電容性傳感器裝置及用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種用于接近及/或接觸檢測(cè)的電容性傳感器裝置，其包括至少一個(gè)產(chǎn)生器電極、至少一個(gè)測(cè)量電極及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極，其中所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極以預(yù)定義距離布置于鄰近于所述至少一個(gè)測(cè)量電極處，其中所述至少一個(gè)測(cè)量電極及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極指派給所述產(chǎn)生器電極，其中可給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓且可給所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極加載校準(zhǔn)電壓，且其中可使所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極至少在第一操作模式及第二操作模式中操作，其中-在所述操作模式中的每一者中，所述校準(zhǔn)電壓處于接地電壓與所述產(chǎn)生器電壓之間，且-在每一操作模式中，所述校準(zhǔn)電壓是不同的。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法及一種包括根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的手持式裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電容性傳感器裝置及用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于接近及/或接觸檢測(cè)的電容性傳感器裝置及一種用于校準(zhǔn)根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的方法。另外，本發(fā)明涉及一種手持式裝置，特定來(lái)說(shuō)，一種電手持式裝置，其包括可使用根據(jù)本發(fā)明的方法校準(zhǔn)的根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在將借助于其檢測(cè)接近及/或接觸的電容性傳感器裝置中，可能需要必須一次地或以預(yù)定義時(shí)間間隔校準(zhǔn)電容性傳感器裝置。舉例來(lái)說(shuō)，可能需要電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)以在改變的周?chē)鷹l件中也確保高檢測(cè)準(zhǔn)確度。
[0003]在電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)中存在問(wèn)題:可能不能在每一任意時(shí)間點(diǎn)校準(zhǔn)傳感器裝置，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)物體接近電容性傳感器裝置(即，接近電容性傳感器裝置的測(cè)量電極)時(shí)。布置于接近傳感器裝置處的物體可負(fù)面地影響傳感器系統(tǒng)的校準(zhǔn)使得最終錯(cuò)誤地校準(zhǔn)傳感器裝置。因此，可期望在于接近電容性傳感器裝置處未布置有影響校準(zhǔn)程序的物體的時(shí)間點(diǎn)校準(zhǔn)傳感器裝置。
[0004]另外，可期望分別在電容性傳感器裝置的激活之后及電力接通之后直接校準(zhǔn)電容性傳感器裝置使得(舉例來(lái)說(shuō))可在電手持式裝置的電力接通之后直接使用提供于所述手持式裝置中的電容性傳感器裝置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在電手持式裝置電力接通之后或在電容性傳感器裝置激活之后在預(yù)定義時(shí)間周期(約一秒)內(nèi)直接校準(zhǔn)電容性傳感器裝置。為了能夠執(zhí)行有序校準(zhǔn)，不允許用戶(hù)在此時(shí)間周期期間觸摸手持式裝置，因?yàn)榇擞|摸又將負(fù)面地影響校準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)，可經(jīng)由顯示裝置告知手持式裝置的用戶(hù):電容性傳感器裝置處于校準(zhǔn)階段。然而，如此一來(lái)，仍不能確保用戶(hù)在校準(zhǔn)階段期間不操縱手持式裝置。另外，如果僅出于人體工學(xué)原因，那么此方法是不可接受的。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的其它可能性是:當(dāng)電容性傳感器裝置的原始數(shù)據(jù)在預(yù)定義時(shí)間周期期間尚未改變或僅已改變極少(舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)橛脩?hù)已放下電手持式裝置)時(shí)執(zhí)行校準(zhǔn)。然而，關(guān)于此方法的缺點(diǎn)是根本不能確保執(zhí)行對(duì)傳感器系統(tǒng)的校準(zhǔn)，因?yàn)椴⒉淮_保傳感器裝置的原始數(shù)據(jù)在預(yù)定義時(shí)間周期期間不改變或僅改變極少。另外，以下情形是不利的:在執(zhí)行校準(zhǔn)的時(shí)間點(diǎn)以前必定以未校準(zhǔn)的方式處理電容性傳感器裝置的原始數(shù)據(jù)，此可導(dǎo)致接近及/或接觸的錯(cuò)誤檢測(cè)。
