Die vorliegende Erfindung betrifft einen berührungs- und gestenempfindlichen Sen sor.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Die Erkennung von Annäherungen, Berührungen und Druck sowie Gesten ist ein weitreichendes Thema im Zusammenhang mit Mensch-Maschinen-Schnittstellen (Human Machine Interface, HMI). Stand der Technik sind verschiedene matrixba sierte Ansätze mit kapazitiven oder Widerstandsknotenpunkten. Weiterhin existieren kapazitive und resistive T riangulationsansätze, welche die Berührpunkte einer Ober fläche durch einen Menschen detektieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen berührungs- und gestenempfindlichen Sensor zu schaffen, der Berührungen und Gesten auf bzw. in der Nähe von komplex geformten Oberflächen detektieren und lokalisieren kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäß ist vorgesehen:

- ein Berührungs- und gestenempfindlicher Sensor mit einem elektrischen Leiter zur Übertragung von elektrischen Signalen, einer Signalquelle, welche den Leiter mit einem elektrischen Signal beaufschlagt, einem Signalempfänger, welcher das elektrische Signal empfängt und mit einem Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals in dem Leiter, wobei der Sensor eingerichtet ist, eine Störung des Signals in dem Leiter zu detektieren und zu lokalisieren.

Gesten sind menschliche Bewegungen von Körperteilen und dienen der zwischen menschlichen Kommunikation, der Kommunikation zwischen einem Menschen und einer Maschine oder religiösen Zwecken. Jede Körperhaltung und Körperbewegung kann dabei prinzipiell eine Geste darstellen, z.B. Hand- oder Kopfgesten. Gestener kennung ist die automatische Erkennung von durch Menschen ausgeführte Gesten mittels einer Recheneinheit.

Elektrische Signale können Pulse, Spannungssprünge, Sweeps, Chirps oder Rauschsignale sein.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich eine Welle bzw. ein Signal ausbreitet. Für eine monochromatische Welle ist die Ausbreitungsge schwindigkeit identisch mit der Phasengeschwindigkeit, also mit der Geschwindigkeit, mit der sich ein Wellenberg bewegt. In dispersiven Medien (z. B. Licht in Materie) ist diese Phasengeschwindigkeit von der Frequenz der Welle abhängig. Betrachtet man eine sich ausbreitende Störung, also ein Wellenpaket, so ist dies aus vielen mono chromatischen Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen zusammengesetzt. Die Ge schwindigkeit, mit der sich ein solches Wellen paket als Ganzes fortbewegt, also die Geschwindigkeit der Einhüllenden, ist die Gruppengeschwindigkeit. Für verlustbehaf tete Ausbreitungsmedien oder Medien mit nichtlinearer Dispersionsrelation kann sich die Form des Wellenpaketes ändern. Daher muss die Gruppengeschwindigkeit unter schieden werden von der Frontgeschwindigkeit, mit der sich eine Wellenfront aus breitet. Die Signalgeschwindigkeit, mit der Information oder Energie übertragen wird, ist maximal so groß wie die Frontgeschwindigkeit.

Unter einer Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit wird in dieser Patentanmel dung verstanden, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals in dem Sen sor aufgrund von Mitteln zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit niedriger ist als in einem Leiter, der nicht von Mitteln zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindig keit beeinflusst wird. Die Permittivität e, auch dielektrische Leitfähigkeit genannt, gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an. Die Permittivität im Vakuum wird mit eo an gegeben. Die Permittivität eines Stoffes wird als Produkt der Permittivität des Vaku ums mit der relativen Permittivität angegeben. Dementsprechend ist die relative Per mittivität eines Mediums das dimensionslose Verhältnis seiner Permittivität zur Per mittivität des Vakuums.

Die magnetische Permeabilität m bestimmt die Fähigkeit von Materialien, sich einem Magnetfeld anzu passen bzw. die Magnetisierung eines Materials in einem äußeren Magnetfeld. Es bestimmt daher die Durchlässigkeit von Materie für magnetische Fel der. Die Permeabilität m ist das Verhältnis der magnetischen Flussdichte zur magnetischen Feldstärke H. Die magnetische Feldkonstante mo ist eine physikalische Kon stante und gibt die magnetische Permeabilität des Vakuums an. Die Permeabilitäts zahl ist das Verhältnis aus Permeabilität zur magnetischen Feldkonstante. Für das Vakuum ergibt sich folglich eine Permeabilitätszahl von eins.

Ein Resonator ist ein schwingfähiges System, dessen Komponenten auf eine oder mehrere bestimmte Frequenzen (Eigenfrequenzen) in der Art abgestimmt sind, dass der Resonator bei breitbandiger Anregung vorwiegend mit diesen Frequenzen schwingt.

