Sensoranordnung

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung. Derartige Sen soranordnungen können im Stand der Technik beispielsweise als Kraftsensoren ausgeführt sein. Dabei kann eine Kraft punktuell mit Abstandssensoren gemessen werden. Aus den Abstandsänderungen wird dann die resultierende Kraft berechnet. Auch eine optische Abstandsmessung ist möglich. Dabei kann beispielsweise auch ein haptisches Feedback implementiert werden.

Durch die Verwendung kapazitiver Abstandssensoren kann bei spielsweise ein zu einer Bedienung erforderlicher Weg auf einen Wert von maximal 100 ym reduziert werden.

Zu erwarten ist, dass in Zukunft bei ansteigenden Displaygrößen eine zunehmende Anzahl von Kraftsensoren gefordert werden wird, um eine homogene Kraftmessung zu realisieren. Außerdem kann für zusätzliche Funktionalitäten auch die Messung einer Kraft verteilung erforderlich werden. Dann kann beispielsweise bei Mehrfingerbedienung eine Ausfilterung zusätzlich aufliegender Finger erfolgen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung vorzusehen, welche eine im Vergleich zum Stand der Technik alternative Ausführung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung nach Anspruch 1 erreicht. Vor teilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteran sprüchen entnommen werden.

Die Sensoranordnung weist eine Anzahl erster Elektroden auf einer ersten Fläche, eine Anzahl zweiter Elektroden auf einer zweiten Fläche und eine Anzahl dritter Elektroden auf der zweiten Fläche auf. Die erste Fläche und die zweite Fläche liegen übereinander. Unmittelbar oberhalb einer jeweiligen ersten Elektrode ist eine jeweilige zweite Elektrode angeordnet. Die dritten Elektroden sind zwischen den zweiten Elektroden angeordnet.

Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht eine Unterscheidung zwischen Kraftsensoren und Touchsensoren, was eine Aufteilung der Funktionalitäten ermöglicht und zusätzliche Funktionali täten bereitstellt .

Die erste Fläche kann dabei insbesondere durch eine erste Folie ausgebildet sein. Die erste Folie kann steif oder flexibel ausgebildet sein. Die zweite Fläche kann durch eine zweite Folie ausgebildet sein. Die zweite Folie kann insbesondere flexibel ausgebildet sein. Derartige Ausführungen durch Folien haben sich bewährt, da sie einfach herzustellen sind und die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann eine flexible Ausbildung ein Eindrücken der jeweiligen Folie ermöglichen, wodurch eine Änderung einer Kapazität zwischen zwei Elektroden erreicht werden kann.

Die zweite Folie kann dabei insbesondere flexibler ausgebildet sein als die erste Folie. Die zweite Folie ist typischerweise diejenige, auf welche ein Benutzer drückt, wenn er eine Bedienung vornehmen will. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn die erste Folie steifer ist als die zweite Folie.

Bevorzugt ist jeweils zwischen einer ersten Elektrode und einer oberhalb angeordneten zweiten Elektrode ein Kraftsensor aus gebildet. Derartige Elektrodenkonfigurationen haben sich als Kraftsensor bewährt.

Bevorzugt ist jeweils zwischen einer ersten Elektrode und einer jeweiligen dritten Elektrode, welche benachbart zu einer oberhalb der ersten Elektrode angeordneten zweiten Elektrode angeordnet ist, ein Touchsensor ausgebildet. Dies hat sich ebenfalls als vorteilhafte Ausführung bewährt. Es sei verstanden, dass ein Kraftsensor typischerweise eine ausgeübte Kraft misst, wohingegen ein Touchsensor lediglich eine Berührung unabhängig von der Kraft misst. Durch die Kombination der Erkennung einer Berührung und einer Kraft mittels jeweils dafür ausgebildeter Sensoren können zahlreiche Funktionalitäten bereitgestellt werden, welche mit nur einer Sensorart nicht bereitgestellt werden können.