[0006]在從現(xiàn)有技術(shù)已知的其它解決方案中，電手持式裝置的用戶(hù)激活校準(zhǔn)行動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，此激活可借助于致動(dòng)專(zhuān)門(mén)為此提供的按鈕來(lái)執(zhí)行?；蛘撸€可通過(guò)執(zhí)行預(yù)定義手勢(shì)來(lái)激活校準(zhǔn)行動(dòng)，其中應(yīng)提供還可從傳感器裝置的最初未校準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)辨識(shí)的此類(lèi)手勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，此類(lèi)手勢(shì)可為滑動(dòng)手勢(shì)或此前放置于電手持式裝置上的手指的快速移除。此方法具有以下缺點(diǎn):由于校準(zhǔn)是由用戶(hù)啟始的，因此在較長(zhǎng)時(shí)間周期期間并不校準(zhǔn)傳感器裝置，因?yàn)橛脩?hù)可能已忘記啟始校準(zhǔn)或并不知曉他/她必須執(zhí)行校準(zhǔn)。其它缺點(diǎn)是經(jīng)提供用于傳感器系統(tǒng)的激活的手勢(shì)的執(zhí)行可能導(dǎo)致無(wú)意校準(zhǔn)且不能確保(舉例來(lái)說(shuō))手指或手不負(fù)面地影響校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)
[0008]本發(fā)明的目標(biāo)是提供允許校準(zhǔn)電容性傳感器裝置、特定來(lái)說(shuō)提供于電手持式裝置中的電容性傳感器裝置的解決方案，其中校準(zhǔn)的有利時(shí)間的確定不包括從現(xiàn)有技術(shù)已知的缺點(diǎn)，且其中當(dāng)物體分別接近所述電容性傳感器裝置及接近測(cè)量電極時(shí)，則還可接著校準(zhǔn)所述傳感器裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的解決方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明，借助于根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的一種用于接近及/或接觸檢測(cè)的電容性傳感器裝置及一種用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法及一種手持式裝置來(lái)達(dá)到所述目標(biāo)。在相應(yīng)附屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的有利實(shí)施例及進(jìn)步。
[0011]根據(jù)此，提供一種用于接近及/或接觸檢測(cè)的電容性傳感器裝置，其包括至少一個(gè)產(chǎn)生器電極、至少一個(gè)測(cè)量電極及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極，其中所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極以預(yù)定義距離布置于鄰近于所述至少一個(gè)測(cè)量電極處，其中所述至少一個(gè)測(cè)量電極及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極指派給所述產(chǎn)生器電極，其中可給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓且可給所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極加載校準(zhǔn)電壓，且其中可使所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極至少在第一操作模式及第二操作模式中操作，其中
[0012]-在所述操作模式中的每一者中，所述校準(zhǔn)電壓處于接地電壓與所述產(chǎn)生器電壓之間，且
[0013]-在每一操作模式中，所述校準(zhǔn)電壓是不同的。
[0014]所述電容性傳感器裝置可進(jìn)一步包括評(píng)估裝置，所述評(píng)估裝置至少可與所述測(cè)量電極及所述校準(zhǔn)電極耦合且經(jīng)設(shè)計(jì)以
[0015]-在所述第一操作模式中給所述校準(zhǔn)電極加載第一校準(zhǔn)電壓且檢測(cè)所述測(cè)量電極與所述傳感器裝置的接地之間的第一電容，及
[0016]-在所述第二操作模式中給所述校準(zhǔn)電極加載第二校準(zhǔn)電壓且檢測(cè)所述測(cè)量電極與所述傳感器裝置的所述接地之間的第二電容。
[0017]優(yōu)選地，實(shí)質(zhì)上按照所述測(cè)量電極的形狀調(diào)適所述校準(zhǔn)電極的形狀。
[0018]所述測(cè)量電極及所述校準(zhǔn)電極可布置于印刷電路板上。優(yōu)選地，所述印刷電路板包括在所述測(cè)量電極與所述校準(zhǔn)電極之間的區(qū)域中的斷流器。
[0019]一個(gè)校準(zhǔn)電極可指派給若干個(gè)測(cè)量電極。
[0020]所述產(chǎn)生器電極可布置于所述印刷電路板的下側(cè)處，且所述至少一個(gè)測(cè)量電極及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極可布置于所述印刷電路板的上側(cè)處。
[0021]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法，其中所述傳感器裝置包括至少一個(gè)產(chǎn)生器電極、至少一個(gè)測(cè)量電極及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極，其中所述至少一個(gè)測(cè)量電極及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極以預(yù)定義距離彼此鄰近布置且指派給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極，且其中
[0022]-給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓，
[0023]-在第一操作模式中給所述校準(zhǔn)電極加載第一校準(zhǔn)電壓且在所述測(cè)量電極處分接第一傳感器信號(hào)，
[0024]-在第二操作模式中給所述校準(zhǔn)電極加載第二校準(zhǔn)電壓且在所述測(cè)量電極處分接