Unter einer laufzeitbasierten Lokalisierung einer Störung eines Signals wird verstan den, dass aufgrund der Laufzeit der Störung ermittelt wird, an welchem Ort die Stö rung hervorgerufen wurde.

Ein künstliches neuronales Netzwerk (KNN, englisch artificial neural network - ANN) ist insbesondere ein in einem Rechenprogramm nachgebildetes Netzwerk aus ver netzten künstlichen Neuronen. Die künstlichen Neuronen sind dabei typischerweise auf verschiedenen Schichten (layers) angeordnet. Üblicherweise umfasst das künstli che neuronale Netzwerk eine Eingangsschicht und eine Ausgabeschicht (output layer), deren Neuronenausgabe als einzige des künstlichen neuronalen Netzwerks sichtbar wird. Zwischen der Eingangsschicht und der Ausgabeschicht liegende Schichten werden typischerweise als verdeckte Schichten (hidden layer) bezeichnet. Typischerweise wird zunächst eine Architektur bzw. Topologie eines künstlichen neu ronalen Netzwerks initiiert und dann in einer Trainingsphase für eine spezielle Auf gabe oder für mehrere Aufgaben in einer Trainingsphase trainiert.

Mustererkennung (Pattern Recognition) ist die Fähigkeit, in einer Menge von Daten Regelmäßigkeiten, Wiederholungen, Ähnlichkeiten oder Gesetzmäßigkeiten zu er kennen.

Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, Annäherungen an einer Oberfläche und/oder Berührungen einer Oberfläche eines Benutzers aufgrund einer Störung ei nes signaldurchflossenen Leiters zu detektieren.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass Annäherungen bzw. Berührungen eines signaldurchflossenen Leiters ein in dem Leiter übertragenes Signal stören. Diese Störung ergibt sich aus der Änderung der Ausbreitungseigen schaften (Impedanz) einer Welle. Sie ist gegeben durch die Brechzahl n des Ausbrei tungsmediums, welche als das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit für das Medium c _M relativ zu der im Vakuum c ₀ definiert ist. Sie kann auch durch die Wurzel des Produkts aus relativer Permeabilität m _G und relativer Permittivität e _r ausgedrückt werden:

Mit den Impedanzen Z _j : welche nicht direkt mit den Ausbreitungsgeschwindigkeiten Zusammenhängen, ergibt sich für die Reflektion R: und die Transmission T: wobei I _H , IR und I _T die Intensitäten der eingehenden, reflektierten und transmittierten Welle bedeuten.

Bei einer Störung an einem Übergang zu einem Medium mit größerer Impedanz als der des Kabels findet keine Phaseninversion, im umgekehrten Fall findet eine Pha seninversion (Sprung um -180°) statt.

Das gleiche System wie zuvor kann auch mit anderen Testsignalen, beispielsweise Rauschen, angeregt werden. Dabei sind die gleichen physikalischen Zusammen hänge wirksam.

Um eine Berührung bzw. Annäherung nicht nur zu detektieren, sondern auch zu lo kalisieren, ist es wesentlich, die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals in dem Leiter zu reduzieren, derart dass sich eine detektierte Störung räumlich in dem Leiter auflösen lässt. Hierfür sieht die Erfindung verschiedene kontinuierliche und diskrete Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit vor, die im Folgenden noch be schrieben werden.

Es versteht sich, dass der elektrische Leiter als Leiterpaar mit einem Hinleiter und mit einem Rückleiter ausgebildet sein kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass ledig lich ein elektrischer Leiter vorgesehen ist und ein Rückleiter durch die Umgebung ge bildet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Sensor weiter eine Auswerteeinheit auf, die ausgebildet ist, eine Störung des Signals in dem Leiter basierend auf dem von der Signalquelle beaufschlagten elektrischen Signal, einem Simulationsmodell und dem von dem Signalempfänger empfangenen Signal zu detektieren und zu lokalisieren. Die Auswerteeinheit kann dabei ein oder mehrere gesonderte Bauteile umfassen o- der in anderen Bestandteilen des Sensors integriert sein.