Bevorzugt sind die ersten Elektroden, die zweiten Elektroden und/oder die dritten Elektroden jeweils quadratisch ausgebildet. Dies hat sich als einfache und praktikable Lösung erwiesen. Dese Form ist insbesondere in der jeweiligen Fläche zu sehen. Auch andere Formen sind jedoch möglich.

Bevorzugt sind die ersten Elektroden entlang paralleler Reihen miteinander verschaltet. Weiter bevorzugt sind die zweiten Elektroden entlang paralleler Reihen miteinander verschaltet. Weiter bevorzugt sind die dritten Elektroden entlang paralleler Reihen miteinander verschaltet. Die Verschaltung entlang je weiliger paralleler Reihen hat sich als einfache und praktikable Ausführung erwiesen.

Die zweiten Elektroden und die dritten Elektroden bilden be vorzugt zusammen ein regelmäßiges Muster, in welchem jede dritte Elektrode von jeweils vier zweiten Elektroden umgeben ist. Dies hat sich als besonders funktionale Ausführung erwiesen, da beispielsweise über jeder ersten Elektrode eine zweite Elektrode angeordnet werden kann und in jeweilige Zwischenräume zwischen den zweiten Elektroden jeweilige dritte Elektroden angeordnet werden können. Dadurch kann eine besonders hohe Elektrodendichte erreicht werden.

Kanten der zweiten Elektroden können bevorzugt parallel zu jeweils einer Kante einer benachbarten dritten Elektrode ausgerichtet sein. Dadurch wird eine gleichmäßige Ausführung eines von den Elektroden gebildeten Musters erreicht. Anschlussleitungen der ersten Elektroden und Anschlussleitungen der dritten Elektroden können bevorzugt in der ersten Fläche angeordnet sein. Anschlussleitungen der zweiten Elektroden können bevorzugt in der zweiten Fläche angeordnet sein. Diese Aufteilung hat sich für typische Anwendungen bewährt, wobei die erste Fläche sowohl die Anschlussleitungen der ersten Elektroden wie auch der dritten Elektroden aufnimmt.

Die Anschlussleitungen können insbesondere entlang der je weiligen bereits weiter oben erwähnten parallelen Reihen ausgebildet sein.

Die Sensoranordnung weist bevorzugt ferner eine Steuerungs vorrichtung auf, welche mit den Elektroden verbunden ist. Dadurch kann eine Auswertung der Elektroden sowie eine Beaufschlagung mit einem gegebenenfalls erforderlichen Signal oder einer Spannung erfolgen .

Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, abwechselnd oder nacheinander die dritten Elektroden und die zweiten Elektroden auszulesen. Dadurch kann ein separates Auslesen erfolgen, was die Komplexität des Auslesens deutlich verringert .

Die erwähnte Steuerungsvorrichtung bzw . ein Touchcontroller kann beispielsweise neben der Bestimmung einer Fingerkoordinate auch die Kraftmessung übernehmen. Dies kann realisiert werden, indem abwechselnd die Touchsensoren und die Kraftsensoren ausgelesen werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Anzahl von Sende leitungen (Tx = Transmit) und die Anzahl der Knoten einer Empfangsleitung (Rx = Receive) erweitert werden, jedoch die Anzahl der Empfangsleitungen im Vergleich zu bekannten Aus führungen konstant bleibt.

Die Steuerungsvorrichtung kann zwei unterschiedliche Messme thoden anwenden. Die erste besteht darin, dass die Steue rungsvorrichtung abwechselnd Touchleitung und Kraftleitung vermisst. Dies hat den Vorteil, dass durch die zeitliche Nähe zwischen Touchmesspunkt und Kraftmesspunkt die Touchschwer punkte und Kraftschwerpunkte optimal harmonisieren. Die zweite Methode ist die strikte Trennung von der Touchmessung und der Kraftmessung. Dies bedeutet, dass zuerst die Touchmessung durchgeführt wird und danach die Kraftmessung.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:

