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Patent Searching and Data


Title:
CAPACITIVE SENSOR DEVICE WITH IMPROVED INTERFERENCE TOLERANCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/033277
Kind Code:
A1
Abstract:
A sensor device for the capacitive detection of approaches or touches by a user (5), wherein the sensor device comprises a plurality of electrodes (2, 3, 4), which are galvanically separated, mutually spaced and arranged one above the other in a plurality of layers. The electrodes (2, 3, 4) are coupled to at least one control and evaluation circuit (1), which controls the electrodes in successive time periods to execute changing functions such that the electrodes form a capacitive sensor array having a temporally variable electrode assignment. To detect an actuation, the control and evaluation circuit (1) controls the electrodes (2, 3, 4) in succession with at least two different electrode assignments, wherein at least one separate signal is detected for each electrode assignment and the control and evaluation circuit evaluates the plurality of separately detected signals and detects an actuation in accordance with all the separately detected signals.

Inventors:
BEXTERMÖLLER, Hubert, Herr (Gaußstraße 25a, Mülheim a.d.R., 45468, DE)
Application Number:
EP2017/065196
Publication Date:
February 22, 2018
Filing Date:
June 21, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HUF HÜLSBECK & FÜRST GMBH & CO. KG (Steeger Straße 17, Velbert, 42551, DE)
International Classes:
H03K17/96; H03K17/955
Foreign References:
DE102014107559A12015-12-03
EP2053744A22009-04-29
EP1510637A12005-03-02
DE102014107559A12015-12-03
Attorney, Agent or Firm:
ZENZ PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (Rüttenscheider Straße 2, Essen, 45128, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Sensorvorrichtung zur kapazitiven Erfassung von

Annäherungen und/oder Berührungen durch einen Benutzer (5), wobei die Sensorvorrichtung mehrere Elektroden (2, 3, 4) aufweist, welche galvanisch getrennt und beabstandet

voneinander und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, wobei die Elektroden (2, 3, 4) in einer Richtung senkrecht zu den Lagen wenigstens teilweise überlappen,

wobei die Elektroden (2, 3, 4) mit wenigstens einer

Steuer- und Auswerteschaltung (1) gekoppelt sind, welche die Elektroden in aufeinander folgenden Zeiträumen derart zur Ausübung wechselnder Funktionen ansteuern, so dass die

Elektroden eine kapazitive Sensoranordnung mit zeitlich veränderlicher Elektrodenbelegung bilden,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuer- und Auswerteschaltung (1) derart ausgebildet ist, dass sie zur Erfassung einer Betätigung die Elektroden (2, 3, 4) nacheinander mit wenigstens zwei verschiedenen Elektrodenbelegungen ansteuert, wobei für jede Elektrodenbelegung wenigstens eine separate Signalerfassung erfolgt und wobei die Steuer- und Auswerteschaltung die mehreren separaten Signalerfassungen auswertet und eine Betätigung in Abhängigkeit von sämtlichen separaten

Signalerfassungen erfasst.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Steuer- und Auswerteschaltung (1) derart ausgebildet ist, dass sie die mehreren separaten Signalerfassungen zu einem Gesamtsignal kombiniert und in Abhängigkeit von dem Gesamtsignal eine Betätigung ermittelt.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens drei Elektroden vorgesehen sind, von denen wenigstens zwei zeitversetzt und abwechselnd als Sensorelektrode angesteuert werden und wobei wenigstens eine Elektrode als Referenzelektrode angesteuert ist.

4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei wenigstens zwei der Elektroden zeitversetzt und abwechselnd als

Referenzelektrode angesteuert werden.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, wobei wenigstens eine der Elektroden wenigstens zeitweise als aktive Schirmelektrode (active shield) angesteuert ist.

6. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, wobei die wenigstens eine Steuer- und

Auswerteschaltung ausgebildet ist, um zur Einsparung von

Energie die Elektroden in vorgegebenen ersten Zeitabständen für eine Vorerfassung mit einer einzigen Elektrodenbelegung anzusteuern und auszuwerten und in Abhängigkeit von der Vorerfassung die Elektroden zur Haupterfassung nacheinander mit wenigstens zwei verschiedenen Elektrodenbelegungen ansteuert und die daraus resultierenden mehreren separaten Signalerfassungen auswertet und eine Betätigung in

Abhängigkeit von sämtlichen separaten Signalerfassungen der Haupterfassung erfasst.

