DE102015109549A1

DE102015109549A1 - Näherungsschalteranordnung mit einer Furche zwischen benachbarten Näherungssensoren

Info

Publication number: DE102015109549A1
Application number: DE102015109549.1A
Authority: DE
Inventors: Mahendra Somasara Dassanayake; Pietro Buttolo; Stuart C. Salter
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2015-12-31
Also published as: MX2015008054A; BR102015015181A2; RU2015125008A; CN105281737B; RU2015125008A3; TR201507630A2; MX351155B; CN105281737A; RU2676913C2

Abstract

Eine Näherungsschalteranordnung und ein Verfahren zum Detektieren der Aktivierung einer Näherungsschalteranordnung werden bereitgestellt. Die Anordnung umfasst mehrere Näherungsschalter, die jeweils einen Näherungssensor aufweisen, welcher ein Erfassungsaktivierungsfeld bereitstellt, und eine Steuerschaltungsanordnung, welche das Aktivierungsfeld jedes Näherungsschalters verarbeitet, um eine Aktivierung zu erfassen. Ein gefügiges Material liegt über den Näherungssensoren. Die Steuerschaltung überwacht das Aktivierungsfeld und bestimmt eine Aktivierung eines Näherungsschalters auf der Grundlage eines vom Sensor erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger eines Benutzers das gefügige Material herunterdrückt. Das gefügige Material kann ferner einen erhöhten Abschnitt und einen Luftspalt zwischen dem erhöhten Abschnitt und dem Sensor aufweisen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 22. Mai 2014 eingereichten US-Patentanmeldung 14/284 659 mit dem Titel "PLIABLE PROXIMITY SWITCH ASSEMBLY AND ACTIVATION METHOD", die eine Teilfortsetzung der am 30. Januar 2014 eingereichten US-Patentanmeldung 14/168 614 mit dem Titel "PROXIMITY SWITCH ASSEMBLY AND ACTIVATION METHOD HAVING VIRTUAL BUTTON MODE" ist, welche eine Teilanmeldung der am 11. April 2012 eingereichten US-Patentanmeldung 13/444 393 mit dem Titel "PROXIMITY SWITCH ASSEMBLY AND ACTIVATION METHOD WITH EXPLORATION MODE" ist. Die vorstehend erwähnten verwandten Anmeldungen werden hier durch Verweis aufgenommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schalter und insbesondere Näherungsschalter mit einer verbesserten Bestimmung einer Schalteraktivierung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit verschiedenen vom Benutzer betätigbaren Schaltern versehen, beispielsweise mit Schaltern zum Betätigen von Vorrichtungen in der Art elektrisch angetriebener Fenster, von Frontscheinwerfern, Scheibenwischern, Glasschiebedächern oder Schiebedächern, einer Innenbeleuchtung, Radio- und Informations- und Unterhaltungsvorrichtungen und verschiedener anderer Vorrichtungen. Im Allgemeinen müssen diese Schaltertypen von einem Benutzer betätigt werden, um eine Vorrichtung zu aktivieren oder zu deaktivieren oder irgendeinen Typ einer Steuerfunktion auszuführen. Näherungsschalter in der Art kapazitiver Schalter verwenden einen oder mehrere Näherungssensoren zum Erzeugen eines Erfassungsaktivierungsfelds und erfassen Änderungen am Aktivierungsfeld, welche eine Benutzerbetätigung des Schalters angeben, welche typischerweise durch einen Finger eines Benutzers in unmittelbarer Nähe oder in Kontakt mit dem Sensor hervorgerufen wird. Kapazitive Schalter sind typischerweise dafür ausgelegt, eine Benutzerbetätigung des Schalters auf der Grundlage eines Vergleichs des Erfassungsaktivierungsfelds mit einer Schwelle zu detektieren.