Fig. 1: die Funktionsweise von Touchsensoren,

Fig. 2 und 3: die Funktionsweise von Kraftsensoren und

Fig. 4: eine Sensoranordnung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung aus ersten Elektroden 10 und dritten Elektroden 30. Wie durch schematisch gezeigte Kondensatorsymbole angedeutet, wird zwischen diesen Elektroden 10, 30 jeweils ein Kondensator ausgebildet, dessen Kapazität sich bei Aufliegen eines Fingers auf den dritten Elektroden 30 ändert. Dadurch kann das Aufliegen erkannt werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch die Funktionsweise eines Kraftsensors. Dabei sind erste Elektroden 10 und zweite

Elektroden 20 ausgebildet, welche unmittelbar übereinander angeordnet sind. Dies ist in der Draufsicht von Fig. 2 deutlich zu erkennen.

Auch in Fig. 3, welche eine Seitenansicht darstellt, ist die Übereinanderanordnung der Elektroden 10, 20, welche jeweils paarweise erfolgt, deutlich zu erkennen.

Wird die jeweilige zweite Elektrode 20 gegen die jeweilige erste Elektrode gedrückt, weil eine Kraft von oben auf das System ausgeübt wird, so ändert sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden 10, 20 und somit auch die Kapazität. Fig. 4 zeigt eine Sensoranordnung 1 gemäß einem Ausführungs beispiel der Erfindung in einer schematischen Ansicht.

Die Sensoranordnung 1 weist eine erste Fläche Fl und eine zweite Fläche F2 auf. Auf der ersten Fläche Fl sind eine Mehrzahl von ersten Elektroden 10 angeordnet. Auf der zweiten Fläche F2 sind eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 20 angeordnet, wobei jede zweite Elektrode 20 über jeweils einer unmittelbar darunter liegenden ersten Elektrode 10 angeordnet ist.

Zwischen den zweiten Elektroden 20 sind auf der zweiten Fläche F2 eine Mehrzahl von dritten Elektroden 30 angeordnet. Die zweiten Elektroden 20 und die dritten Elektroden 30 bilden zusammen ein regelmäßiges Muster. Dabei sind jeweils benachbarte Kanten der Elektroden 20, 30 parallel zueinander, und die ersten, zweiten und dritten Elektroden 10, 20, 30 sind jeweils in gleichmäßiger Art und Weise quadratisch ausgebildet.

Die ersten Elektroden 10 sind mittels ersten Anschlussleitungen 15 miteinander verbunden, welche in der ersten Ebene Fl ver laufen. Die zweiten Elektroden 20 sind mittels zweiter An schlussleitungen 25 miteinander verbunden, welche in der zweiten Ebene F2 verlaufen. Die dritten Elektroden 30 sind mittels dritter Anschlussleitungen 35 miteinander verbunden, welche in der ersten Ebene Fl verlaufen. Dies ermöglicht es, die dritten Anschlussleitungen 35 in die erste Ebene Fl auszulagern, in welcher aufgrund der geringeren Anzahl an Elektroden mehr Platz dafür vorhanden ist.

Wie gezeigt sind die jeweiligen Anschlussleitungen 15, 25, 35 der jeweiligen Ordnung jeweils parallel zueinander. Die zweiten Anschlussleitungen 25 sind dabei quer zu den ersten An schlussleitungen 15 ausgebildet. Die dritten Anschlussleitungen 35 sind parallel zu den ersten Anschlussleitungen 15 ausgebildet . Die Anschlussleitungen 15, 25, 35 verbinden jeweils Elektroden 10, 20, 30 einer j eweiligen durchgehenden Reihe miteinander . Dies ermöglicht eine reihenweise Ansteuerung und Auslesung. Die Sensoranordnung 1 weist ferner eine elektronische Steue rungsvorrichtung 40 auf. Diese ist hier lediglich schematisch dargestellt. Sie ist mit den Anschlussleitungen 15, 25, 35 verbunden und dazu ausgebildet, jeweilige Signale an die An schlussleitungen 15, 25, 35 anzulegen und jeweilige Messwerte auszulesen .