第二傳感器信號(hào)，
[0025]-確定所述第一傳感器信號(hào)與所述第二傳感器信號(hào)之間的差，且
[0026]-當(dāng)所述差的絕對(duì)值大于預(yù)定義閾值時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的所述校準(zhǔn)。
[0027]優(yōu)選地，所述第一校準(zhǔn)電壓經(jīng)選擇而不同于所述第二校準(zhǔn)電壓。另外，優(yōu)選地，兩個(gè)校準(zhǔn)電壓經(jīng)選擇使得其各自處于測(cè)量電壓與所述產(chǎn)生器電壓之間。
[0028]已證明，當(dāng)實(shí)質(zhì)上按照所述測(cè)量電極的形狀調(diào)適所述校準(zhǔn)電極的形狀時(shí)是有利的。
[0029]所述測(cè)量電極及所述校準(zhǔn)電極可布置于印刷電路板上，其中所述印刷電路板包括在所述測(cè)量電極與所述校準(zhǔn)電極之間的區(qū)域中的斷流器。
[0030]當(dāng)所述差的絕對(duì)值小于所述預(yù)定義閾值時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的初步校準(zhǔn)，其中分別從所述第一傳感器信號(hào)及所述第二傳感器信號(hào)導(dǎo)出及估計(jì)物體距所述測(cè)量電極的距離，且借助所述估計(jì)的距離校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置的傳感器數(shù)據(jù)。
[0031 ] 所述第一傳感器信號(hào)及所述第二傳感器信號(hào)各自可包括傳感器原始數(shù)據(jù)。
[0032]另外，提供一種手持式裝置，特定來(lái)說(shuō)，一種包括根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的電手持式裝置，其中可特定來(lái)說(shuō)依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置。
[0033]可在所述手持式裝置處提供包括若干個(gè)測(cè)量電極的電容性傳感器裝置，其中至少給所述測(cè)量電極中的一些測(cè)量電極各自指派專(zhuān)用校準(zhǔn)電極，或其中給所有測(cè)量電極各自指派單個(gè)校準(zhǔn)電極?？稍趩蝹€(gè)校準(zhǔn)步驟中校準(zhǔn)所有所述測(cè)量電極?；蛘?，可針對(duì)所述測(cè)量電極中的每一者執(zhí)行專(zhuān)用校準(zhǔn)步驟或校準(zhǔn)階段以便可獨(dú)立于彼此地校準(zhǔn)所有測(cè)量電極。
[0034]舉例來(lái)說(shuō)，所述電手持式裝置可為智能電話、移動(dòng)無(wú)線電單元、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、遠(yuǎn)程控制件、鍵盤(pán)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)小型計(jì)算機(jī)、平板PC或另一電手持式裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]由下文描述與附圖一起得出本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)及特性以及本發(fā)明的特定示范性實(shí)施例。
[0036]圖1a到Ie展示根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的電極配置的不同實(shí)施例，其中所述電極配置各自包括至少一個(gè)測(cè)量電極及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極；
[0037]圖2展示電容性傳感器裝置分別在所述電容性傳感器裝置及校準(zhǔn)電極的第一操作模式期間以及在第二操作模式期間隨時(shí)間的原始信號(hào)；
[0038]圖3展示圖2中所示的原始信號(hào)的取決于物體距測(cè)量電極的距離的差；及
[0039]圖4a、4b分別展示測(cè)量及校準(zhǔn)電極在印刷電路板以及所述印刷電路板的優(yōu)選實(shí)施例上的布置的示范性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1a到圖1e各自展示根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的電極配置。
[0041 ] 圖1a展示根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的電極配置，其包括測(cè)量電極M及校準(zhǔn)電極K。校準(zhǔn)電極K布置于距測(cè)量電極M預(yù)定義距離處且鄰近于測(cè)量電極M。當(dāng)將校準(zhǔn)電極K放置成盡可能靠近于測(cè)量電極M時(shí)是有利的。然而，校準(zhǔn)電極K與測(cè)量電極M之間的距離至少應(yīng)足夠大使得校準(zhǔn)電極K不會(huì)太強(qiáng)地影響測(cè)量電極M。
[0042]校準(zhǔn)電極K及測(cè)量電極M可與評(píng)估裝置(此處未展示)耦合。所述評(píng)估裝置經(jīng)設(shè)計(jì)使得可使校準(zhǔn)電極K在至少兩種操作模式中操作。以下描述限于使校準(zhǔn)電極K在第一操作模式BI中及在第二操作模式B2中操作的情況。然而，還可使校準(zhǔn)電極K在其它操作模式中操作。以一致方式進(jìn)行的以下描述還適用于其它操作模式。
[0043]所述評(píng)估裝置經(jīng)設(shè)計(jì)以給產(chǎn)生器電極(此處未展示)加載產(chǎn)生器電壓Ugen并給校準(zhǔn)電極K加載校準(zhǔn)電壓Ukalo