Schalteranordnungen verwenden häufig mehrere kapazitive Schalter in unmittelbarer Nähe zueinander und erfordern im Allgemeinen, dass ein Benutzer einen einzigen gewünschten kapazitiven Schalter auswählt, um den beabsichtigten Vorgang auszuführen. Bei einigen Anwendungen in der Art einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug hat der Fahrer des Fahrzeugs infolge einer Ablenkung des Fahrers eine begrenzte Fähigkeit, die Schalter zu sehen. Bei diesen Anwendungen ist es wünschenswert, es dem Benutzer zu ermöglichen, die Schalteranordnung für eine bestimmte Taste zu untersuchen, während eine verfrühte Bestimmung einer Schalteraktivierung vermieden wird. Dementsprechend ist es wünschenswert, zu unterscheiden, ob der Benutzer einen Schalter aktivieren möchte oder einfach eine spezifische Schalttaste untersucht, während er sich auf eine Aufgabe höherer Priorität in der Art des Fahrens konzentriert oder keine Absicht hat, einen Schalter zu aktivieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Näherungsschalteranordnung bereitzustellen, welche die Verwendung von Näherungsschaltern durch eine Person in der Art eines Fahrers eines Fahrzeugs verbessert.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Näherungsschalteranordnung vorgesehen. Die Näherungsschalteranordnung umfasst einen ein Aktivierungsfeld erzeugenden Näherungssensor, ein über dem Näherungssensor liegendes gefügiges Material und eine Steuerschaltung, die das Aktivierungsfeld überwacht und eine Aktivierung eines Näherungsschalters auf der Grundlage eines vom Sensor erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger eines Benutzers das gefügige Material herunterdrückt, bestimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Aktivierung eines Näherungsschalters vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens eines Aktivierungsfelds in Zusammenhang mit einem Näherungssensor und des Überwachens eines Signals, das das Aktivierungsfeld angibt. Das Verfahren umfasst auch die Schritte des Bestimmens einer Amplitude, wenn das Signal während eines minimalen Zeitraums stabil ist, und des Erzeugens einer Aktivierungsausgabe, wenn die Amplitude eine erste Amplitude um einen bekannten Betrag übersteigt, was angibt, dass ein Benutzer auf das über dem Näherungssensor liegende gefügige Material herunterdrückt.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden von Fachleuten, welche die folgende Beschreibung, die Ansprüche und die anliegende Zeichnung studieren, verstanden und gewürdigt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einer Überkopfkonsole, worin eine Näherungsschalteranordnung verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform,
2 eine vergrößerte Ansicht der Überkopfkonsole und der Näherungsschalteranordnung, die in 1 dargestellt sind,
3 eine vergrößerte Schnittansicht durch eine Linie III-III in 2, worin eine Mehrfachanordnung von Näherungsschaltern in Bezug auf einen Finger eines Benutzers dargestellt ist,
4 ein schematisches Diagramm eines kapazitiven Sensors, der in jedem der in 3 dargestellten kapazitiven Schalter verwendet wird,
5 ein Blockdiagramm der Näherungsschalteranordnung gemäß einer Ausführungsform,
6 einen Graphen des Signalzählwerts für einen Kanal in Zusammenhang mit einem kapazitiven Sensor, wodurch ein Aktivierungsbewegungsprofil dargestellt wird,
7 einen Graphen des Signalzählwerts für zwei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren, wodurch ein gleitendes Untersuchungs-/Erforschungsbewegungsprofil dargestellt wird,
8 einen Graphen des Signalzählwerts für einen Signalkanal in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren, wodurch ein langsames Aktivierungsbewegungsprofil dargestellt wird,
9 einen Graphen des Signalzählwerts für zwei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren, wodurch ein schnelles gleitendes Untersuchungs-/Erforschungsbewegungsprofil dargestellt wird,