Zur Erkennung einer Berührung kann ein Signal an die ersten Anschlussleitungen 15 und die dritten Anschlussleitungen 35 angelegt werden, und es können Veränderungen des Signals erkannt werden. Zur Erkennung einer Kraft kann ein Signal an die ersten Anschlussleitungen 15 und die zweiten Anschlussleitungen 25 angelegt werden, und es kann ebenfalls eine Veränderung dieses Signals erkannt werden.

Dies beruht darauf, dass ein aufliegender Finger eine Veränderung der Kapazität zwischen ersten Elektroden 10 und dritten

Elektroden 30 bewirkt, wodurch diese als Touchsensoren verwendet werden können. Ein Eindrücken der zweiten Fläche F2 durch den Finger mittels einer angewendeten Kraft bewirkt eine Änderung des Abstands zwischen den zweiten Elektroden 20 und den ersten Elektroden 10, was eine Kapazitätsänderung verursacht und somit einen Rückschluss auf die angewendete Kraft zulässt. Die ersten Elektroden 10 und die zweiten Elektroden 20 bilden somit je weilige Kraftsensoren.

Die erste Fläche Fl und die zweite Fläche F2 werden durch jeweilige Folien gebildet, welche nicht dargestellt sind, und auf welchen die jeweiligen Elektroden 10, 20, 30 aufgebracht sind. Die erste Folie ist dabei härter ausgebildet als die zweite Folie, so dass die zweite Folie, welche die zweite Fläche F2 definiert, eingedrückt werden kann und sich somit der Abstand zwischen den Elektroden 10, 20, 30 jeweils lokal verändern kann.

Abhängig von den erkannten Messwerten kann die Steuerungs vorrichtung 40 diverse Steuerungsaufgaben ausführen. Zur Messung einer Touchkoordinate, an welcher ein Finger die zweite Fläche F2 berührt, werden die ersten Anschlussleitungen 15 und die dritten Anschlussleitungen 35 verwendet. Zur Messung der Kraft werden die ersten Anschlussleitungen 15 und die zweiten Anschlussleitungen 25 verwendet.

Um einen möglichst geringen gegenseitigen Einfluss zu erhalten, sollen sich die zur Touchmessung verwendeten Leitungen auf der gleichen Seite eines Trägersubstrats befinden und die Leitungen zur Kraftmessung auf der gegenüberliegenden Seite. Dies hat auch den Vorteil, dass dadurch nur eine Folie verwendet werden muss. Außerdem muss in diesem Fall nur das jeweilige Trägersubstrat den Ansprüchen der Kraftmessung genügen.

Zur Kraftmessung kann die Grundfunktion des Plattenkondensators verwendet werden. Die Formel hierzu lautet:

C = (mo x y _r x A) /d .

Dabei bezeichnen:

C: die Kapazität, welche einen Rückschluss auf die Kraft zulässt,

mo : die magnetische Feldkonstante,

m _G : die relative Permeabilität,

A: die Elektrodenfläche,

d: die Dicke bzw. den Abstand zwischen den jeweiligen

Elektroden .

Durch das Verbinden von zwei Folien, wobei die obenliegende Folie weicher ist als die Trägerfolie, verändert sich der Abstand d zwischen den beiden Platten des Kondensators und verändert hierdurch die korrelierende Kapazität.

Die hier vorgestellte Ausführung benötigt keine zusätzliche Hardware zur Messung der Kraft. So kann auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden, was Kosten reduziert. Zusätzlich kann in einer vereinfachten Ausführung die Funktionalität zur Erkennung von „Ghost-Touch" verwendet werden. Eine Berührung bzw. ein Touch kann beispielsweise nur in Verbindung mit einer Kraft auftreten. Dadurch kann die Fehleranfälligkeit minimiert werden und die Kundenzufriedenheit kann gesteigert werden.

Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.

Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am An meldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offen barung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Be deutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.