Dabei kann die Auswerteeinheit beispielsweise ausgebildet sein, ein Simulationsmo dell bereitzustellen. Außerdem kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, eine Para meteridentifikation basierend auf dem empfangenen Signal, das auch Messignal ge nannt wird, dem elektrischen Signal, das dem Leiter aufgeprägt wird, und dem Simu lationsmodell durchzuführen. Dabei kann basierend auf der Parameteridentifikation, beispielsweise basierend auf einer Abweichung identifizierter Parameterwerte von Standardwerten, eine Störung lokalisiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsge schwindigkeit zumindest ein diskretes Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsge schwindigkeit.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Mittel zur Reduk tion der Ausbreitungsgeschwindigkeit ein permittives Material mit einer relativen Per- mittivität größer als 1 , insbesondere größer als 8, auf. Dementsprechend kann vorge sehen sein, dass das permittive Material den elektrischen Leiter ummantelt. Es ver steht sich, dass das permittive Material den elektrischen Leiter nicht unmittelbar bzw. direkt ummanteln muss, sondern dass auch weitere Zwischenschichten vorgesehen sein können. In diesem Sinne spricht man auch von einer Beladung bzw. Beschich tung des Drahtes mit dem permittiven Material.

Als permittive Materialien eignen sich beispielsweise Tonerde mit einer relativen Per- mittivität von 9, Glycerin mit einer relativen Permittivität von 42,5, Wasser mit einer relativen Permittivität von in etwa 80, Bariumtitanat mit einer relativen Permittivität von 10 ³ bis 10 ⁴

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Mittel zur Reduk tion der Ausbreitungsgeschwindigkeit ein permeables Material mit einer Permeabili tätszahl größer als 1 , insbesondere größer als 4, auf. Dementsprechend kann vorge sehen sein, dass das permeable Material den elektrischen Leiter ummantelt. Es versteht sich, dass das permeable Material den elektrischen Leiter nicht unmittelbar bzw. direkt ummanteln muss, sondern dass auch weitere Zwischenschichten vorge sehen sein können. In diesem Sinne spricht man auch von einer Beladung bzw. Be schichtung des Drahtes mit dem permeablen Material.

Als permeable Materialien eignen sich beispielsweise Eisen mit einer Permeabilitäts zahl von 300 - 10 000, Ferrite mit einer Permeabilitätszahl von 4 - 15 000 oder Mumetall mit einer Permeabilitätszahl von 700 - 500 000.

Es versteht sich, dass die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit sowohl ein permittives als auch ein permeables Material aufweisen können. Es versteht sich weiter, dass die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit mehrteilig oder als Schichtaufbau ausgebildet sein können. Bezüglich denkbarer Kombinationsmöglichkeiten von permittiven und permeablen Materialien wird auf die Zeichnungen verwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit eine Schichtung aus dem permittiven Material und dem permeablen Material auf. Die Schichtung kann als Mantel, der den elektrischen Leiter ummantelt, ausgebildet sein. Alternativ kann die Schichtung auch einen Kern des elektrischen Leiters bilden. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass der elektrische Leiter als Hohlleiter ausgebildet ist oder dass der elektrische Leiter die Schichtung anderweitig umgibt.

Bei ausreichend temperaturbeständigen Materialien lässt sich eine Schichtung zum Beispiel durch Schäumen hersteilen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Leiter bezüglich des permeablen Materials radial außen angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass der elektrische Leiter auf das permeable Material aufgewickelt, aufgeflochten oder dergleichen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das permeable Material ein dielektrisches Material, also ein elektrisch nichtleitendes Material ist, oder dass zwischen dem permeablen Material und dem elektrischen Leiter ein Dielektrikum vorgesehen ist. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass der elektrische Leiter als Draht ausgebildet ist, der das permeable Material umwickelt. Dementsprechend bildet das permeable Material einen Kern und der Draht eine Spule. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der elektrische Leiter als Geflecht oder Gewebe ausgebildet ist und das permeable Material umhüllt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umhüllt das permitt ive Material den Leiter. Die Umhüllung kann beispielsweise als Schlauch oder als Schaum, die auf den Leiter aufgebracht ist, ausgebildet sein.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das permittive Material den Leiter elektrisch von dem permeablen Material isoliert, also dass das permittive Material als dielektrische Zwischenschicht zwischen dem Leiter und dem permeablen Material ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebenen Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit reduzieren die Ausbreitungsgeschwindigkeit kontinuierlich, indem sie den Leiter auf einer bestimmten Länge umgeben.

Alternativ können auch diskrete Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit mehrere Resonatoren auf.

Diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass die Resonatoren entlang des elektrischen Leiters in einer Serien- oder Parallelschaltung angeordnet sind.