7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die

Vorerfassung in den vorgegebenen ersten Zeitabständen mit wechselnder Elektrodenbelegung erfolgt. 8. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, wobei die Steuer- und Auswertevorrichtung bei der Kombination der mehreren Signalerfassungen zu einem

Gesamtsignal eine Plausibilitätsprüfung anhand eines

Vergleichs der separaten Signalerfassungen durchführt und in Abhängigkeit von der Plausibilitätsprüfung eine weitere Ansteuerung und Auswertung der Elektroden vornimmt.

9. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, wobei wenigstens zwei Steuer- und

Auswertevorrichtungen vorgesehen sind, welche mit denselben Elektroden koppelbar sind, so dass die kapazitive

Sensoranordnung zeitversetzt von unterschiedlichen Steuer- und Auswertevorrichtungen ansteuerbar ist.

10. Verfahren zum Erfassen einer Betätigung mit einer kapazitiven Sensorvorrichtung,

bei welcher mehrere Elektroden galvanisch getrennt und beabstandet voneinander und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, wobei die Elektroden in einer Richtung senkrecht zu den Lagen wenigstens teilweise überlappen,

wobei die Elektroden in aufeinander folgenden Zeiträumen derart zur Ausübung wechselnder Funktionen angesteuert werden, so dass die Elektroden eine kapazitive Sensoranordnung mit zeitlich veränderlicher Elektrodenbelegung bilden,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Erfassung einer Betätigung, die Elektroden nacheinander mit wenigstens zwei verschiedenen

Elektrodenbelegungen angesteuert werden, wobei für jede

Elektrodenbelegung wenigstens eine separate Signalerfassung durchgeführt wird, und

wobei die mehreren separaten Signalerfassungen ausgewertet werden und eine Betätigung in Abhängigkeit von sämtlichen separaten Signalerfassungen erfasst wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mehreren

separaten Signalerfassungen zu einem Gesamtsignal kombiniert werden und in Abhängigkeit von dem Gesamtsignal eine

Betätigung ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei wenigstens zwei Elektroden zeitversetzt und abwechselnd als

Sensorelektrode angesteuert werden und wobei wenigstens eine Elektrode als Referenzelektrode angesteuert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens zwei der Elektroden zeitversetzt und abwechselnd als Referenzelektrode angesteuert werden. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei wenigstens eine der Elektroden wenigstens zeitweise als aktive Schirmelektrode (active shield) angesteuert ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei zur Einsparung von Energie die Elektroden in vorgegebenen ersten Zeitabständen für eine Vorerfassung mit einer einzigen Elektrodenbelegung angesteuert und ausgewertet werden und in Abhängigkeit von der Vorerfassung die Elektroden zur

Haupterfassung nacheinander mit wenigstens zwei verschiedenen Elektrodenbelegungen angesteuert werden, und wobei die daraus resultierenden mehreren separaten Signalerfassungen der

Haupterfassung ausgewertet werden und eine Betätigung in

Abhängigkeit von sämtlichen separaten Signalerfassungen der Haupterfassung erfasst wird.

Description:
Kapazitive Sensorvorrichtung mit verbesserter Störtoleranz

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Sensorvorrichtung zur kapazitiven Erfassung von Annäherung und/oder Berührung durch einen Benutzer oder ein sonstiges Objekt.

Kapazitive Sensorvorrichtungen sind im Bereich der Technik, insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik bekannt.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 107 559 AI eine

Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Kapazitive Sensoren weisen eine oder mehrere Elektroden auf, die sensibel für

Kapazitätsänderungen sind. Die Auswertung solcher kapazitiven Sensoren kann auf unterschiedliche Weise erfolgen,

beispielsweise sind Auswerteschaltungen im Stand der Technik bekannt und am Markt verfügbar, welche durch Umladevorgänge die Kapazität einer Sensorelektrode gegenüber einer Referenz messen und auswerten.

Außerdem sind im Stand der Technik Anordnungen bekannt, um die Sensitivität und die räumliche Ausrichtung der Erfassung von kapazitiven Sensoren zu verbessern. Dazu werden beispielsweise sogenannte Active-Shield-Elektroden eingesetzt, welche die elektrischen Felder zur Sensierung von Körpern in bestimmte Raumbereiche konzentrieren.

