Com puterprog ramm produkt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Betätigungskräften an einem touchbedienbaren Sensorfeld, ein touchbedienbares Sensorfeld sowie ein betreffendes Computerprogrammprodukt,

Aus der Offenlegung DE 11 1020 004 758 T5 ist ein Touchpad und ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb des Touchpads bekannt, bei denen aus Sensorfeldsignalen eine Berührposition eines auf das Sensorfeld des Touchpads einwirkenden Betätigungsmittels erfasst wird. Dabei wird beispielsweise der Mittelpunkt eines Sensorsignalfeldes als Berührposition bestimmt. Weiter werden an dem Touchpad zugehörigen Kraftsensoren angreifende Kräfte bestimmt. Aus der bestimmten Berührposition auf dem Sensorfeld und den an den Kraftsensoren angreifenden Kräften wird die vom Betätigungsmitte! an der Be- rührposition auf das Sensorfeld ausgeübte Kraft ermittelt.

Die US 2017 / 0131840 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem durch Krafteinwirkung bewirkte Sensorsignalfelder gleicher Größe als ein einziges hypothetisches Sensorsignalfeld betrachtet werden Mittels den Kraftsensoren des Sensorfeldes ermittelten Kräften wird eine Krafteinwir kung auf das hypothetische Sensorsignalfeld bestimmt. Die auf das hypothetische Sensorsignalfeld bestimmte Kraft wird dann zu gleichen Teilen auf die Sensorsignal-felder gleicher Größe verteilt

Die US 2018 / 00463017 AI offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Summenkraft- Vek tors aus einem Schwerpunkt nebeneinanderliegender einzelner oder zusammengefasster Sensorsignalfelder und einem Kraftschwerpunkt der auf die Sensorsignalfelder wirkenden Kräfte. Der Summenkraftvektor wird in den Sensorsignalfeldern zugeordneten Einzelvektoren überführt. Nachteilig im Stand der Technik ist, dass durch unabsichtliche Berührungen, die auf das Sen sorfeld an den Berührpositionen ausgeübten Kräfte nicht mehr bestimmbar sind,

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels welchen die Verfügbarkeit der Kraftbestimmung an dem touchbedienbaren Sensorfeldes erhöht wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung von Betätigungskräften art einem touch- bedienbaren Sensorfeld mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einem touchbedienbaren Sensorfeld gemäß Anspruch 7 sowie einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Aus- führungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß werden folgende Schritte ausgeführt:

Ermittlung der Anzahl der einwirkenden Betätigungsmittel und Vergleich mit einem vorgegebenen Wert,

Prüfen, falls bestimmt worden ist, dass die Betätigungsmittel den vorgegebenen Wert überschreiten, ob die zur Ermittlung der Berührpositionen zugrunde gelegten vorzugsweise zwei nebeneinanderliegende Sensorsignalfelder in Relation zueinander mindestens ein vorbestimmtes

Kriterium erfüllen,

falls bestimmt worden, dass die zur Ermittlung der Berührpositionen zugrunde gelegten Sensorsignalfelder ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen,

Ermittlung einer virtuellen Berührposition in Bezug auf die das Kriterium erfüllenden Sensorsig nalfelder

Prüfen, ob die Gesamtzahl der nicht ersetzten Berührpositionen und der virtuellen Berührpositi on den vorgegebenen Wert überschreiten, und falls der vorgegebene Wert nicht überschritten wird,

Ermittlung der Betätigungskräfte der an den nicht ersetzten Berührpositionen und der virtuellen Berührposition auf das Sensorfeld wirkenden Betätigungsmittel mittels dem Sensorfeld zugehörigen Kraftsensoren, wobei das vorbestimmte Kriterium einen zulässigen Maximalabstand der Mittelpunkte oder der Randlinien der durch die Betätigungsmittel bewirkten Sensorsignalfelder und ein Mindestflächenverhältnis der größeren zu kleineren Sensorfläche definiert. Anhand der Betätigungskräfte an den Berührpositionen kann beispielsweise bestimmt werden, auf welche Berührposition die größte Kraft wirkt, die der Berührposition zugeordnete Funktion, auf die die größte Kraft wirkt dann ausgeführt. Ein anderer Anwendungsfall wäre eine Mehrfin- gerbedienung eines Sensorfeldes, d.h. eine Funktion wird ausgeführt, sobald beispielsweise drei Finger eine vorgegebene Kraftschwelle an drei Berührpositionen überschreiten. Unter einem touchbedienbaren Sensorfeld ist beispielsweise ein Touchpad oder eine Touchdisplay zu verstehen.