[0044]在本發(fā)明的實(shí)施例中，可在印刷電路板的下側(cè)處布置一個(gè)或一個(gè)以上產(chǎn)生器電極，且可在所述印刷電路板的上側(cè)處布置測(cè)量電極及校準(zhǔn)電極。給所述產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，所述產(chǎn)生器信號(hào)可為約IOOkHz的經(jīng)低通濾波方波信號(hào)。不同地設(shè)計(jì)、特定來(lái)說(shuō)包括不同頻率的產(chǎn)生器信號(hào)也是可行的。在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，提供經(jīng)設(shè)計(jì)具有大表面積的產(chǎn)生器電極。加載有所述產(chǎn)生器信號(hào)的產(chǎn)生器電極的目的是圍繞所述產(chǎn)生器電極建立交變電場(chǎng)。
[0045]測(cè)量電極及測(cè)量電極分別以高電阻形式連接到所述評(píng)估裝置。如此一來(lái)，所述測(cè)量電極對(duì)于所述交變電場(chǎng)幾乎是不可見(jiàn)的，然而，其仍能夠測(cè)量所述交變電場(chǎng)的振幅。在測(cè)量電極處測(cè)量的振幅實(shí)質(zhì)上取決于導(dǎo)電物體距所述測(cè)量電極的距離，使得可從在測(cè)量電極處測(cè)量的振幅導(dǎo)出距所述物體的距離。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，在第一操作模式BI中給校準(zhǔn)電極K加載第一校準(zhǔn)電壓Ukau且在第二操作模式B2中給其加載第二校準(zhǔn)電壓Ukal2。
[0047]一方面，校準(zhǔn)電壓UKAU、Um2經(jīng)選擇使得其在兩種操作模式中的每一者中處于電容性傳感器裝置的接地電壓Ugw與電容性傳感器裝置的產(chǎn)生器電壓Ucjen之間。另一方面，在第一操作模式BI中的校準(zhǔn)電壓Ukali與在第二操作模式B2中的校準(zhǔn)電壓Ukal2是不同的。舉例來(lái)說(shuō)，在第一操作模式中第一校準(zhǔn)電壓Ukau可為OV (U_)，且在第二操作模式中第二校準(zhǔn)電壓Ukal2可為產(chǎn)生器電壓UGEN。根據(jù)本發(fā)明，第一校準(zhǔn)電壓Ukali還可分別不同于且大于電容性傳感器裝置的接地電壓Ugnd。
[0048]第二校準(zhǔn)電壓Ukal2還可分別不同于且小于產(chǎn)生器電壓Ugeno根據(jù)本發(fā)明，第一校準(zhǔn)電壓Ukau及第二校準(zhǔn)電壓Ukal2將經(jīng)選擇使得滿(mǎn)足以下條件:
[0049]Ukali = A*Ugen ；Ukal2 = B*UGEN，其中 0 ≤ A，B ≤ I 且A 關(guān) B
[0050]在兩種以上操作模式的情況下，相應(yīng)校準(zhǔn)電壓將經(jīng)選擇使得滿(mǎn)足以下條件:
[0051]Ukali幸Ukal2關(guān)…關(guān)Ukaui，對(duì)于所有n G {操作模式}。
[0052]代替根據(jù)本 發(fā)明的產(chǎn)生器電壓Ucjen，還可使用包括相似形式的另一電壓。
[0053]另外，舉例來(lái)說(shuō)，在第一操作模式中校準(zhǔn)電極K不連接到電位(浮動(dòng)導(dǎo)體)也是可行的。
[0054]當(dāng)電容性傳感器裝置包括一個(gè)以上測(cè)量電極M時(shí)，則可給所有測(cè)量電極或僅數(shù)個(gè)測(cè)量電極各自指派一校準(zhǔn)電極K且所述校準(zhǔn)電極K分別以預(yù)定義距離放置于鄰近于所述測(cè)量電極處。如此一來(lái)，可給所述校準(zhǔn)電極各自加載相同信號(hào)，即，所述校準(zhǔn)電極可與共享信號(hào)產(chǎn)生器稱(chēng)合，所述共享信號(hào)產(chǎn)生器提供校準(zhǔn)電壓UML、Ukau、Ukal2、…、Ukalii11另外,在若干個(gè)測(cè)量電極上提供單個(gè)校準(zhǔn)電極K是可行的，所述單個(gè)校準(zhǔn)電極K由數(shù)個(gè)彼此連接的電極段組成，如(舉例來(lái)說(shuō))參考圖1e所示。
[0055]如已描述，在產(chǎn)生器電極處及在校準(zhǔn)電極K處各自發(fā)射交變電場(chǎng)。借助于與測(cè)量電極M及校準(zhǔn)電極K耦合的評(píng)估裝置，分別檢測(cè)及測(cè)量測(cè)量電極M到電容性傳感器裝置的接地的電容。在校準(zhǔn)電極K處發(fā)射的交變電場(chǎng)修改在產(chǎn)生器電極處發(fā)射的交變電場(chǎng)的場(chǎng)分布，其中在校準(zhǔn)電極K處發(fā)射的交變電場(chǎng)對(duì)在產(chǎn)生器電極處發(fā)射的交變電場(chǎng)的場(chǎng)分布的影響取決于校準(zhǔn)電極K操作的操作模式。
[0056]在產(chǎn)生器電極處發(fā)射的交變電場(chǎng)的場(chǎng)分布的修改有效地致使測(cè)量到測(cè)量電極M到傳感器的接地的電容的變化。當(dāng)無(wú)物體定位于接近電容性傳感器裝置處及分別接近電容性傳感器裝置的測(cè)量電極及校準(zhǔn)電極處時(shí)，可借助于預(yù)期在從第一操作模式到第二操作模式的轉(zhuǎn)變期間的電容變化或借助于預(yù)期在第一操作模式及第二操作模式中的電容來(lái)校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置。
[0057]當(dāng)在第一操作模式中與在第二操作模式中的電容的差的絕對(duì)值超過(guò)預(yù)定義閾值時(shí)，可基于無(wú)物體接近所述電容性傳感器裝置的假設(shè)來(lái)行動(dòng)。在此情況中，可執(zhí)行對(duì)根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的校準(zhǔn)。
[0058]此外，在物體接近電容性傳感器裝置的電極的情況中，可執(zhí)行對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)(舉例來(lái)說(shuō)，初步或臨時(shí)校準(zhǔn))，如下文將更詳細(xì)地描述。