10 einen Graphen des Signalzählwerts für drei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren in einem Untersuchungs-/Erforschungsmodus, wodurch eine stabile Drückaktivierung an der Spitze dargestellt wird, gemäß einer Ausführungsform,
11 einen Graphen des Signalzählwerts für drei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren in einem Untersuchungs-/Erforschungsmodus, wodurch eine stabile Drückaktivierung bei einem Signalabfall unter die Spitze dargestellt wird, gemäß einer anderen Ausführungsform,
12 einen Graphen des Signalzählwerts für drei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren in einem Untersuchungs-/Erforschungsmodus, wodurch ein erhöhter stabiler Druck auf eine Auflage zum Aktivieren eines Schalters dargestellt wird, gemäß einer weiteren Ausführungsform,
13 einen Graphen des Signalzählwerts für drei Kanäle in Zusammenhang mit den kapazitiven Sensoren in einem Untersuchungsmodus und der Auswahl einer Auflage auf der Grundlage eines erhöhten stabilen Drucks gemäß einer weiteren Ausführungsform,
14 ein Zustandsdiagramm von fünf Zuständen der mit einer Zustandsmaschine implementierten kapazitiven Schalteranordnung gemäß einer Ausführungsform,
15 ein Flussdiagramm einer Routine zum Ausführen eines Verfahrens zum Aktivieren eines Schalters der Schalteranordnung gemäß einer Ausführungsform,
16 ein Flussdiagramm der Verarbeitung der Schalteraktivierung und der Schalterfreigabe,
17 ein Flussdiagramm von Logik zum Schalten zwischen den Schalter-kein- und Schalter-aktiv-Zuständen,
18 ein Flussdiagramm von Logik zum Schalten vom aktiven Schalterzustand zum Schalter-kein- oder zum Schalterschwellenzustand,
19 ein Flussdiagramm einer Routine zum Schalten zwischen dem Schalterschwellen- und dem Schaltererforschungszustand,
20 ein Flussdiagramm eines Virtuelle-Taste-Verfahrens, wodurch der Schaltererforschungszustand implementiert wird,
21 einen Graphen des Signalzählwerts für einen Kanal in Zusammenhang mit einem kapazitiven Sensor mit einem Untersuchungsmodus und einem Virtuelle-Taste-Modus zum Aktivieren eines Schalters gemäß einer weiteren Ausführungsform,
22 einen Graphen des Signalzählwerts für den Virtuelle-Taste-Modus, worin eine Aktivierung nicht ausgelöst wird,
23 einen Graphen des Signalzählwerts für den kapazitiven Sensor im Untersuchungsmodus, worin weiter gezeigt ist, wenn der Schalter aktiviert wird, gemäß der Ausführungsform aus 21,
24 einen Graphen des Signalzählwerts für einen kapazitiven Sensor, wodurch weiter gezeigt wird, wenn Aktivierungen ausgelöst werden, gemäß der Ausführungsform aus 21,
25 einen Graphen des Signalzählwerts für einen kapazitiven Sensor, wodurch weiter ein Zeitablauf für das Verlassen des Virtuelle-Taste-Modus und das Wiedereintreten in den Virtuelle-Taste-Modus gezeigt wird, gemäß der Ausführungsform aus 21,
26 ein Flussdiagramm einer Routine zum Verarbeiten des Signalkanals mit einem Virtuelle-Taste-Modus gemäß der in 21 dargestellten Ausführungsform,
27 ein Flussdiagramm eines Virtuelle-Taste-Verfahrens zum Verarbeiten des Signalkanals gemäß der Ausführungsform aus 21,
28A eine Schnittansicht einer Näherungsschalteranordnung mit Näherungsschaltern und einem darüber liegenden gefügigen Material in Bezug auf einen in einer ersten Position dargestellten Finger eines Benutzers gemäß einer anderen Ausführungsform,
28B eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung aus 28A, worin der Finger des Benutzers weiter in einer zweiten Position dargestellt ist,
28C eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung aus 28A, worin weiter ein Herunterdrücken des Fingers in die gefügige Schicht in einer dritten Position dargestellt ist,
28D einen Graphen des durch einen der Näherungssensoren erzeugten Signals ansprechend auf eine Bewegung des Fingers und ein Herunterdrücken der gefügigen Abdeckung, wie in den 28A–28C dargestellt ist,
29A eine Schnittansicht einer Näherungsschalteranordnung, welche ein gefügiges Abdeckmaterial mit erhöhten Gebieten mit Luftspalten verwendet, und eines in einer ersten Position dargestellten Fingers eines Benutzers gemäß einer weiteren Ausführungsform,
