當(dāng)手指F分別觸摸電極Tx、Rx或所述隔離材料的表面時，在相應(yīng)位置處發(fā)射電極Tx與接收電極Rx之間的耦合電容變更。
[0088]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置在吸收模式中操作時，則在位置檢測電極布置中，發(fā)射電極Tx與接收電極Rx之間的耦合電容根據(jù)以下規(guī)則而分別變更及減小:
[0089]Δ C2=K2*P*L
[0090](公式2)
[0091]其中K2為比例因子，P為手指F相對于電極的位置，且L為暴露的長度，使得應(yīng)用AC2~L*P(AC2與長度L以及P成比例)。
[0092]從商ACVACfP-1^/Kl計算位置。在此處，計算自身的結(jié)果獨立于暴露。這表示以獨立于覆蓋電極的手指(小孩的手指或成人的手指)的寬度、獨立于所述覆蓋的寬度的變動(例如當(dāng)物體的寬度在所述物體相對于所述電極移動的同時變更時)、獨立于覆蓋所述電極的手指的距離或所述距離的變更及尤其獨立于是否使用手套的正確方式分別檢測及確定所述位置。
[0093]圖3(a)到3(d)展示根 據(jù)本發(fā)明的各自包括至少一個位置檢測電極布置的電極配置。
[0094]圖3(a)展示根據(jù)本發(fā)明的由暴露檢測電極布置及位置檢測電極布置組成的電極配置。通過所述暴露檢測電極布置，檢測暴露(分別為所述暴露的長度及表面積)。通過所述位置檢測電極布置，檢測手指F相對于所述電極配置的位置。
[0095]所述暴露檢測電極布置由電極El及E2形成。所述位置檢測電極布置由電極E2及E3形成。因此，電極E2構(gòu)成所述暴露檢測電極布置及所述位置檢測電極布置的共同電極。
[0096]在第一測量中，檢測通過手指F的暴露。就此來說，電極El作為接收電極Rx操作，且電極E2及E3各自作為發(fā)射電極Tx操作，其中電極E3加載有產(chǎn)生器信號，所述產(chǎn)生器信號相對于施加到電極E2的產(chǎn)生器信號反相。
[0097]在第二測量中，檢測手指F相對于電極配置的位置，其中在計算所述位置時，考慮暴露(見上文公式2)。在所述第二測量中，電極El及E2各自作為發(fā)射電極操作且電極E3作為接收電極操作。電極El加載有產(chǎn)生器信號,所述產(chǎn)生器信號相對于施加到電極E2的產(chǎn)生器信號反相?？梢?guī)定僅在所述暴露超過預(yù)定閾值時分別檢測及確定所述位置。在此情況下，能量消耗可顯著降低，這對于分別通過電池或可充電電池操作的裝置及手持式裝置尤其有利。
[0098]圖3(b)展示根據(jù)本發(fā)明的由兩個位置檢測電極布置組成的電極配置。第一位置檢測電極布置由電極El及E2形成，其中電極El相對于電極E2成銳角而布置。第二位置檢測電極布置由電極E2及E3形成，其中電極E3相對于電極E2成銳角而布置。因此，電極E2形成所述兩個位置檢測電極布置的共同電極。
[0099]運用圖3(b)的電極配置，必須實行兩個測量以檢測位置及暴露。
[0100]在第一測量中，電極El作為接收電極操作且電極E2及E3作為發(fā)射電極操作。施加到電極E2的產(chǎn)生器信號相對于施加到電極E3的產(chǎn)生器信號反相。通過所述第一測量，測量第一位置POSl。
[0101]在第二測量中，電極E3作為接收電極操作且電極E2及El作為發(fā)射電極操作。施加到電極E2的產(chǎn)生器信號相對于施加到電極El的產(chǎn)生器信號反相。通過所述第二測量，測量第二位置P0S2。
[0102]所述暴露源自以下規(guī)則
[0103]暴露=P0S1+P0S2。
[0104]手指相對于電極配置的位置源自以下規(guī)則
[0105]P0SFinger=P0S 1-P0S2 ο
[0106]圖3(e)展示根據(jù)本發(fā)明的由兩個位置檢測電極布置及一個暴露檢測電極布置組成的電極配置。
[0107]第一位置檢測電極布置由電極El及E2形成，其中電極El相對于電極E2成銳角而布置。第二位置檢測電極布置由電極E2及E3形成，其中電極E3相對于電極E2成銳角而布置。因此，電極E2形成所述兩個位置檢測電極布置的共同電極。