[0059]隨之，現(xiàn)在可確定是否存在有利于對(duì)所述傳感器裝置的校準(zhǔn)的時(shí)間點(diǎn)，其中在時(shí)間點(diǎn)不利于校準(zhǔn)的情況中，執(zhí)行對(duì)所述傳感器裝置的初步校準(zhǔn)或根本不執(zhí)行校準(zhǔn)。然而，在包括根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的手持式裝置的電力接通期間借助于初步或臨時(shí)校準(zhǔn)或者借助于當(dāng)在接近傳感器電極處不存在物體時(shí)執(zhí)行的校準(zhǔn)來(lái)校準(zhǔn)所述傳感器裝置是有利的。
[0060]以下情形對(duì)于電容性傳感器裝置的最優(yōu)操作是有利的，S卩，為了可靠地確定用于校準(zhǔn)的時(shí)間點(diǎn)，一方面將校準(zhǔn)電極K布置成靠近于測(cè)量電極M，且另一方面實(shí)質(zhì)上按照測(cè)量電極M的形狀來(lái)調(diào)適校準(zhǔn)電極的形狀。然而，校準(zhǔn)電極K與測(cè)量電極M之間的距離應(yīng)至少足夠大使得校準(zhǔn)電極K不會(huì)太強(qiáng)地影響測(cè)量電極M。舉例來(lái)說(shuō)，針對(duì)小型緊湊測(cè)量電極，可提供靠近于所述測(cè)量電極布置的小型緊湊校準(zhǔn)電極。另外，舉例來(lái)說(shuō)，針對(duì)細(xì)長(zhǎng)測(cè)量電極，可提供細(xì)長(zhǎng)校準(zhǔn)電極。
[0061]按照測(cè)量電極M的形狀對(duì)校準(zhǔn)電極K的形狀的調(diào)適具有以下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)借助于根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)確定是否可執(zhí)行對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)時(shí)，則在校準(zhǔn)電極K處發(fā)射的交變電場(chǎng)對(duì)在產(chǎn)生器電極處發(fā)射的交變電場(chǎng)的場(chǎng)分布的影響必定會(huì)最大化。
[0062]在圖1a中所示的電極的示范性實(shí)施例中，測(cè)量電極M以及校準(zhǔn)電極K均形成為圓形且實(shí)質(zhì)上具有相同電極表面。
[0063]圖1b展示圓形測(cè)量電極M以及形成為環(huán)形段的兩個(gè)校準(zhǔn)電極Kl及K2。所述電極相對(duì)于彼此經(jīng)布置使得測(cè)量電極布置于形成為環(huán)形段的兩個(gè)校準(zhǔn)電極Kl與K2之間。校準(zhǔn)電極Kl、K2各自可借助相同信號(hào)操作，S卩，在第一操作模式中，給兩個(gè)校準(zhǔn)電極加載第一校準(zhǔn)電壓Ukau，且在第二操作模式中給其加載第二校準(zhǔn)電壓Ukal2。
[0064]由于所述校準(zhǔn)電極的相同實(shí)施例及所述校準(zhǔn)電極的對(duì)稱(chēng)布置，舉例來(lái)說(shuō)，在第一操作模式中可僅給校準(zhǔn)電極Kl加載第一校準(zhǔn)電壓Ukali，且在第二操作模式中可僅給校準(zhǔn)電極K2加載第二校準(zhǔn)電壓Um2。然而，為了確保較佳功能，在每一情況中在兩種操作模式中給兩個(gè)校準(zhǔn)電極加載相應(yīng)校準(zhǔn)電壓是有利的。
[0065]圖1c展示根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的電極布置的其它實(shí)例。此處，測(cè)量電極M及校準(zhǔn)電極Kl各自形成為細(xì)長(zhǎng)的，其中所述校準(zhǔn)電極不如測(cè)量電極M寬。然而，校準(zhǔn)電極K還可與測(cè)量電極M為相等寬度或可比測(cè)量電極M寬。
[0066]圖1d展示根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的電極配置的其它實(shí)例。此處，測(cè)量電極實(shí)質(zhì)上形成為圓形的。校準(zhǔn)電極K實(shí)質(zhì)上形成為矩形的，其中兩個(gè)電極的表面積優(yōu)選地是相同的。
[0067]圖1e展示根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的電極配置的其它實(shí)例。在此實(shí)例中，所述電極配置包括四個(gè)測(cè)量電極Ml到M4及一個(gè)校準(zhǔn)電極K。此處，校準(zhǔn)電極K經(jīng)形成使得其至少部分地環(huán)繞四個(gè)測(cè)量電極Ml到M4中的每一者?；蛘?，校準(zhǔn)電極K還可經(jīng)形成使得其完全環(huán)繞四個(gè)測(cè)量電極Ml到M4。
[0068]根據(jù)本發(fā)明，可針對(duì)每一個(gè)別測(cè)量電極Ml到M4獨(dú)立于相應(yīng)其它者而確定是否存在用于對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)的適合時(shí)間點(diǎn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)于所有四個(gè)測(cè)量電極Ml到M4符合用于校準(zhǔn)的先決條件時(shí)，可校準(zhǔn)電容性傳感器裝置。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，每一個(gè)別測(cè)量電極可個(gè)別地且獨(dú)立于其它測(cè)量電極地予以校準(zhǔn)，即，與相應(yīng)測(cè)量電極相關(guān)聯(lián)的傳感器原始信號(hào)是獨(dú)立于剩余測(cè)量電極的傳感器原始信號(hào)來(lái)予以校準(zhǔn)。特定來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)量電極彼此寬廣間隔開(kāi)且寬廣間隔開(kāi)的測(cè)量電極的周?chē)鷹l件彼此不同時(shí)，此則為優(yōu)點(diǎn)。
[0069]校準(zhǔn)方法及用于確定校準(zhǔn)時(shí)刻的方法:
[0070]在下文中，更詳細(xì)地描述用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置及用于確定用于校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置的有利時(shí)間點(diǎn)的方法。
[0071]基于包括測(cè)量電極M及校準(zhǔn)電極K的電容性傳感器裝置來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的方法，其中還可針對(duì)包括若干個(gè)測(cè)量電極及指派給所述測(cè)量電極的若干個(gè)校準(zhǔn)電極的電容性傳感器裝置執(zhí)行所述方法。另外，基于針對(duì)校準(zhǔn)電極的操作提供兩種操作模式的假設(shè)給出根據(jù)本發(fā)明的方法的以下描述。
[0072]當(dāng)然，當(dāng)針對(duì)校準(zhǔn)電極的操作提供兩種以上操作模式時(shí)，則還可以相應(yīng)方式應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法，如已參考圖1a所描述。
[0073]舉例來(lái)說(shuō)，如參考圖1a到圖1e所描述，測(cè)量電極與校準(zhǔn)電極相對(duì)于彼此形成及布置。給產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓Ueffl,其中產(chǎn)生器電壓Ueffl在校準(zhǔn)電極K的每一操作模式中保持相同。
[0074]在第一步驟中，使校準(zhǔn)電極K在第一操作模式BI中操作。在第一操作模式BI中，給校準(zhǔn)電極Kl加載第一校準(zhǔn)電壓UKAU，且檢測(cè)測(cè)量電極M與傳感器裝置的接地之間的第一電容，其中檢測(cè)測(cè)量電極M的傳感器原始數(shù)據(jù)。
[0075]隨后，在第二步驟中，使校準(zhǔn)電極K操作從第一操作模式BI切換成第二操作模式B2。在第二操作模式B2中，給校準(zhǔn)電極K加載不同于第一操作模式BI的第一校準(zhǔn)電壓Ukau的第二校準(zhǔn)電壓Um2。此處，例如參考圖1a所描述而選擇第一校準(zhǔn)電壓Ukau及第二校準(zhǔn)電壓Ukal2。在第二步驟中，即，在校準(zhǔn)電極于第二操作模式B2中的操作期間，檢測(cè)測(cè)量電極M與傳感器裝置的接地之間的第二電容，其中再次檢測(cè)測(cè)量電極M的傳感器原始數(shù)據(jù)。[0076]圖2展示測(cè)量電極M在第一操作模式及第二操作模式中檢測(cè)的傳感器原始數(shù)據(jù)的時(shí)間進(jìn)程。上部曲線展示已在第一操作模式中檢測(cè)的經(jīng)檢測(cè)傳感器原始數(shù)據(jù)。下部曲線展示已在第二操作模式中檢測(cè)的傳感器原始數(shù)據(jù)。在此處所示的實(shí)例中，在測(cè)量期間已將物體距測(cè)量電極M的距離從約5cm按步長(zhǎng)減小到0.5cm,其中步長(zhǎng)的大小為約0.5cm。如從圖2可見(jiàn)，在從第一操作模式切換成第二操作模式期間，校準(zhǔn)電極對(duì)傳感器原始信號(hào)的影響隨著物體距測(cè)量電極的距離的減少而減小，即，在第一操作模式中的傳感器原始信號(hào)與在第二操作模式中的傳感器原始信號(hào)的差隨著物體距測(cè)量電極的距離的減少而逐漸減少。
[0077]在根據(jù)本發(fā)明的方法的其它步驟中，確定在先前步驟中測(cè)量的傳感器原始數(shù)據(jù)的差。
[0078]圖3中展示在第一操作模式與第二操作模式中的傳感器原始數(shù)據(jù)之間的差，其中曲線展示取決于物體距測(cè)量電極M的距離的差。顯而易見(jiàn)，所述第一操作模式的傳感器原始數(shù)據(jù)與所述第二操作模式的傳感器原始數(shù)據(jù)之間的差的絕對(duì)值隨著所述物體距測(cè)量電極M的距離的增加而分別增加且變得更大。從圖3中也顯而易見(jiàn)，可針對(duì)物體距測(cè)量電極的距離Ocm到約3cm得出關(guān)于所述物體距所述測(cè)量電極的距離的結(jié)論，而在所述物體距所述測(cè)量電極的距離大于3cm的情況下，所述差幾乎保持相同。
[0079]當(dāng)差D的絕對(duì)值大于預(yù)定義閾值X時(shí)，基于存在用于對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)的有利時(shí)間點(diǎn)的假設(shè)行動(dòng)，因?yàn)榉謩e地?zé)o物體接近測(cè)量電極且在接近測(cè)量電極處不存在物體。在此情況中，可分別啟始及執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)。
[0080]實(shí)驗(yàn)已展示，不存在差D對(duì)物體的大小的值得注意的相依性。然而，當(dāng)萬(wàn)一存在此相依性時(shí)，決策物體是否接近測(cè)量電極仍然是可行的，以便在此情況中分別可保持不進(jìn)行及可省略對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)。
[0081]如圖3中所示，在其絕對(duì)值小于閾值X的差D的情況下，不執(zhí)行對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)。然而，可使用此信息(即，當(dāng)所述差的絕對(duì)值小于預(yù)定義閾值X時(shí))來(lái)執(zhí)行對(duì)所述傳感器裝置的初步或臨時(shí)校準(zhǔn)。特定來(lái)說(shuō)，當(dāng)在包括根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置的手持式裝置的電力接通時(shí)，物體已接近測(cè)量電極，然而在所述手持式裝置的電力接通時(shí)應(yīng)執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)時(shí)，此則為有利的，以便避免直到可如上所述執(zhí)行校準(zhǔn)的有利時(shí)間點(diǎn)才處理未校準(zhǔn)的傳感器原始信號(hào)。以此方式，確保了在例如手持式裝置的整個(gè)操作期間，根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置得到校準(zhǔn)。