29B eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung aus Figur 29A, worin weiter der Finger des Benutzers in einer zweiten Position dargestellt ist,
29C eine Schnittansicht der in 29A dargestellten Näherungsschalteranordnung, worin weiter das Herunterdrücken des Schalters durch einen Finger eines Benutzers in einer dritten Position dargestellt ist,
29D einen Graphen eines durch einen der Sensoren ansprechend auf eine Bewegung des Fingers, wie in den 29A–29C dargestellt ist, erzeugten Signals,
30 ein Zustandsdiagramm verschiedener Zustände der kapazitiven Schalteranordnung mit dem bedeckenden gefügigen Material und eines Virtuelle-Taste-Modus,
31 ein Flussdiagramm einer Routine zum Verarbeiten des mit einem Näherungsschalter mit einer Abdeckung eines gefügigen Materials erzeugten Signals gemäß einer Ausführungsform.
32 eine perspektivische Schnittansicht einer Fahrzeugüberkopfkonsole mit einer Näherungsschalteranordnung, die Vertiefungen in dem Substrat verwendet und eine gefügige Abdeckung gemäß einer Ausführungsform;
33 eine Draufsicht auf die Überkopfkonsole und die Schalteranordnung, die in 32 gezeigt ist, wobei die Sensoren und Vertiefungen in versteckten Strichlinien gezeigt sind;
34A eine Schnittansicht der in 32 gezeigten Näherungsschalteranordnung und einen Finger eines Benutzers, der sich in der Darstellung in einer ersten Position befindet, gemäß einer Ausführungsform;
34B eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung aus Figur 34A, worin ferner der Finger des Benutzers in einer zweiten Position dargestellt ist;
34C eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung, wie in 34A zu sehen, worin ferner ein Herunterdrücken des Schalters durch einen Finger des Benutzers in einer dritten Position dargestellt ist;
34D einen Graphen zur Veranschaulichung eines durch einen der Näherungssensoren ansprechend auf eine Bewegung des Fingers, wie in 34A–34C gezeigt, erzeugten Signals;
35 eine perspektivische Schnittansicht einer Fahrzeugüberkopfkonsole mit einer Näherungsschalteranordnung, die eine Furche zwischen benachbarten Sensoren verwendet, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
36 eine Draufsicht auf die Überkopfkonsole und die Schalteranordnung, die in 35 gezeigt sind, wobei die Sensoren, Vertiefungen und Furchen in versteckten Linien gezeigt sind;
37A eine Schnittansicht der in 35 gezeigten Näherungsschalteranordnung und einen Finger eines Benutzers, der sich in der Darstellung in einer ersten Position befindet, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
37B eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung aus 37A, worin ferner der Finger des Benutzers in einer zweiten Position dargestellt ist;
37C eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung, wie in 37A zu sehen, worin ferner der Finger des Benutzers in einer dritten Position dargestellt ist;
37D eine Schnittansicht der Näherungsschalteranordnung, wie in 37A zu sehen, worin ferner der Finger des Benutzers in einer vierten Position dargestellt ist;
37E einen Graphen zur Veranschaulichung zweier von zwei der Sensoren ansprechend auf eine Bewegung des Fingers, wie in 37A–37D dargestellt, erzeugter Signale; und
38 eine Schnittansicht einer Näherungsschalteranordnung, die ein gefügiges Abdeckmaterial mit einer Vertiefung und einem erhöhten Gebiet in dem gefügigen Material über jeder Vertiefung verwendet, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie erforderlich, werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier offenbart, es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiel für die Erfindung dienen, welche in verschiedenen und alternativen Formen verwirklicht werden kann. Die Figuren entsprechen nicht notwendigerweise einem detaillierten Entwurf, und einige Schemata können übertrieben oder minimiert sein, um einen Funktionsüberblick zu zeigen. Daher sind spezifische hier offenbarte strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann anzuleiten, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten zu verwirklichen.