Der vorgegebene Wert gibt die Maximalanzahl an, bis zu der die Kräfte der auf das Sensorfeld einwirkenden Betätigungsmittel an dessen Berührpositionen bestimmt werden können. Diese Maximalanzahl ist bestimmt durch den Aufbau des Sensorfeldes und die Anordnung von mit dem Sensorfeld in Wirkverbindung stehenden Kraftsensoren, die zur Messung der auf das Sensorfeld an den Berührpositionen gleichzeitig einwirkenden Kräfte eingerichtet sind. Mit drei Kraftsensoren können an einem idealisierten Sensorfeld beispielsweise Kräfte an drei Berühr positionen bestimmt werden, mit zwei Kraftsensoren lediglich Kräfte an zwei Berührpositionen Unter Berücksichtigung von Elastizitäten des Sensorfeldes sind an einem rechteckigen Sensorfeld mit je einem Sensor an jeder Ecke Kräfte maximal an drei Berührpositionen zuverlässig bestimmbar. Mit Auftreten von Kräften an mehr als an drei Berührpositionen sind die Kräfte nicht mehr bestimmbar. Die Berührpositionen werden hierbei aus Sensorsignalfeldern ermittelt. Die Anzahl der auf das Sensorfeld einwirkenden Betätigungsmittel ergibt sich in äquivalenter Weise durch die Anzahl der bestimmten Sensorfelder oder durch die Anzahl der Berührpositionen. Eine Annäherung und Berührung eines Sensorfelds mittels einem Betätigungsmittel be wirkt eine Signalausgabe an den Sensoren des Sensorfeldes, die Gesamtheit der durch ein Betätigungsmittel bewirkten Signale wird vorliegend als Sensorsignalfeld bezeichnet. Die Berühr position wird beispielsweise durch den berechneten Mittel- oder Schwerpunktes des Sensorsignalfeldes bestimmt. Überschreiten die einwirkenden Betätigungsmittel den vorgegebenen Wert dann wird überprüft, ob zwei ermittelte Berührpositionen in eine virtuelle Berührposition überführt werden können. Hierzu wird bestimmt, ob die zur Ermittlung der Berührpositionen zugrun de gelegten Sensorsignalfelder in Relation zueinander ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen. Wird bei einer Betätigung des Sensorfeldes mit drei Fingern unabsichtlich ein vierter Finger aufgelegt, so kann beispielsweise durch Vergleich der Form des durch den vierten Finger be wirkten Sensorsignalfelds mit der Form der durch die anderen Finger bewirkten Sensorsignal feldern erkannt werden, dass die Berührposition des vierten und die Berührposition eines anderen der drei Finger ohne wesentlichen Informationsverlust durch eine einzige virtuelle Berührposition ersetzt werden kann. In vorteilhafter Weise ermöglicht das Ver fahren einen zuverlässigen Betrieb des Sensorfeldes bei versehentlicher Berührung mit mehreren, über den vorgegebenen Wert hinausgehende Anzahl von Betätigungsmiteln.

Erfindungsgemäß definiert das vorbestimmte Kriterium einen Maximalabstand der Mittelpunkte und/oder der Randlinien der durch die Betätigungsmittel bewirkten Sensorsignalfelder. Zwei Sensorfelder erfüllen das vorbestimmte Kriterium, sobald die aus den Sensorfeldern ermittelten Mittelpunkte und/oder die die Sensorfelder begrenzenden Randlinien einen Abstand unterhalb einem vorgegebenen Maximalabstand aufweisen. Unter Randlinien sind die Berandungslinien der Sensorsignalfelder zu verstehen. Über den Abstand zweier Mittelpunkte oder Randlinien der Signalfelder unterhalb einem Maximalabstand kann in vorteilhafter Weise auf eine unbeabsichtigte Berührung des Sensorfeldes geschlossen werden.

Erfindungsgemäß definiert das vorbestimmte Kriterium ein Flächenverhältnis der durch die Betätigungsmittel bewirkten Sensorsignalfelder. Dementsprechend kann das Kriterium ein Flä chenverhältnis definieren, das dann erfüllt ist, sobald die Flächen bzw. die Flächeninhalte der Sensorsignalfelder ein vorgegebenes Flächenverhältnis aufweisen. Beträgt die Fläche eines Sensorsignalfeldes nur ein Bruchteil des benachbarten Sensorsignalfeldes, so kann von einer unabsichtlichen Berührung ausgegangen werden,