[0108]所述暴露檢測電極布置由電極E3及E4形成，其中電極E3實質(zhì)上平行于電極E4而布置。因此，電極E3形成所述第二位置檢測電極布置及所述暴露檢測電極布置的共同電極。[0109]在第一測量中，檢測電極配置通過手指F的暴露。就此來說，電極E4作為接收電極Rx操作且電極El及E3各自作為發(fā)射電極Tx操作，其中電極E3加載有產(chǎn)生器信號，所述產(chǎn)生器信號相對于施加到電極El的產(chǎn)生器信號反相。在此情況下，實質(zhì)上獨立于傳感器系統(tǒng)的接地條件而實行所述暴露的檢測。
[0110]在第二測量中，檢測手指F相對于電極配置的位置，其中在計算所述位置期間，考慮暴露(見上文公式2)。在所述第二測量中，電極El及E3各自作為發(fā)射電極操作且電極E2作為接收電極操作。電極El加載有產(chǎn)生器信號,所述產(chǎn)生器信號相對于施加到電極E3的產(chǎn)生器信號反相?？梢?guī)定僅在所述暴露超過預(yù)定閾值時分別檢測及確定所述位置。在此情況下，能量消耗可顯著降低，這分別對于通過電池或可充電電池操作的裝置及手持式裝置尤其有利。
[0111]圖3(c)中所示的電極配置具有勝過圖3(a)中所示的電極配置的優(yōu)勢:發(fā)射電極El及E3不必在暴露測量與位置測量之間切換。勝過圖3(a)的電極配置的另一優(yōu)勢在于測量信號(傳感器信號)在位置測量期間展示較大振幅且具有關(guān)于位置的更佳線性度。
[0112]圖3(d)展示根據(jù)本發(fā)明的由兩個位置檢測電極布置組成的電極配置。
[0113]第一位置檢測電極布置由電極El及E2形成,其中電極El相對于電極E2成銳角而布置。第二位置檢測電極布置由電極E3及E4形成，其中電極E3相對于電極E4成銳角而布置。此外，電極E2在此處實質(zhì)上平行于電極E3而布置。然而，電極E2也可相對于電極E3成銳角而布置。
[0114]在暴露測量期間以及在位置測量期間，電極El及E4分別作為發(fā)射電極-Tx及+Tx操作。
[0115]在暴露測量期間以及在位置測量期間，電極E2及E3分別作為接收電極-Rx及+Rx操作。電極El加載有產(chǎn)生器信號，`所述產(chǎn)生器信號相對于施加到電極E4的產(chǎn)生器信號反相。
[0116]通過計算在接收電極E3及E2 (分別為+Rx及-Rx)處分接的傳感器信號的差值而確定電極配置的暴露，即，暴露=(+Rx)-(-Rx)。通過計算所述差值，改善對耦合到具有相同相位的接收電極E2及E3中的干擾信號的抗擾性。
[0117]通過對在接收電極E3及E2 (分別為+Rx及-Rx)處分接的傳感器信號求和而確定手指相對于電極配置的位置，即，位置=(+Rx)+ (-Rx)。
[0118]在下表中概述關(guān)于圖3(a)到3(d)所描述的電極配置的電極的激活:
[0119]
布局剩量 I El I E2 I E3 I E4 I結(jié)果 —
圖 3(a)IRx__+Tx__-Tx__--__暴露_
—2 ~ -Tx" +TxRx-位置
圖 3(b)?Rx+?^Tx~POSl
~ 2-Tx+TxRx-PQS2
[0120]暴露=P0S1+P0S2
[0121]位置=P0S1_P0S2
[0122]
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測物體F相對于包括至少三個電極的電極配置的位置P的方法，其中第一電極實質(zhì)上相對于第二電極平行或同心地布置，第三電極相對于所述第一電極成銳角α或偏心地布置，所述第一電極加載有第一產(chǎn)生器信號，且其中 為了確定所述電極配置通過所述物體P的暴露，所述第二電極作為接收電極操作且所述第三電極可加載有第二產(chǎn)生器信號，其中在所述接收電極處分接第一測量信號，其代表所述接收電極與所述第一電極之間的第一耦合電容， 