[0082]可在預(yù)定義時(shí)間點(diǎn)或以循環(huán)方式執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的上述步驟以便(如果適用)可按照改變的周?chē)鷹l件調(diào)適對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)。
[0083]為實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器原始數(shù)據(jù)的相應(yīng)初步或臨時(shí)校準(zhǔn)，從差D估計(jì)距物體的距離A，且計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述距離的經(jīng)校準(zhǔn)傳感器原始數(shù)據(jù)并將其用于所述校準(zhǔn)，即，用于所述初步校準(zhǔn)，其中從當(dāng)前傳感器原始數(shù)據(jù)減去經(jīng)校準(zhǔn)傳感器原始數(shù)據(jù)。
[0084]圖4a及圖4b各自展示電極配置，其中電極布置于印刷電路板PCB上。
[0085]通過(guò)校準(zhǔn)電極K與測(cè)量電極M之間的電容來(lái)實(shí)質(zhì)上識(shí)別關(guān)于在校準(zhǔn)電極K從第一操作模式切換成第二操作模式時(shí)測(cè)量電極M的傳感器原始數(shù)據(jù)改變的量。在許多情況中，電極M、K實(shí)施為PCB上的銅表面。取決于用于所述印刷電路板的材料，印刷電路板PCB的尺寸可強(qiáng)烈地取決于溫度變化而變化。因此，取決于電極設(shè)計(jì)的實(shí)施例，從校準(zhǔn)電極K到測(cè)量電極M的電容還可服從相當(dāng)強(qiáng)烈的溫度相依性。[0086]為了分別最小化及實(shí)質(zhì)上消除校準(zhǔn)電極到測(cè)量電極的電容的溫度相依性以便獨(dú)立于周?chē)鷾囟却_保物體與測(cè)量電極M之間的距離的優(yōu)選不變的估計(jì)，可將印刷電路板PCB的在測(cè)量電極M與校準(zhǔn)電極K之間的一部分磨去以便在測(cè)量電極M與校準(zhǔn)電極K之間形成開(kāi)口且印刷電路板的材料實(shí)質(zhì)上不位于電極之間。
[0087]圖4a展示圖1a中所示的電極布置，其中在兩個(gè)電極M與K之間提供實(shí)質(zhì)上設(shè)計(jì)成細(xì)長(zhǎng)形式的斷流器CO。
[0088]圖4b展示在印刷電路板PCB的圖1d中所示的電極布置，其中同樣在兩個(gè)電極M、K之間提供實(shí)質(zhì)上細(xì)長(zhǎng)的斷流器CO。
[0089]根據(jù)本發(fā)明的電容性傳感器裝置及根據(jù)本發(fā)明用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法分別提供用于決策的經(jīng)改進(jìn)基礎(chǔ)以便確定是否可執(zhí)行對(duì)電容性傳感器裝置的校準(zhǔn)。另外，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)用于校準(zhǔn)的條件不利時(shí)(例如當(dāng)物體靠近或非常靠近于測(cè)量電極M時(shí)，則為此情況)，可分別執(zhí)行對(duì)電容性傳感器系統(tǒng)的臨時(shí)及初步(近似)校準(zhǔn)。總的來(lái)說(shuō)，以此方式，在激活電容性傳感器裝置之后已立即校準(zhǔn)所述傳感器裝置是可行的，此獨(dú)立于物體是否接近測(cè)量電極。因此，在操作的完整持續(xù)時(shí)間期間分別校準(zhǔn)及可校準(zhǔn)電容性傳感器裝置。以此方式，有效地避免了其中將傳感器原始數(shù)據(jù)以未校準(zhǔn)方式饋送到其它處理的時(shí)間周期，使得可在電容性傳感器裝置的操作的完整持續(xù)時(shí)間期間分別確保對(duì)接近及接觸的不變且正確的檢測(cè)。
[0090]參考編號(hào)
[0091]A物體距測(cè)量電極的距離
[0092]CO印刷電路板的斷流器(Cut-Out)
[0093]D第一操作模式與第二操作模式之間的傳感器原始數(shù)據(jù)的差
[0094]BUB2校準(zhǔn)電極的操作模式及傳感器裝置的操作模式
[0095]K、K1、K2校準(zhǔn)電極
[0096]M、M1_M4測(cè)量電極
[0097]PCB印刷電路板
[0098]Ugen供應(yīng)到產(chǎn)生器電極的產(chǎn)生器電壓
[0099]Ukal, Ukali, Ukal2 供應(yīng)到校準(zhǔn)電極的校準(zhǔn)電壓
[0100]X閾 值
【權(quán)利要求】
1.一種用于接近及/或接觸檢測(cè)的電容性傳感器裝置，其包括至少一個(gè)產(chǎn)生器電極、至少一個(gè)測(cè)量電極(M)及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)，其中所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)以預(yù)定義距離布置于鄰近于所述至少一個(gè)測(cè)量電極(M)處，其中所述至少一個(gè)測(cè)量電極(M)及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)指派給所述產(chǎn)生器電極，其中可給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓(UeEN)且可給所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)加載校準(zhǔn)電壓(Um)，且其中可使所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)至少在第一操作模式(BI)及第二操作模式(B2)中操作，其中 