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Flächenverhältnis der Sensorsignalfelder ermittelt und der Abstand der Berührpositionen entsprechend dem Flächenverhältnis derart aufgeteilt, dass die virtuelle Berührposition entsprechend dem Flächenverhältnis näher an dem größeren Sensorsignalfeld zu liegen kommt. In einem Ausführungsbeispiel fällt ab einem bestimmten Flächenverhältnis die virtuelle Berührposition mit einer der zwei zu ersetzenden Be rührpositionen zusammen. In alternativer Ausgestaltung des Verfahrens wird die virtuelle Berührposition durch Mittelung des Abstandes zwischen den aus den das vorbestimmte Kriterium erfüllenden mindestens zwei Sensorsignalfeldern bestimmten Berührpositionen ermittelt. Die virtuelle Berührposition ersetzt zwei Berührpositionen, die aus zwei das vorgegebene Kriterium erfüllenden Sensorsignalfeldern ermittelt wird. Hierbei wird der Abstand der Berührpositionen ermittelt, die virtuelle Berührposition befindet sich dann beispielsweise mittig zwischen den Berührpositionen,

Alternativ wird die virtuelle Berührposition durch Bestimmung eines gemeinsamen Schwerpunktes der das vorbestimmte Kriterium erfüllenden mindestens zwei Sensorsignalfelder bestimmt.

In vorteilhafter Weise ermöglicht das Verfahren zwei Berührposition durch eine virtuelle Berührposition zu ersetzen und eine Auswertung der auf das Sensorfeld einwirkenden Kräfte zu ermöglichen. ln einer modifizierten Ausführungsform definiert das Kriterium alternativ oder zusätzlich ein Verhältnis der Gradientenverläufe, der durch die Betätigungsmittel bewirkten Sensorsignale

Ein Gradientenverlauf der Sensorsignale gibt die Verteilung der Signalstärken der Sensoren wieder. Im Bereich des Mittel- oder Schwerpunktes des Sensorsignalfeldes ist das Sensorsignal am stärksten und fällt dann je nach Betätigungsmittel mit unterschiedlichen Gradienten zum Randbereich ab. Die Definition des Kriteriums kann sich hierbei beispielsweise auf ein mittleren, ein minimalen oder maximalen Gradient beziehen. Zwei Sensorsignalfelder erfüllen damit das Kriterium, falls ein Sensorsignalfeld Sensorsignale mit einem Gradienten oberhalb einem ersten Wert und ein zweites Sensorsignaifeld Sensorsignale mit einem Gradienten unterhalb einem zweiten Wert aufweist. Mit anderen Worten ist das Kriterium erfüllt, sobald der Quotient der Gradienten ein vorgegebenes Mindestverhäitnis erreicht d.h beispielsweise sobald der Quotient aus dem größeren Gradient und dem kleinen Gradient oberhalb einem vorgegebenen Gradientenverhältnis liegt oder der Quotient aus dem kleineren Gradient und dem größeren Gradient unterhalb einem vorgegebenen Gradientenverhältnis liegt. Große Gradienten werden beispielsweise durch spitze Betätigungsmittel wie ein Fingernagel und flache Gradienten durch großflächig aufliegende Betätigungsmittel bewirkt. In vorteilhafter Weise kann mittels Betrachtung des Gradientenverhältnisses zweier Sensorsignalfelder eine unbeabsichtigte Betätigung des Sensorfeldes durch einen Finger oder ein Fingernagel erkannt werden. ln weitere Ausgestaltung des Verfahrens wird eine auf eine der Berührposition oder der virtuellen Berührposition wirkende größte Betätigungskraft ermittelt und die der Berührposition zugewiesene Funktionen ausgeführt. In vorteilhafter Weiser ermöglicht das Verfahren eine zuverlässige Funktion bei Berührung des Sensorfeldes mit mehreren Betätigungsmitteln Das erfindungsgemäße touchbedienbare Sensorfeld weist Einrichtungen auf, die dazu ausgeiegt sind, das vorab beschriebene Verfahren auszuführen. Die Einrichtung umfas sen Mittel zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte wie beispielsweise eine o- der mehrere Recheneinheiten.

Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zur Steuerung eines touchbedienbaren Sensorfeldes ist dazu ausgelegt im Zusammenwirken mit einem Computer oder einem Computersystem unmittelbar, oder nach Ausfuhren einer bestimmten Routine nach einem vorab beschriebenen Verfahren auszuführen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestell te Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Ein mit vier Fingern betätigtes Sensorfeld,

Fig. 2 schematisiertes Sensorfeld aus Fig. 1 bedient durch drei Finger;

Fig. 3 schematisiertes Sensorfeld aus Fig. 1 bedient durch vier Finger

Fig. 4 Berührungsmuster auf einem Sensorfeld.