In den 1 und 2 ist das Innere eines Kraftfahrzeugs 10 allgemein als einen Fahrgastraum und eine Schalteranordnung 20 aufweisend gezeigt, wobei mehrere Näherungsschalter 22 mit einer Schaltaktivierungsüberwachung und Bestimmung verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 weist im Allgemeinen eine Überkopfkonsole 12 auf, die am Dachhimmel auf der Unterseite des Dachs oder der Decke am oberen Teil des Fahrzeugfahrgastraums, im Allgemeinen oberhalb des vorderen Fahrgastsitzbereichs, angebracht ist. Die Schalteranordnung 20 hat mehrere Näherungsschalter 22, die gemäß einer Ausführungsform nahe beieinander in der Überkopfkonsole 12 angeordnet sind. Die verschiedenen Näherungsschalter 22 können beliebige einer Anzahl von Fahrzeugvorrichtungen und -funktionen steuern, beispielsweise die Bewegung eines Schiebedachs oder Glasschiebedachs 16 steuern, die Bewegung einer Glasschiebedachblende 18 steuern, die Aktivierung einer oder mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen in der Art innerer Karten/Lese- und Deckenleuchten 30 steuern und verschiedene andere Vorrichtungen und Funktionen steuern.
Es ist jedoch zu verstehen, dass sich die Näherungsschalter 22 auch anderswo am Fahrzeug 10 befinden können, wie im Armaturenbrett, an anderen Konsolen in der Art einer Mittelkonsole, in eine Berührungsbildschirmanzeige 14 für ein Radio- oder Informations- und Unterhaltungssystem in der Art einer Navigations- und/oder Audioanzeige integriert, oder sich gemäß verschiedenen Fahrzeuganwendungen anderswo an Bord des Fahrzeugs 10 befinden können.
Die Näherungsschalter 22 werden hier gemäß einer Ausführungsform als kapazitive Schalter dargestellt und beschrieben. Jeder Näherungsschalter 22 weist wenigstens einen Näherungssensor auf, der ein Erfassungsaktivierungsfeld zum Erfassen eines Kontakts oder einer unmittelbaren Nähe (beispielsweise innerhalb eines Millimeters) eines Benutzers in Bezug auf den einen oder die mehreren Näherungssensoren in der Art einer Wischbewegung eines Fingers eines Benutzers bereitstellt. Demgemäß ist das Erfassungsaktivierungsfeld jedes Näherungsschalters 22 gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform ein kapazitives Feld und hat der Finger des Benutzers eine elektrische Leitfähigkeit und dielektrische Eigenschaften, die eine Änderung oder Störung des Erfassungsaktivierungsfelds bewirken, wie für Fachleute offensichtlich sein sollte. Fachleute werden jedoch verstehen, dass auch zusätzliche oder alternative Typen von Näherungssensoren verwendet werden können, wie induktive Sensoren, optische Sensoren, Temperatursensoren, resistive Sensoren oder dergleichen oder eine Kombination davon, jedoch ohne Einschränkung darauf. Als Beispiel dienende Näherungssensoren sind im "Touch Sensors Design Guide", 10620 D-AT42-04/09 vom 9. April 2009 von ATMEL® beschrieben, welcher hier durch Verweis in seiner Gesamtheit aufgenommen sei.