在所述操作模式(B1、B2)中的每一者中，所述校準(zhǔn)電壓(Um)處于接地電壓(Ucnd)與所述產(chǎn)生器電壓(UeEN)之間，且 在每一操作模式(B1、B2)中，所述校準(zhǔn)電壓(Um)是不同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容性傳感器裝置，其包括評(píng)估裝置，所述評(píng)估裝置至少可與所述測(cè)量電極(M)及所述校準(zhǔn)電極(K)耦合且經(jīng)設(shè)計(jì)以 在所述第一操作模式(BI)中給所述校準(zhǔn)電極(K)加載第一校準(zhǔn)電壓(Ukau)且檢測(cè)所述測(cè)量電極(M)與所述傳感器裝置的接地之間的第一電容，及 在所述第二操作模式(B2)中給所述校準(zhǔn)電極⑷加載第二校準(zhǔn)電壓(Um2)且檢測(cè)所述測(cè)量電極(M)與所述傳感器裝置的所述接地之間的第二電容。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電容性傳感器裝置，其中實(shí)質(zhì)上按照所述測(cè)量電極(M)的形狀調(diào)適所述校準(zhǔn)電極(K)的形狀。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求 中任一權(quán)利要求所述的電容性傳感器裝置，其中所述測(cè)量電極(M)及所述校準(zhǔn)電極(K)布置于印刷電路板PCB上，且其中所述印刷電路板PCB包括在所述測(cè)量電極(M)與所述校準(zhǔn)電極(K)之間的區(qū)域中的斷流器CO。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電容性傳感器裝置，其中一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)指派給若干個(gè)測(cè)量電極(M)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的電容性傳感器裝置，其中所述產(chǎn)生器電極布置于所述印刷電路板的下側(cè)處，且所述至少一個(gè)測(cè)量電極(M)及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)布置于所述印刷電路板的上側(cè)處。
7.一種用于校準(zhǔn)電容性傳感器裝置的方法，其中所述傳感器裝置包括至少一個(gè)產(chǎn)生器電極、至少一個(gè)測(cè)量電極(M)及至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)，其中所述至少一個(gè)測(cè)量電極(M)及所述至少一個(gè)校準(zhǔn)電極(K)以預(yù)定義距離彼此鄰近布置且指派給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極，且其中 給所述至少一個(gè)產(chǎn)生器電極加載產(chǎn)生器電壓(U.)， 在第一操作模式(BI)中給所述校準(zhǔn)電極⑷加載第一校準(zhǔn)電壓(Ukau)且在所述測(cè)量電極(M)處分接第一傳感器信號(hào)， 在第二操作模式(B2)中給所述校準(zhǔn)電極(K)加載第二校準(zhǔn)電壓(Um2)且在所述測(cè)量電極(M)處分接第二傳感器信號(hào)， 確定所述第一傳感器信號(hào)與所述第二傳感器信號(hào)之間的差(D)，且 當(dāng)所述差(D)的絕對(duì)值大于預(yù)定義閾值(X)時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的所述校準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一校準(zhǔn)電壓(Ukau)經(jīng)選擇而不同于所述第二校準(zhǔn)電壓(Um2)，且兩個(gè)校準(zhǔn)電壓(Ukau、Um2)經(jīng)選擇使得其各自處于接地電壓(U_)與所述產(chǎn)生器電壓(ueEN)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中實(shí)質(zhì)上按照所述測(cè)量電極(M)的形狀調(diào)適所述校準(zhǔn)電極⑷的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述測(cè)量電極(M)及所述校準(zhǔn)電極⑷布置于印刷電路板PCB上，其中所述印刷電路板PCB包括在所述測(cè)量電極(M)與所述校準(zhǔn)電極(K)之間的區(qū)域中的斷流器CO。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一權(quán)利要求所述的方法，其中當(dāng)所述差(D)的絕對(duì)值小于所述預(yù)定義閾值(X)時(shí)，執(zhí)行對(duì)所述電容性傳感器裝置的初步校準(zhǔn)，其中分別從所述第一傳感器信號(hào)及所 述第二傳感器信號(hào)導(dǎo)出及估計(jì)物體距所述測(cè)量電極(M)的距離(A)，且借助所述估計(jì)的距離校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置的傳感器數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一傳感器信號(hào)及所述第二傳感器信號(hào)各自包括傳感器原始數(shù)據(jù)。
13.—種包括特定來(lái)說(shuō)根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一權(quán)利要求所述的電容性傳感器裝置的手持式裝置，其中可特定來(lái)說(shuō)根據(jù)權(quán)利要求7到12中任一權(quán)利要求來(lái)校準(zhǔn)所述電容性傳感器裝置。
【文檔編號(hào)】H03K17/955GK103748789SQ201280039515
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】阿爾喬姆·伊萬(wàn)諾夫 申請(qǐng)人:微晶片科技德國(guó)第二公司