Beispielsweise zeigt die bereits genannte

DE 10 2014 107 559 AI eine Anordnung mit einem mehrlagigen

Elektrodenaufbau. Eine Steuereinrichtung ist jeweils mit

Elektroden gekoppelt, die ihrerseits voneinander galvanisch getrennt sind. Die Elektroden können in der Sensorvorrichtung, je nach Ansteuerung durch die Steuer- und Auswerteschaltung, unterschiedliche Funktionen einnehmen. Auch die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist mehrere Elektroden auf, die galvanisch getrennt und beabstandet voneinander in mehreren Lagen

übereinander angeordnet sind. Die Elektroden überlappen dabei wenigstens teilweise, wobei die Überlappung auf eine Richtung senkrecht zu der Erstreckung der Elektrodenlagen gegeben ist. Wie im Stand der Technik sind auch bei der Erfindung die Elektroden mit wenigstens einer Steuer- und Auswerteschaltung gekoppelt, welche die Elektroden in zeitversetzten,

aufeinanderfolgenden Zeiträumen derart zur Ausübung wechselnder Funktionen ansteuert, so dass die Elektroden eine kapazitive Sensoranordnung mit zeitlich veränderlicher Elektrodenbelegung bilden .

Die Steuer- und Auswerteschaltung steuert also die Elektrode so an, dass in aufeinanderfolgenden, nicht überlappenden

Zeiträumen wenigstens eine der Elektroden aus der Gesamtheit der Elektroden wechselnde Funktionen annimmt. Beispielsweise kann dabei die Funktion der Sensorelektrode von einer Elektrode in einer ersten Lage auf einer Elektrode in einer zweiten Lage übergehen. Regelmäßig wechseln jedoch insbesondere die

Funktionen der Schirmelektroden und der Referenzelektroden oder es werden Elektroden zeitweise potentialfrei (floating)

geschaltet und so weitgehend funktionslos gesetzt. Dieser zeitliche Wechsel der Elektrodenfunktionen führt zu zeitlich unterschiedlichem Sensorverhalten und zu zeitlich

unterschiedlichen Detektionsmöglichkeiten .

Es ist an dieser Stelle zu beachten, dass in einer Lage von

Elektroden auch mehrere Elektrodenabschnitte mit galvanischer Trennung angeordnet sein können, so wie dies auch in dem

genannten Dokument DE 10 2014 107 559 AI gezeigt ist. Auf diese Weise können multifunktionale Sensoreinrichtungen mit zeitlich unterschiedlichem Detektionsverhalten und zeitlich

unterschiedlicher Sensitivität gebildet werden.

Im Stand der Technik werden derartige Sensoreinrichtungen beispielsweise genutzt, um eine multifunktionale

Sensoreinrichtung, beispielsweise in Gestalt einer

Mehrlagenplatine, in einem Fahrzeuggriff unterzubringen. Je nach Ansteuerung der Elektroden kann dann die Sensierung einer

Annäherung oder Berührung beispielsweise zur Innenseite des Türgriffes hin erfolgen oder zur Außenseite des Türgriffes, je nachdem welche Elektrodenlage in der Mehrlagenplatine als

Sensorelektrode betrieben wird.

Ein Problem der bekannten Sensoreinrichtungen ist in der Störempfindlichkeit von Berührungssensoren und Annäherungssensoren zu sehen. Eine Sensoreinrichtung ist

hinsichtlich ihrer Detektionsempfindlichkeit und ihrer

Elektrodengeometrie auf einen bestimmten Anwendungsfall

ausgelegt. Durch entsprechende Active-Shield-Elektroden kann beispielsweise ein Detektionsraum in einer Raumrichtung

erweitert werden, zu Lasten der Detektionsempfindlichkeit in anderen Raumbereichen. Jede Sensoranordnung bringt damit eine eigene Störanfälligkeit und ein eigenes Sensitivitätsprofil mit.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kapazitive

Sensoreinrichtung hinsichtlich ihrer Störempfindlichkeit zu verbessern .

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Steuer- und

Auswerteschaltung derart ausgelegt, dass sie in zeitlich

aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten die Elektroden mit

veränderlicher Elektrodenbelegung ansteuert. Die Steuer- und Auswerteschaltung kann also verschiedene Konfigurationsschemata aktivieren und entsprechend dieser Konfigurationen übernehmen die Elektroden der Sensorvorrichtung eine zugeordnete Funktion. Die zugeordneten Funktionen sind ausgewählt aus den Wirkungen als Sensorelektrode, als Active-Shield-Elektrode, als

Referenzelektrode oder als zeitweise passive, potentialfreie Elektrode.