Ferner versteht es sich, dass diskrete Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit auch mit kontinuierlichen Mitteln zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit kombiniert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor mäanderförmig und/oder spiralförmig ausgebildet, d. h. der elektrische Leiter verläuft mäanderförmig und/oder spiralförmig. Somit lässt sich eine Oberfläche mit beliebig engen oder weiten Mäandern bzw. Spiralen des Leiters bedecken. Zudem lässt sich somit ein Sensor auf einer beliebigen Oberfläche konturfolgend zu der Oberfläche aufbringen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Lokalisierung der Störung laufzeitbasiert. Dementsprechend lässt sich eine Störung anhand ihrer Laufzeit einer Position auf dem Leiter, an dem die Störung hervorgerufen wurde, zuordnen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Lokalisierung der Störung aufgrund statistischer Mittel, insbesondere aufgrund eines neuronalen Netzwerks. Bei einem ausreichend trainierten neuronalen Netzwerk lassen sich auch überlagerte Störstellen lokalisieren, ohne das Signal der überlagerten Störstellen zu entfalten.

Überlagerte Störstellen sind eine mathematische Faltung mehrerer Störungen. Dementsprechend lässt sich ein überlagertes Störsignal auch lokalisieren, indem das Signal entfaltet wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Lokalisierung der Störung mittels einer Mustererkennung in dem Signal. Anschaulich gesprochen lässt sich ein elektrisches Signal auch ähnlich zu einem Bild auswerten und speichern, indem Daten zu dem Signal in einer Matrix mit Zeilen- und/oder Spalteneinträgen gespeichert werden. In einer Bilddatei entspricht dies den Daten eines Pixels. Die Matrix mit den Daten zu dem Signal lässt sich mittels einer Mustererkennung auswerten. Somit lassen sich auch Störungen lokalisieren.

Bei Mehrfachberührungen oder einer Kombination aus Berührungen und Annäherungen kommt es zu einer Überlagerung von Störsignalen.

Dementsprechend versteht es sich, dass die Erfindung geeignet ist, Mehrfachberührungen oder eine Kombination aus Berührungen und Annäherungen zu lokalisieren, indem die vorstehend beschriebenen Mittel geeignet sind überlagerte Störsignale zu lokalisieren. Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Loka lisieren einer Störung mit einem Sensor nach einer der zuvor beschriebenen Ausfüh rungsformen. Das Verfahren umfasst die Schritte Beaufschlagen eines elektrischen Leiters des Sensors mit einem elektrischen Signal, Bereitstellen eines Simulations modells, Empfangen eines Messignals von einem Signalempfänger, Durchführen ei ner Parameteridentifikation basierend auf dem Messsignal, dem elektrischen Signal und dem Simulationsmodell, und Lokalisieren der Störung basierend auf der Parame teridentifikation.

Das Beaufschlagen eines elektrischen Leiters des Sensors mit dem elektrischen Sig nal kann ein Erzeugen des elektrischen Signals durch eine Signalquelle und/oder ein Ausgeben des elektrischen Signals an den elektrischen Leiter umfassen. Das elektri sche Signal kann Pulse, Spannungssprünge, Sweeps, Chirps oder Rauschsignale umfassen. Das Beaufschlagen eines elektrischen Leiters des Sensors mit dem elektrischen Signal kann auch als Anregen des elektrischen Leiters mit dem elektri schen Signal bezeichnet werden.

Dadurch, dass das Verfahren ein Beaufschlagen eines Leiters mit einem elektrischen Signal umfasst, kann das Verfahren mit geringem konstruktiven Aufwand umgesetzt werden.

Das Bereitstellen des Simulationsmodells kann ein Bereitstellen eines digitalen Simu lationsmodells in einem elektronischen Speicher umfassen, beispielsweise in einem RAM, einem Festplattenspeicher oder einem Solid State Disk Speicher. Das Simula tionsmodell kann beispielsweise eine oder mehrere Differentialgleichungen umfas sen. Das Simulationsmodell kann eine numerische Modellierung umfassen, zum Bei spiel eine numerische Modellierung von einer oder mehreren Differentialgleichungen.

Das Empfangen des Messsignals kann beispielsweise durch einen Signalempfänger erfolgen. Das Messsignal kann dabei auch als Antwort auf das elektrische Signal, mit dem der Leiter beaufschlagt wurde, bezeichnet werden. Das Empfangen des Messig nals kann auch als Empfangen des elektrischen Signals, mit dem der Leiter beauf schlagt wurde, bezeichnet werden. Die Parameteridentifikation kann auch als Funktionsfit bezeichnet werden. Die Para meteridentifikation kann ein Bestimmen von Werten für eine oder mehrere Induktivi täten, Widerstände, Kapazitäten und/oder Leitwerten. Beispielsweise kann die Para meteridentifikation durch eine Auswerteeinheit durchgeführt werden.