Fig 5 weiteres Berührungsmuster auf einem Sensorfeld.

Fig. 6 Ablaufdiagramm zum erfindungsmäßen Verfahren.

Gemäß Fig.1 ist ein Sensorfeld 1 gezeigt, das durch Berührung mit Fingern einer Hand 3 eines Nutzers bedient wird.

Die Berührung mit den Fingerkuppen als auch die Annäherung der Fingerkuppen bewirkt an den Sensoren des Sensorfeldes 1 eine Ausgabe von Sensorsignalen. Jede

Fingerkuppe bewirkt ein aus Sensorsignalen zusammengesetztes Sensorsignalfeld 5, 7, 9, 11 , Aus den Sensorsignalfeldern 5, 7, 9, 11 lässt sich beispielsweise durch eineMittelpunktbestimmung eine durch Koordinaten beschreibbare Berührposition jeden Fingers auf dem Sensorfeld bestimmen.

In Fig. 2 ist eine schematisierte Darstellung eines Sensorfeldes 1 dargestellt, das an jeder Ecke einen Kraftsensor 15 aufweist Mittels den Kraftsensoren sind die auf das

Sensorfeld 15 wirkenden Kräfte messbar. Auf das Sensorfeld 1 wirken in vorliegendem Fall drei nicht dargestellte Finger, welche die Sensorsignalfelder 7, 9, 11 bewirken. Für jedes der Sensorsignalfelder 7, 9, 11 lässt sich nach aus dem Stand der Technik bekannten Methoden, wie beispielsweise einer Mittelpunktbestimmung, eine

Berührposition 17, 19, 21 bestimmten, die durch Berührkoordinaten auf dem Sensorfeld beschrieben wird. Mit den anhand den Kraftsensoren 15 ermittelten Kräften, lassen sich mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden die auf das Sensorfeld 1 wirkenden Betätigungskräfte bezogen auf die drei Berührpositionen 17, 19, 21 bestimmen.

Im Gegensatz zur Fig, 2 ist in Fig. 3 ein Sensorfeld 1 dargestellt, auf das entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ein weiterer Finger einwirkt, der das weitere Sensorsignalfeld 5 bewirkt. Die Berührpositionen 17, 19, 21 , 23 sind aus den Sensorsignalfeldern 5, 7, 9, 11 ermittelt. Eine Bestimmung von auf diese vier Berührpositionen 17, 19, 21 , 23 bezogenen Kräfte ist mittels den vier Kraftsensoren 15 aufgrund Überbestimmung rechnerisch nicht möglich.

Um eine Kraftauswertung zu ermöglichen, wird überprüft, ob die Sensorsignalfelder 5, 7,

9, 1 1 oder die Berührpositionen 17, 19, 21 , 23 in Relation zueinander ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen.

In Fig 4 sind die vier Berührpositionen 17, 19, 21 , 23 aus Fig, 3 in einer Draufsicht dargestellt. Die Sensorsignalfelder 5, 7 erfüllen vorliegend das Kriterium, dass der Abstand 25 der Ränder der Sensorsignalfelder 5, 7 unterhalb einem zulässigen

Maximalabstand 27 liegt. Mit der Unterschreitung des Maximalabstandes ist davon auszugehen, dass ein Nutzer durch Berührung mit einem Finger unabsichtlich das Sensorsignalfeld 5 oder das Sensorsignalfeld 7 bewirkt. Da von einer unabsichtlichen Betätigung auszugehen ist, werden die Berührpositionen 17, 23 durch eine virtuelle Berührposition 29 ersetzt. Dabei wird die virtuelle Berührposition 29 mittig zu den

Berührpositionen 17, 23 angeordnet. Die auf das Sensorfeld 1 wirkenden Kräfte werden nun anhand der Signale der Kraftsensoren 15 bezogen auf die Berührpositionen 21 , 19, 29 berechnet. Durch den Ersatz der Berührpositionen 17, 23 mit der Berührposition 29 ist die Gesamtzahl der Berührpositionen von ursprünglich vier auf drei reduziert, wodurch eine Berechnung der auf das Sensorfeld wirkenden Kräfte bezogen auf die drei

Berührpositionen ermöglicht ist, ln Fig.5 ist ein gegenüber Fig.4 ein anderes Berührmuster gezeigt. Das große