Gemäß der Erfindung wird für eine einzige Erfassung eines Sensorsignals jedoch nicht eine einzige Elektrodenkonfiguration ausgewertet. Stattdessen wird die Sensorschaltung mit

verschiedenen Konfigurationen aktiviert, jeweils ein

Einzelsignal erfasst und die Auswertung bezüglich einer

Betätigung erfolgt in Abhängigkeit von sämtlichen

Einzelerfassungen. Diese Erfassung der Einzelsignale erfolgt in kurzen Zeitabständen oder unmittelbar hintereinander. Jede

Einzelsignalerfassung kann z.B. einige Millisekunden (z.B.

weniger als 20 ms) beanspruchen, so dass eine Erfassung der mehreren Einzelsignale z.B. innerhalb von 50 ms bis 200 ms erfolgt . Die Auswertung bezüglich einer Betätigung erfolgt z.B.

derart, dass eine Konsistenzprüfung der Einzelsignale, die kurz hintereinander erfasst wurden, vorgenommen wird. Nur wenn die Auswertung sämtlicher Einzelsignale zeigt, dass diese sämtlich innerhalb von zueinander konsistenten Grenzen liegen, wird eine Betätigung bestätigt. Diese konsistenten Grenzen könne beim Einlernen eines Systems empirisch ermittelt werden. Es werden z.B. zulässige Bedienvorgänge ausgeführt und dabei wird werden die Signale der verschiedenen Elektrodenkonfigurationen erfasst. Ein gültiger Wertebereich einer Elektrodenkonfiguration kann dann einem gültigen Wertebereich einer anderen

Elektrodenkonfiguration zugeordnet werden. Bei der

Konsistenzprüfung kann auf die Einhaltung der einander

zugeordneten Wertebereiche geprüft werden.

Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass jedes

Einzelsignal für sich eine Betätigung anzeigt, ohne die

Einzelsignale miteinander hinsichtlich ihrer Konsistenz zu

Prüfen .

Wie oben beschrieben, weist jede Elektrodenkonfiguration eine eigene, spezifische Störanfälligkeit auf. Durch die

Schaltung der Sensorvorrichtung in unterschiedlichen

Elektrodenkonfigurationen, wobei dieselben Elektroden zumindest teilweise ihre Funktionen wechseln, und die Zusammenfassung und Kombination dieser Einzelsignale zu einem gesamten Sensorsignal, werden die Störeinflüsse der Einzeleinrichtungen reduziert.

Dieser Effekt geht über die Mittelung mehrerer Erfassungen hinaus, da die Elektrodenfunktionen zwischen den

Einzelerfassungen geändert werden. Da jedes der aktivierten Profile eine andere Störanfälligkeit und Fehlertoleranz

aufweist, kann die Gesamtstöranfälligkeit reduziert werden.

Beispielsweise kann eine Elektrodenkonfiguration mit drei, lagenweise angeordneten Elektroden zur Erfassung eines ersten Signals mit Schaltung einer dem Detektionsraum zugewandten

Elektrode als Sensorelektrode und einer weiteren, unterliegenden Elektrode als Referenzelektrode erfolgen. Unmittelbar danach kann eine dazwischenliegende Elektrode zusätzlich als

Schirmelektrode aktiviert werden und wiederum ein Signal erfasst werden. Diese Einzelsignale werden zur Auswertung herangezogen. In Abhängigkeit von der Auswertung wird ein Sensorsignal durch die Steuer- und Auswerteschaltung generiert und an eine

übergeordnete Stelle, beispielsweise über eine Signalleitung an eine Steuereinrichtung weitergeleitet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die separaten Einzelsignale zu einem Gesamtsignal zu kombinieren. Dieses Gesamtsignal wird als Sensorsignal ausgewertet, um die Auswirkungen von Störeinflüssen auf die Sensorvorrichtung zu reduzieren.

Unter Kombination der Signale ist in diesem Zusammenhang jede beliebige rechnerische Kombination, ggf. unter Hinzufügung einer Filterung, zu verstehen. Beispielsweise kann eine additive Überlagerung stattfinden, es können auch Mittelwertbildungen erfolgen oder gewichtete Überlagerungen der Einzelsignale zur Kombination in das Gesamtsignal vorgenommen werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens drei Elektroden vorgesehen, von denen wenigstens zwei zeitversetzt und abwechselnd als Sensorelektrode angesteuert werden, und wobei wenigstens eine Elektrode als Referenzelektrode

angesteuert ist.