Das Lokalisieren der Störung basiert auf der Parameteridentifikation. Beispielsweise kann aus einer Abweichung eines durch die Parameteridentifikation identifizierten Parameters von einem Standardwert für den Parameter eine Störung erkannt und lo kalisiert werden. Wenn beispielsweise eine vierte Induktivität von einem Standard wert für die Induktivität abweicht, könnte eine metallische Störung in einem Bereich eines vierten Bauteils entlang des Leiters lokalisiert werden.

Dadurch, dass das Verfahren ein Durchführen einer Parameteridentifikation umfasst, kann das Verfahren auch eine ungewöhnliche Störung präzise lokalisieren.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren weiter Simulieren eines Simulati onssignals basierend auf dem Simulationsmodell und dem elektrischen Signal, wobei die Parameteridentifikation zusätzlich auf dem Simulationssignal basiert. Die Para meteridentifikation basiert in diesem Fall auf dem Messsignal, dem elektrischen Sig nal, dem Simulationsmodell und dem Simulationssignal.

Dadurch, dass das Verfahren das Simulieren eines Simulationssignals umfasst, kann die Parameteridentifikation auf einer Abweichung des Messsignals von dem Simulati onssignal, und nicht nur auf einer Abweichung des Messsignals von dem elektri schen Signal, mit dem der Leiter beaufschlagt wird, basieren. Dadurch kann die Pa rameteridentifikation zuverlässiger und präziser durchgeführt werden. Somit kann eine Störung zuverlässiger und präziser lokalisiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung erfolgt das Lokalisieren der Störung laufzeitbasiert. Da bei wird aufgrund einer Laufzeit der Störung ermittelt, an welchem Ort die Störung hervorgerufen wurde.

Dadurch kann die Störung besonders einfach lokalisiert werden. Gemäß einer Weiterbildung erfolgt das Lokalisieren der Störung aufgrund statisti scher Mittel, insbesondere aufgrund eines neuronalen Netzwerks.

Gemäß einer Weiterbildung erfolgt das Lokalisieren der Störung mittels einer Muster erkennung in dem Signal.

Weitere Vorteile des Verfahrens können den Vorteilen der korrespondierenden Merk male des Sensors entnommen werden.

Es versteht sich, dass Geräte mit einer Oberfläche, welche von einem Sensor, wie vorstehend beschrieben wurde, benetzt sind, wobei der Sensor eingerichtet ist, Berührungen des Geräts und Gesten in einer Umgebung des Geräts zu detektieren und zu lokalisieren, vorteilhaft sind. Dementsprechend ist der Sensor wie vorstehend beschrieben wurde geeignet beliebig geformte Oberflächen konturfolgend zu benetzen.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figu ren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Figur 1 eine schematische Skizze zum Wirkprinzip der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 5 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 6 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 7 ein Ersatzschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 8 ein Diagramm zur Signalausbreitung in einem Leiter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 9 eine Prinzipskizze einer Detailansicht gemäß einer Ausführungs form der Erfindung;

Figur 10 eine Prinzipskizze einer Detailansicht gemäß einer Ausführungs form der Erfindung;

Figur 11 eine Prinzipskizze einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 12 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfin dung;

Figur 13 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 14 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 15 eine detaillierte Ansicht eines Schaltbilds der Ausführungsform aus Fig. 14; sowie

Figur 16 eine alternative detaillierte Ansicht eines Schaltbilds der Ausfüh rungsform aus Fig. 14. Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsfor men der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzep ten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile erge ben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.

In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Figur 1 zeigt Äquipotenzialschnittlinien 1 durch Äquipotenzialflächen eines signal durchflossenen Leiters 2, wobei das Signal in einer ersten Detailansicht A der Figur 1 nicht gestört ist. Figur 1 zeigt eine zweite Detailansicht B, in der sich ein menschli ches Körperteil 4 dem signaldurchflossenen Leiter 2 annähert. Aufgrund der Annähe rung verändern sich die Äquipotenzialschnittlinien 3 durch Äquipotenzialflächen ge genüber der Detailansicht A.

Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Sen sors 20. Der Sensor 20 umfasst eine Signalquelle (nicht dargestellt), ein Koppelele ment, beispielsweise einen Richtkoppler, (nicht dargestellt) einen Signalempfänger (nicht dargestellt), eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) sowie einen elektrischen Leiter 21 und Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 22. Die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit umfassen ein permeables Material 23 und ein permittives Material 24. Die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwin digkeit 22 umhüllen den elektrischen Leiter 21 , wobei das permeable Material 23 den elektrischen Leiter 21 unmittelbar umhüllt und das permittive Material 24 das perme able Material 23 umhüllt. In Figur 2 ist das permeable Material 23 ein elektrisch nicht- leitendes Material. Alternativ kann das permeable Material 23 elektrisch leitend sein, wenn zwischen dem permeablen Material 23 und dem elektrischen Leiter eine elektri sche Isolierung ausgebildet ist. Figur 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Sen sors 30. Der Sensor 30 umfasst eine Signalquelle (nicht dargestellt), ein Koppelele ment, beispielsweise einen Richtkoppler, (nicht dargestellt) einen Signalempfänger (nicht dargestellt), eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) sowie einen elektrischen Leiter 31 und Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 32. Der elektri sche Leiter 31 ist als gewickelter Draht ausgebildet. Die Mittel zur Reduktion der Aus breitungsgeschwindigkeit umfassen ein permeables Material 33 und ein permittives Material 34. Die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 32 umgeben den elektrischen Leiter 31 , wobei der elektrische Leiter um das permeable Material 33 gewickelt ist und das permittive Material 34 den elektrischen Leiter 31 umhüllt bzw. ummantelt. In Figur 3 ist das permeable Material 33 ein elektrisch nichtleitendes Material. Alternativ kann das permeable Material 33 elektrisch leitend sein, wenn zwi schen dem permeablen Material 33 und dem elektrischen Leiter eine elektrische Iso lierung ausgebildet ist.

Figur 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Sen sors 40. Der Sensor 40 umfasst eine Signalquelle (nicht dargestellt), ein Koppelele ment, beispielsweise einen Richtkoppler, (nicht dargestellt) einen Signalempfänger (nicht dargestellt), eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) sowie einen elektrischen Leiter 41 und Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 42. Der elektri sche Leiter 41 ist als gewickelter Draht ausgebildet. Die Mittel zur Reduktion der Aus breitungsgeschwindigkeit umfassen ein permeables Material 43 und ein permittives Material 44. Die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 42 umgeben den elektrischen Leiter 41 , wobei der elektrische Leiter um das permeable Material 43 gewickelt ist und das permittive Material 44 als elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Leiter 41 und dem permeablen Material 43 ausgebildet ist. In Figur 4 ist der elektrische Leiter 41 von dem permittiven Material 44 umspritzt, derart dass auch das permittive Material 44 um das permeable Material 43 gewickelt ist.

Die Figuren 5 und 6a, b zeigen jeweils eine diskrete Realisierung eines Sensors 50 bzw. 60 bzw. 65 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 50 bzw. der Sensor 60 bzw. der Sensor 65 umfasst eine Signalquelle (nicht dargestellt), ein Koppelelement, beispielsweise einen Richtkoppler, (nicht dargestellt) einen Signal empfänger (nicht dargestellt), eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) sowie einen elektrischen Leiter 51 bzw. 61 und Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwin digkeit 52 bzw. 62.

Die diskreten Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 52 umfassen mehrere Parallelresonatoren 53 die entlang des elektrischen Leiters 51 angeordnet sind. Die Resonatoren werden durch eine Kapazität 54 und durch eine Spule 53, die einen Schwingkreis bilden, gebildet.

In Figur 6a umfassen die Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 62 mehrere Serienresonatoren, die entlang des elektrischen Leiters 61 angeordnet sind. Die Resonatoren werden durch eine Kapazität 64 und durch eine Spule 63, die einen Schwingkreis bilden, gebildet.

Figur 6b zeigt eine alternative Anordnung der Resonatoren mit jeweils einer Spule 63 und einer Kapazität 62 entlang eines elektrischen Leiters 61.

Figur 7 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Sensors gemäß einer kontinuier lichen oder diskreten Realisierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem Ersatzschaltbild ist ein Berührfinger 72 durch eine Kapazität 73 dargestellt. Dementsprechend verändert eine Berührung die Kapazität eines Leiters 71 im Be reich der Berührung. Die kontinuierlichen oder diskreten Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit lassen sich in dem Ersatzschaltbild durch Parallelre sonatoren 74 darstellen. Es versteht sich, dass sich das Ersatzschaltbild weiter ver einfachen lässt.

Figur 8 zeigt ein Diagramm zur Ausbreitung eines Signals 80 in mehreren Zeitschrit ten bzw. zur Gruppengeschwindigkeit 86 in einem elektrischen Leiter, der von einem menschlichen Körperteil berührt wird. In dem Bereich der Berührung 85 kommt es zu einer Störung 81 des Signals 80 mit einem reflektierten Anteil bzw. mit einer Refle xion 83 und mit einem transmittierten Anteil bzw. mit einer Transmission 84. Die Stö rung 81 des Signals bewirkt eine Phasenumkehrung 82. Figur 9 bzw. Figur 10 zeigt jeweils eine Anordnung eines elektrischen Leiters 90 ei nes Sensors. In Figur 9 verläuft der elektrische Leiter 90 mäanderförmig. In Figur 10 verläuft der elektrische Leiter 90 spiralförmig.