Die in den 1 und 2 dargestellten Näherungsschalter 22 stellen jeweils eine Steuerung einer Fahrzeugkomponente oder -vorrichtung bereit oder stellen eine festgelegte Steuerfunktion bereit. Einer oder mehrerer der Näherungsschalter 22 können eigens dafür vorgesehen sein, die Bewegung eines Schiebedachs oder Glasschiebedachs 16 zu steuern, um zu bewirken, dass sich das Glasschiebedach 16 in einer Öffnungs- oder Schließrichtung bewegt, um das Glasschiebedachs zu neigen oder um die Bewegung des Glasschiebedachs auf der Grundlage eines Steueralgorithmus zu unterbrechen. Ein oder mehrere andere Näherungsschalter 22 können eigens dafür vorgesehen sein, die Bewegung einer Glasschiebedachblende 18 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu steuern. Sowohl das Glasschiebedach 16 als auch die Blende 18 können jeweils ansprechend auf eine Betätigung des entsprechenden Näherungsschalters 22 durch einen Elektromotor betätigt werden. Andere Näherungsschalter 22 können eigens dafür vorgesehen sein, andere Vorrichtungen zu steuern, wie eine innere Karten/Lese-Lampe 30 einzuschalten, eine innere Karten/Lese-Lampe 30 auszuschalten, eine Deckenlampe ein- oder auszuschalten, den Kofferraum zu entriegeln, die hintere Klappe zu öffnen oder einen Türlichtschalter zu deaktivieren. Zusätzliche Steuerungen über die Näherungsschalter 22 können das Hochfahren und das Herunterfahren elektrisch betriebener Türfenster einschließen. Verschiedene andere Fahrzeugsteuerungen können durch die hier beschriebenen Näherungsschalter 22 gesteuert werden.
3 zeigt einen Abschnitt der Näherungsschalteranordnung 20 mit einer Mehrfachanordnung aus drei seriell angeordneten Näherungsschaltern 22 in enger Beziehung zueinander in Bezug auf einen Finger 34 eines Benutzers während der Verwendung der Schalteranordnung 20. Jeder Näherungsschalter 22 weist einen oder mehrere Näherungssensoren 24 zur Erzeugung eines Erfassungsaktivierungsfelds auf. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Näherungssensoren 24 durch Drucken leitender Tinte auf die obere Fläche der polymerischen Überkopfkonsole 12 gebildet werden. Ein Beispiel eines Näherungssensors 24 aus gedruckter Tinte ist in 4 dargestellt, welcher generell eine Ansteuerelektrode 26 und eine Empfangselektrode 28 aufweist, die jeweils verschränkte Finger zur Erzeugung eines kapazitiven Felds 32 aufweisen. Es sei bemerkt, dass jeder der Näherungssensoren 24 auch auf andere Weise gebildet werden kann, beispielsweise durch Montieren einer vorgeformten Leiterbahn auf einem Substrat gemäß anderen Ausführungsformen. Die Ansteuerelektrode 26 empfängt bei einer Spannung V_I angelegte Rechteckwellenansteuerpulse. Die Empfangselektrode 28 hat einen Ausgang zum Erzeugen einer Ausgangsspannung V_O. Es sei bemerkt, dass die Elektroden 26 und 28 in verschiedenen anderen Konfigurationen angeordnet werden können, um das kapazitive Feld als das Aktivierungsfeld 32 zu erzeugen.
Gemäß der hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsform wird an die Ansteuerelektrode 26 jedes Näherungssensors 24 eine Spannungseingabe V_I als Rechteckwellenpulse mit einem Ladepulszyklus angelegt, der ausreicht, um die Empfangselektrode 28 auf eine gewünschte Spannung aufzuladen. Die Empfangselektrode 28 dient dadurch als Messelektrode. Gemäß der dargestellten Ausführungsform überlappen benachbarte Erfassungsaktivierungsfelder 32, die durch benachbarte Näherungsschalter 22 erzeugt werden, einander leicht, gemäß anderen Ausführungsformen kann jedoch keine Überlappung existieren. Wenn ein Benutzer oder Bediener in der Art des Fingers 34 des Benutzers in ein Aktivierungsfeld 32 eintritt, detektiert die Näherungsschalteranordnung 20 die durch den Finger am Aktivierungsfeld 32 hervorgerufene Störung und bestimmt, ob die Störung ausreicht, um den entsprechenden Näherungsschalter 22 zu aktivieren. Die Störung des Aktivierungsfelds 32 wird durch Verarbeiten des Ladungspulssignals in Zusammenhang mit dem entsprechenden Signalkanal detektiert. Wenn der Finger 34 des Benutzers in Kontakt mit zwei Aktivierungsfeldern 32 gelangt, detektiert die Näherungsschalteranordnung 20 die Störung beider kontaktierter Aktivierungsfelder 32 über getrennte Signalkanäle. Jeder Näherungsschalter 22 hat seinen eigenen eigens vorgesehenen Signalkanal, der Ladungspulszählwerte erzeugt, welche wie hier erörtert verarbeitet werden.