In dieser Ausführungsform können beispielsweise mehrere, galvanisch getrennte Elektrodenabschnitte in einer

Elektrodenlage angeordnet werden, wobei eine Referenzelektrode unterhalb dieser beiden Elektrodenabschnitte liegt. Während eines ersten Messzeitraumes wird ein erster Elektrodenabschnitt der obenliegenden Elektrodenlage als Sensorelektrode aktiviert und die unterliegende Elektrode wird als Referenzelektrode betrieben. Nach Erfassung eines ersten Kapazitätswertes wird der erste, obenliegende Elektrodenabschnitt deaktiviert, der zweite obenliegende Elektrodenabschnitt aktiviert und die

Referenzelektrode behält ihre Funktion. Nach Erfassung des zugehörigen Signals werden diese beiden Signale zu einem

Gesamtsignal kombiniert und ausgewertet.

Die Störanfälligkeit aufgrund der unterschiedlichen

räumlichen Lagen der beiden Sensorelektrodenabschnitte kann in diesem Falle durch die getrennte Erfassung und nachfolgende Kombination verringert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden auch die

Funktionen der Referenzelektrode zeitversetzt unterschiedlichen Elektrodenabschnitten zugeordnet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist

wenigstens eine der Elektroden und diese wenigstens zweitweise als aktive Schirmelektrode (active shield) angesteuert.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die aktiven Schirmelektroden eine gerichtete Detektion verbessern können, allerdings bei Verschlechterung der Sensitivität in anderen Raumbereichen als dem bevorzugten Detektionsbereich. Durch den zeitweisen Betrieb einer Elektrode als aktive Schirmelektrode und dem zeitweisen Verzicht oder die Lageänderung dieser

Schirmelektrode können die Vorteile einer solchen aktiven

Schirmung genutzt werden und die damit verbundene Nachteile reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen

Sensorvorrichtung ist für den energieoptimierten Betrieb die Steuer- und Auswerteschaltung derart gebildet, dass die

Sensoranordnung zunächst eine Erfassung eines Sensorsignals mit nur einer Elektrodenkonfiguration durchführt. Beispielsweise können in Zeitabständen (z.B. von 50 ms) Sensorsignale in der klassischen Weise als Vorerfassung mit einer ersten

Elektrodenkonfiguration erfasst werden. Diese

Elektrodenkonfiguration kann auch in diesen Zeitabständen wechseln, so dass also in den Zeitabständen Vorerfassungen mit wechselnder Elektrodenkonfiguration erfasst werden. Erst dann, wenn die Erfassung der Sensorsignale auf diese herkömmliche Weise eine signifikante Veränderung des Sensorsignals zeigt, wird die erfindungsgemäße kombinierte Signalerfassung als

Haupterfassung aktiviert. Dann werden im Rahmen der

Haupterfassung mehrere Elektrodenkonfigurationen angesteuert und es werden jeweils separate Signalerfassungen in kurzer Folge (z.B. unmittelbar nacheinander) durchgeführt. Diese Signale der Haupterfassung werden ausgewertet oder auch zu einem

Gesamtsignal kombiniert und dann ausgewertet. In Abhängigkeit von sämtlichen Einzelsignalen der Haupterfassung erfolgt die Erkennung der Betätigung.

Auf diese Weise ist ein energieoptimierter Betrieb möglich, da die Erfassungshäufigkeit und Umsteuerung der Elektroden reduziert wird.

Es ist bei der vorgenannten Ausführungsform bevorzugt, dass die beschriebenen Vorerfassungen in Zeitabständen, jedoch mit wechselnder Elektrodenbelegung, erfolgen. Auf diese Weise ist die Vorerfassung weniger anfällig für die spezifischen

Störanfälligkeiten jeder einzelnen Elektrodenkonfiguration.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteschaltung so ausgebildet, dass im Zuge der Kombination der mehreren Signalerfassungen zu den verschiedenen Elektrodenkonfigurationen eine Plausibilitätsprüfung anhand eines Vergleichs der separaten Signalerfassungen durchgeführt wird. In Abhängigkeit von der Plausibilitätsprüfung kann dann eine weitere Ansteuerung und Auswertung der Elektroden

vorgenommen werden.