Figur 11 zeigt ein Lenkrad 110, dessen Oberfläche teilweise von einem Sensor mit einem elektrischen Leiter 90 benetzt ist.

Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten eines Sensors 120 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 120 umfasst eine Signal quelle 121 , einen Richtkoppler 122, der die Signalquelle 121 mit einer elektrischen Leiter 123 verkoppelt, zwei Signalempfänger 124 an jeweils einem Ende des elektri schen Leiters 123, die als AD-Wandler ausgebildet sind, zwei Auswerteeinheiten 125 an jeweils einem Ende des elektrischen Leiters 123 sowie einen elektrischen Ab schluss 126.

Figur 13 zeigt eine weitere diskrete Realisierung eines Sensors 130 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 130 umfasst ähnlich zu den in den Figuren 5, 6a und 6b eine Signalquelle (nicht dargestellt) einen Signalempfänger (nicht dargestellt), eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) sowie ein elektrisches Lei terpaar 131 sowie Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 132. Eben falls nicht dargestellt ist ein optionales Koppelelement.

Diese Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit 132 sind in diesem Aus führungsbeispiel ebenfalls diskret aufgebaut und werden durch das vereinfachte Er satzschaltbild bestehend aus Induktivität L, Widerstand R, Kapazität C und Leitwert G dargestellt. Eine am Eingang angelegte Eingangsspannung Uin und Eingangsstrom iin erzeugen gemäß dem Ersatzschaltbild eine Ausgangsspannung u _out und einen Ausgangsstrom i _out .

Figur 14 zeigt eine schematische Ansicht eines Sensors 140 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 140 ist vorliegend beispielhaft in ein Lenkrad 141 integriert und besteht aus mehreren Leitungsabschnitten 142, von de nen exemplarisch vier mit einem Bezugszeichen versehen sind. Jeder einzelne Leitungsabschnitt 142 umfasst Mittel zur Reduktion der Ausbreitungs geschwindigkeit 143 entlang eines elektrischen Leiterpaars 144, die hier vereinfacht als eine Kombination aus den diskreten Mitteln einer Induktivität und einer Kapazität dargestellt sind und von denen nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Es versteht sich, dass auch andere diskrete oder nichtdiskrete Mittel zusätzlich oder al ternativ verwendet werden können.

Durch eine nicht gezeigte Signalquelle des Sensors 140 wird das elektrische Leiter paar 144 am Eingang 145 mit einem elektrischen Signal beaufschlagt, das am Aus gang 146 von einem ebenfalls nicht gezeigten Signalempfänger empfangen wird. Es kann auch gesagt werden, dass am Ausgang 146 von dem Signalempfänger das Messsignal empfangen wird. Der Signalempfänger stellt dieses elektrische Signal ei ner nichtgezeigten Auswerteeinheit bereit, die ausgebildet ist, eine Störung des Sig nals in dem elektrischen Leiterpaar 144, die durch eine Berührung und/oder Annäh rung eines menschlichen Berührfingers verursacht wird, zu detektieren und zu lokali sieren. Dabei ist die Auswerteeinheit optional durch ein ebenfalls nicht gezeigtes Koppelelement galvanisch von dem elektrischen Leiterpaar getrennt.

Die Auswerteeinheit ist dabei ausgebildet, ein Simulationsmodell des Sensors bereit zustellen, und basierend auf dem Messsignal, dem elektrischen Signal und dem Si mulationsmodell eine Parameteridentifikation durchzuführen. Außerdem ist die Aus werteeinheit ausgebildet, die Störung basierend auf der Parameteridentifikation zu lokalisieren.

In einer ebenfalls nicht abgebildeten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit zusätz lich ausgebildet, basierend auf dem Simulationsmodell und dem elektrischen Signal ein Simulationssignal zu simulieren, und die Parameteridentifikation zusätzlich basie rend auf dem Simulationssignal durchzuführen.

Dadurch, dass der Sensor eine Auswerteeinheit umfasst, kann die Störung beson ders präzise lokalisiert werden. Dadurch, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, eine Parameteridentifikation durchzuführen, kann auch eine ungewöhnliche Störung präzise und zuverlässig lokalisiert werden.

Figur 15 zeigt eine Ausführungsform des Sensors 140 aus Fig. 14, wobei ein Aus gang 146 des elektrischen Leiterpaars 144 direkt, d.h. unmittelbar mit einer Auswer teeinheit 150 verbunden ist. Weiterhin sind in Fig. 15 im Detail die durch das Ersatz schaltbild wie in Fig. 13 abgebildeten diskreten Mittel zur Reduktion der Ausbrei tungsgeschwindigkeit 132 gezeigt, bestehend aus einer Induktivität L, einem Wider stand R, einer Kapazität C und einem Leitwert G.