Sensorsignalfeld 7 wird beispielweise durch eine auf das Sensorfeld aufgelegte

Handfläche, die Sensorsignalfelder 9, 1 1 durch zwei aufgelegte Finger und das

Sensorsignalfeld 5 ist durch ein unabsichtlich neben der Handfläche aufgelegten Finger bewirkt. Bezogen auf die aus den Sensorsignalfeldern 5, 7, 9, 11 ermittelten

Berührpositionen 17, 19, 21 , 23 können aufgrund Systemüberbestimmtheit mittels den an den vier Kraftsensoren 15 ermittelten Kräften keine Betätigungskräfte zugeordnet werden. Geprüft wird daher, ob die Sensorsignalfelder zueinander ein Flächenverhältnis vorgegebenes Kriterium erfüllen. Zwei Sensorsignalfelder erfüllen das Kriterium, sobald das Verhältnis des größeren Sensorsignalfeldes zum kleineren Sensorsignalfeld einen Wert von beispielsweise mindesten 15 und größer annimmt. Dieses Kriterium wäre in Fig 5 von dem Sensorsignalfeld 5 und dem Sensorsignalfeld 7 erfüllt Da wiederum von einer unabsichtlichen Betätigung auszugehen ist, werden die Berührpositionen 17, 23 durch eine virtuelle Berührposition 29 ersetzt Die virtuelle Berührposition 29 liegt entsprechend den Flächenverhältnissen der Sensorsignalfelder 5, 7 näher an der Berührposition 17

Die Berechnung der auf das Sensorfeld 1 wirkenden Kräfte wird nun anhand der Signale der Kraftsensoren 15 bezogen auf die drei Berührpositionen 19, 21. 29 berechnet.

Den Bereichen des Sensorfelds 1 sind Funktionen zugeordnet, die bei Berührung ausgeführt werden. In den vorab beschriebenen Beispielen wird die auf die

Berührpositionen 19, 21 , 29 bezogene größte Kraft bestimmt und die dem Bereich zugeordnete Funktion ausgeführt.

In Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung von Betätigungskräften an einem touchbedienbaren Sensorfeld gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.

In einem ersten Schrit 100 werden die durch auf das Sensorfeld 1 wirkenden

Betätigungsmittel erzeugten Sensorsignalfelder bestimmt. Durch Annäherung oder Berührung des Sensorfeldes 1 mit beispielsweise einem Finger geben mehrere Sensoren ein elektrisches Signal, die Gesamtheit der Signale wird als Sensorsignalfeld bezeichnet. Im Schritt 102 werden aus den Sensorsignalfeldern Berührpositionen der einwirkenden Betätigungsmittel bestimmt. Beispielsweise werden die Koordinaten des Mittelpunkts eines kreisförmigen Sensorsignalfelds als Berührposition eines Fingers definiert. Bei unsymmetrischen Sensorsignalfeldern wird entsprechend aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine Berührposition ermittelt, beispielsweise durch Ermittlung eines Flächenschwerpunktes. Im Schritt 104 wird die Anzahl der Betätigungsmittelt ermittelt und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Bis zu einer dem vorgegebenen Wert entsprechenden Anzahl der Betätigungsmittel ist eine Ermittlung der auf das

Sensorfeld wirkenden Kräfte an den Berührpositionen mittels den Kraftsensoren des Sensorfeldes möglich. Zur Bestimmung der Anzahl der Betätigungsmittel kann sowohl die Anzahl der Berührpositionen oder die Anzahl der Sensorsignalfelder zugrunde gelegt werden.

Falls bestimmt worden ist, dass die Betätigungsmittel den vorgegebenen Wert überschreiten wird im Schritt 106 geprüft, ob die Sensorsignalfelder in Relation zueinander ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen. Falls im Schritt 106 bestimmt worden ist, dass die zur Ermittlung der Berührpositionen zugrunde gelegten Sensorsignalfelder ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen, wird in Schritt 108 eine virtuelle Berührposition in Bezug auf die das Kriterium erfüllenden Sensorsignalfelder ermitelt.

Die Berührpositionen der das Kriterium erfüllenden mindestens zwei Sensorsignalfelder werden durch die ermittelte virtuelle Berührposition ersetzt. In dem Schritt 110 wird geprüft, ob die Gesamtzahl der nicht ersetzten verbleibenden Berührpositionen und der virtuellen Berührposition den vorgegebenen Wert überschreiten. Falls der vorgegebene Wert nicht überschritten wird, erfolgt im Schritt 1 12 eine Ermittlung der Betätigungskräfte mittels der dem Sensorfeld zugehörigen Kraftsensoren bezogen auf die nicht ersetzten verbleibenden Berührpositionen und auf die virtuelle Berührposition.