Auch wenn die Elektrodenkonfigurationen der jeweiligen Erfassungsschemata unterschiedliche Einzelsignale liefern, werden anhand der Messungen und der empirischen Daten

konsistente Einzelsignalkombinationen gebildet werden können. Dies bedeutet, dass beim Betrieb einer Elektrodenanordnung in einer ersten Konfiguration und bei Erfassung einer Annäherung ein Signal erfasst wird, welches einer Konsistenzprüfung mit anderen Elektrodenkonfigurationen bei dem gleichen Ereignis zugeordnet werden kann. Zeigt also beispielsweise das erste Einzelsignal eine Annäherung an die kapazitive Sensoranordnung, das zweite Einzelsignal jedoch keine Annäherung oder Berührung, so kann die Steuer- und Auswerteschaltung eine Wiederholung der Messungen oder eine Verwerfung der Sensordaten vornehmen.

Gegenüber einer bloßen redundanten Wiederholung hat dies den Vorteil, dass Störungen und Probleme, die in einer bestimmten Elektrodenkonfiguration begründet werden, nur bei dieser

Elektrodenkonfiguration auftreten und bei Konsistenzprüfung mit den anderen Elektrodenkonfigurationen auffallen. Eine solche Plausibilitätsprüfung oder auch Konsistenzprüfung kann vor der Kombination zu einem Gesamtsignal oder im Zuge der Kombination zu einem Gesamtsignal erfolgen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Steuer- und Auswerteschaltungen vorgesehen, die jeweils mit denselben Elektroden gekoppelt sind. Dies kann beispielsweise zur Erhöhung der Sicherheit oder auch der besonderen

Konfigurationen der einzelnen Steuer- und Auswerteschaltungen erfolgen. Es kann so vorgesehen sein, dass eine

Elektrodenanordnung zunächst mit einer ersten Steuer- und

Auswerteschaltung gekoppelt wird, um ein erstes Signal zu erfassen. Dann wird diese erste Steuer- und Auswerteschaltung abgekoppelt und eine zweite Steuer- und Auswerteschaltung wird mit denselben Elektroden gekoppelt, um ein zweites Signal zu erfassen. Die Signale, einerseits erfasst durch die erste

Steuer- und Auswerteschaltung und andererseits erfasst durch die zweite Steuer- und Auswerteschaltung, werden anschließend ausgewertet oder auch zu einem Gesamtsignal kombiniert.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung einer

erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;

Figur 2 zeigt ein Ansteuerschema für die Anordnung aus Figur

1;

Figuren 3a, 3b und 3c zeigen schematisch den

Feldlinienverlauf von drei Elektroden bei unterschiedlicher Funktionsbelegung;

Figuren 4a, 4b, 4c und 4d zeigen schematisch

frequenzabhängige Störanfälligkeiten von unterschiedlichen

Elektrodenkonfigurationen sowie eine kombinierte

Störanfälligkeit bei einer Gesamtsignalauswertung.

In Figur 1 ist eine Steuer- und Auswerteschaltung 1 gezeigt, welche mit drei Elektroden 2, 3, 4 gekoppelt ist. Eine Hand 5 eines Benutzers nähert sich der Elektrodenanordnung. Die

Elektroden 2, 3, 4 sind beispielsweise in einem Fahrzeugtürgriff oder in der Nähe eines Fahrzeugtürgriffes angeordnet. Ebenso kann die Steuer- und Auswerteschaltung 1 in einem

Fahrzeugtürgriff oder in dessen Nähe angeordnet sein. Die Steuer- und Auswerteschaltung ist ausgebildet, um die Elektroden 2, 3, 4 zeitversetzt mit unterschiedlichen

Elektrodenfunktionen zu belegen.

In einer zeitlichen Abfolge belegt die Steuer- und

Auswerteschaltung 1 die Elektroden 2, 3, 4 gemäß dem Schema, welches in Figur 2 gezeigt ist. Entlang der Zeitachse t sind jeweils die Bezugszeichen der Elektroden den jeweiligen

Funktionen zugeordnet. Dabei ist die Funktion der

Sensorelektrode mit dem Wort „sense" gekennzeichnet. Eine potentialfreie gestaltete Elektrode ist mit der Funktion „Float" bezeichnet. Eine aktive Schirmung wird durch eine Elektrode mit der Funktion „Shield" übernommen. Die Bezugselektrode,

beispielsweise auf dem Massepotenzial gehalten, ist mit der Bezeichnung „Ref." versehen.