In Figur 16 ist eine alternative Ausführungsform von Figur 15 gezeigt. Hier ist abwei chend von der Ausführungsform wie in Figur 15 der Ausgang des Leiterpaars 146 nicht direkt oder unmittelbar mit der Auswerteeinheit 150 verbunden, sondern über eine Koppelelement 160 galvanisch getrennt.

Bezuqszeichen Äquipotenzialschnittlinien Leiter Äquipotenzialschnittlinien menschliches Körperteil Sensor elektrischer Leiter Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit permeables Material permittives Material Sensor elektrischer Leiter Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit permeables Material permittives Material Sensor elektrischer Leiter Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit permeables Material permittives Material Sensor elektrischer Leiter Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit Resonator Kapazität Spule Sensor elektrischer Leiter

Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit

Spule

Kapazität

Sensor elektrischer Leiter Berührfinger Kapazität Parallelresonator

Signal

Störung

Phasenumkehrung Reflexion Transmission Bereich der Berührung Gruppengeschwindigkeit elektrischer Leiter Lenkrad

Sensor

Signalquelle

Richtkoppler elektrischer Leiter

Signalempfänger

Auswerteeinheit elektrischer Abschluss

Sensor elektrisches Leiterpaar

Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit C Kapazität

G Leitwert

L Induktivität

R Widerstand

140 Sensor

141 Lenkrad

142 Leitungsabschnitt

143 Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit

144 elektrisches Leiterpaar

145 Eingang

146 Ausgang

147 Berührfinger

150 Auswerteeinheit

160 Koppelelement

Liste von Ausführunqsbeisoielen

Die Erfindung wird nun exemplarisch anhand von diversen Ausführungsbeispielen beschrieben:

Beispiel 1 : Berührungs- und gestenempfindlicher Sensor mit einem elektrischen Lei ter zur Übertragung von elektrischen Signalen, einer Signalquelle, welche den Leiter mit einem elektrischen Signal beaufschlagt, einem Signalempfänger, welcher das elektrische Signal empfängt und mit einem Mittel zur Reduktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals in dem Lei ter, wobei der Sensor eingerichtet ist, eine Störung des Signals in dem Leiter zu detektie- ren und zu lokalisieren.

Beispiel 2: Sensor nach Beispiel 1 , wobei das Mittel zur Reduktion der Ausbreitungs geschwindigkeit ein permittives Material mit einer relativen Permittivität größer als eins, insbesondere größer als acht, aufweist.

Beispiel 3: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei das Mittel zur Re duktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit ein permeables Material mit einer Permea bilitätszahl größer als eins, insbesondere größer als vier, aufweist.

Beispiel 4: Sensor nach Beispiel 2 und 3, wobei das Mittel zur Reduktion der Ausbrei tungsgeschwindigkeit eine Schichtung aus dem permittiven Material und dem perme ablen Material aufweist.

Beispiel 5: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der Leiter bezüg lich des permeablen Materials radial außen angeordnet ist, insbesondere auf das permeable Material aufgewickelt, aufgeflochten oder dergleichen ist.

Beispiel 6: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei das permittive Ma terial den Leiter umhüllt. Beispiel 7: Sensor nach Beispiel 6, wobei das permittive Material den Leiter elektrisch von dem permeablen Material isoliert.

Beispiel 8: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei das Mittel zur Re duktion der Ausbreitungsgeschwindigkeit mehrere Resonatoren aufweist.

Beispiel 9: Sensor nach Beispiel 8, wobei die Resonatoren in Serie und/oder parallel geschaltet sind.

Beispiel 10: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei der elektrische Leiter mäanderförmig und/oder spiralförmig ausgebildet ist.

Beispiel 11 : Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Lokalisierung der Störung laufzeitbasiert erfolgt.

Beispiel 12: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Lokalisierung der Störung aufgrund statistischer Mittel, insbesondere aufgrund eines neuronalen Netzwerks, erfolgt.

Beispiel 13: Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele, wobei die Lokalisierung der Störung mittels einer Mustererkennung in dem Signal erfolgt.

Beispiel 14: Gerät, insbesondere Lenkrad, mit einer Oberfläche, welche von einem Sensor nach einem der vorstehenden Beispiele benetzt ist, wobei der Sensor einge richtet ist, Berührungen des Geräts und Gesten in einer Umgebung des Geräts zu detektieren.