為了確定所述位置，所述第三電極作為接收電極操作且所述第二電極加載有所述第二產(chǎn)生器信號，其中在所述接收電極處分接第二測量信號，其代表所述接收電極與所述第一電極之間的第二耦合電容，且其中從所述第二耦合電容的變動對所述第一耦合電容的變動的比率確定所述位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二產(chǎn)生器信號相對于所述第一產(chǎn)生器信號反相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在確定所述位置之前，確定所述第一耦合電容是否降到預(yù)定值以下，其中僅在所述第一耦合電容降到所述預(yù)定值以下時確定所述位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一耦合電容的變動實質(zhì)上與所述電極布置通過所述物體F的所述暴露L成比例，且其中所述第二耦合電容的變動實質(zhì)上與暴露L和所述物體相對于所述電極布置的位置P的乘積成比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一耦合電容的變動及所述第二耦合電容的變動各自被確定為基于所述電極配置的基本狀態(tài)中的相應(yīng)耦合電容的變動。
6.一種用于電容式傳感器系統(tǒng)的電極配置，其尤其用于檢測物體F相對于電極布置的位置P，其中所述電極配置·具有包括第一電極及第二電極的第一位置檢測電極布置，其中所述第一電極可作為發(fā)射電極Tx操作且所述第二電極可作為接收電極Rx操作，其中所述第一電極相對于所述第二電極成銳角α而布置，且其中所述第一電極可加載有第一產(chǎn)生器信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極配置，其進(jìn)一步包括包括第三電極及第四電極的至少一個暴露檢測電極布置，其中所述第三電極可作為發(fā)射電極Tx操作且可加載有所述第一產(chǎn)生器信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極配置，其中所述暴露檢測電極布置的所述第三電極由所述位置檢測電極布置的所述第一電極形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一權(quán)利要求所述的電極配置，其進(jìn)一步包括包括第五電極及第六電極的第二位置檢測電極布置，其中所述第五電極相對于所述第六電極成銳角α而布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極配置，其中所述第一位置檢測電極布置的所述第二電極實質(zhì)上平行于所述第二位置檢測電極布置的所述第五電極而布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極配置，其中所述第二位置檢測電極布置的所述第六電極由所述第一位置檢測電極布置的所述第二電極形成，其中所述第五電極可作為發(fā)射電極Tx操作且可加載有所述第一產(chǎn)生器信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或11中任一權(quán)利要求所述的電極配置，其中所述第一位置檢測電極布置的所述第二電極實質(zhì)上相對于所述位置檢測電極布置的所述第五電極同心地布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一權(quán)利要求所述的電極配置，其中所述第三電極實質(zhì)上平行于所述第四電極而布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求6到13中任一權(quán)利要求所述的電極配置，其中所述第二電極或所述第四電極或所述第六電極可加載有第二產(chǎn)生器信號，且其中未加載有產(chǎn)生器信號的所述電極可作為接收電極操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電極配置，其中所述第二產(chǎn)生器信號被形成為相對于所述第一產(chǎn)生器信號反相。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15中任一權(quán)利要求所述的電極配置，其中加載有所述第一產(chǎn)生器信號或所述第二產(chǎn)生器信號的所述電極經(jīng)由耦合電容Ccotp而與至少一個接收電極耦合，其中所述耦合 電容被配置為離散電容器或?qū)w路徑耦合。
【文檔編號】G06F3/044GK103827796SQ201280046443
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】史蒂芬·伯格 申請人:微晶片科技德國第二公司