Es ist gemäß dem Schema aus Figur 2 ersichtlich, dass in einem Erfassungszeitraum tm, welcher verschiedene

Elektrodenkonfigurationen übergreift, zunächst die obere

Elektrode 4 als Sensorelektrode betrieben wird, die Elektrode 3 wird dabei potentialfrei geschaltet und die Elektrode 2 dient als Referenzelektrode. In dieser Konfiguration erfolgt eine erste Signalerfassung. Nachfolgend wird die Elektrode 3 als aktive Schirmelektrode betrieben, dabei wird sie beispielsweise auf dasselbe Potential gelegt wie die Sensorelektrode 4, wobei jedoch die Elektrode 3 nicht hinsichtlich ihrer Kapazität ausgewertet wird.

In einem dritten Schritt werden sowohl die Elektrode 2 als auch die Elektrode 3 als Referenzelektrode betrieben und die Elektrode 4 bleibt die Sensorelektrode. Die Einzelmessungen dieser verschiedenen Kombinationen werden zu einem Gesamtsignal kombiniert und einer Auswertung zugeführt.

Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen mit denselben Bezeichnungen (Sense, Float, Shield, Ref.) schematisch die Auswirkungen der verschiedenen Elektrodenkonfigurationen auf den Verlauf der Feldlinien. Es ist in Figur 3a erkennbar, dass die Schaltung gemäß am ersten Elektrodenschema mit einer obenliegenden

Sensorelektrode und einer untenliegenden Referenzelektrode sowie einer zwischenliegenden potentialfreien Elektrode eine andere Feldlinienverteilung bietet, als wenn die Mittelelektrode als Schirmelektrode geschaltet wird, wie in Figur 3b gezeigt. Die Verwendung einer Schirmelektrode konzentriert die Feldlinien in ausgewählte Bereiche. Die dargestellten Feldlinienverläufe sind dabei nur modellhaft zu verstehen, sie verdeutlichen jedoch die verschiedenen Elektrodenkonfigurationen und die daraus

resultierenden unterschiedlichen Sensitivitäten und

Störanfälligkeiten.

Die in Figur 3c gezeigte Elektrodenanordnung, ohne

Schirmelektrode, jedoch mit der Schaltung der Referenzelektrode auch als Mittelelektrode, verringert den Bereich der

Sensitivität vor der Sensorelektrode erheblich. Diese

Elektrodenkonfiguration ist entsprechend besonders sensitiv für eine Annäherung oder Berührung unmittelbar an der

Sensorelektrode.

Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen, ebenfalls schematisch und beispielhaft, die Anfälligkeit für Störungen bei

unterschiedlichen Elektrodenkonfigurationen. Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen also jeweils gegenüber einer Störfrequenz eine tolerierte Störamplitude in Abhängigkeit von der Frequenz. Jede der Elektrodenkonfigurationen hat gemäß dieser Darstellung eine eigene charakteristische Störanfälligkeit über den

Frequenzbereich. Die erfindungsgemäße Kombination der

Einzelmessungen zu einer Gesamtmessung, um zu einem Sensorsignal zu gelangen, ist in Figur 4d dargestellt. Dort sind die

Einzelverläufe der Figuren 4a, 4b und 4c gezeigt und eine Art einhüllende Kurve, welche die tolerierte Störamplitude der kombinierten Messungen darstellt. Es wird anhand dieser Figuren verdeutlicht, dass die Fehlauslösung (Bedienungserkennung trotz nicht vorliegender Bedienung) aufgrund von Störeinflüssen

Abhängig von der Elektrodenkonfiguration ist. Wird jedoch eine wechselnde Elektrodenkonfiguration geschaltet und werden

sämtliche Einzelmessungen berücksichtigt, um eine Bedienung zu erkennen, wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung einer Bedienung reduziert.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine kapazitive

Sensoreinrichtung mit reduzierter Störanfälligkeit auszubilden. Dabei werden Sensorelektroden in unterschiedlichen

Konfigurationen als kapazitive Sensoranordnungen betrieben und zu den jeweiligen Konfigurationen Einzelmessungen durchgeführt, wobei jedoch nicht die Einzelmessungen, sondern ein kombiniertes Gesamtsignal aus den Einzelmessungen ausgewertet wird.