5 zeigt die Näherungsschalteranordnung 20 gemäß einer Ausführungsform. Es sind mehrere Näherungssensoren 24 dargestellt, welche einer Steuereinrichtung 40 in der Art einer Mikrosteuereinrichtung Eingaben bereitstellen. Die Steuereinrichtung 40 kann eine Steuerschaltungsanordnung in der Art eines Mikroprozessors 42 und eines Speichers 48 aufweisen. Die Steuerschaltungsanordnung kann eine Erfassungssteuerschaltungsanordnung aufweisen, welche das Aktivierungsfeld jedes Sensors 22 verarbeitet, um eine Benutzeraktivierung des entsprechenden Schalters zu erfassen, indem sie das Aktivierungsfeldsignal gemäß einer oder mehreren Steuerroutinen mit einer oder mehreren Schwellen vergleicht. Es sei bemerkt, dass auch eine andere analoge und/oder digitale Steuerschaltungsanordnung verwendet werden kann, um jedes Aktivierungsfeld zu verarbeiten, eine Benutzeraktivierung zu bestimmen und eine Tätigkeit einzuleiten. Die Steuereinrichtung 40 kann gemäß einer Ausführungsform ein QMatrix-Erfassungsverfahren verwenden, das von ATMEL^® erhältlich ist. Das ATMEL-Erfassungsverfahren verwendet einen WINDOWS^®-Host-C/C++-Compiler und einen Debugger WinAVR, um die Entwicklung und das Testen der Nutzanwendung Hawkeye zu vereinfachen, welche die Echtzeitüberwachung des inneren Zustands kritischer Variablen in der Software sowie das Sammeln von Datenprotokollen für die Nachverarbeitung ermöglicht.
Die Steuereinrichtung 40 stellt einer oder mehreren Vorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, ansprechend auf eine korrekte Aktivierung eines Näherungsschalters eigens vorgesehene Aktionen auszuführen, ein Ausgangssignal bereit. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Vorrichtungen ein Glasschiebedach 16, das einen Motor aufweist, um die Glasschiebedachplatte zwischen offenen und geschlossenen und Neigepositionen zu bewegen, eine Glasschiebedachblende 18, die sich zwischen offenen und geschlossenen Positionen bewegt, und Beleuchtungsvorrichtungen 30, die ein- und ausgeschaltet werden können, einschließen. Es können andere Vorrichtungen gesteuert werden, wie ein Radio, um Ein- und Ausschaltfunktionen auszuführen, die Lautstärke zu regeln, Sender zu suchen, und andere Vorrichtungstypen, um andere eigens vorgesehene Funktionen auszuführen. Einer der Näherungsschalter 22 kann dafür vorgesehen sein, das Glasschiebedach zu schließen, ein anderer Näherungsschalter 22 kann dafür vorgesehen sein, das Glasschiebedach zu öffnen, und ein weiterer Schalter 22 kann dafür vorgesehen sein, das Glasschiebedach in eine geneigte Position zu betätigen, wobei sie alle einen Motor veranlassen, das Glasschiebedach in eine gewünschte Position zu bewegen. Die Glasschiebedachblende 18 kann ansprechend auf einen Näherungsschalter 22 geöffnet werden und ansprechend auf einen anderen Näherungsschalter 22 geschlossen werden.
Die Steuereinrichtung 40 ist weiter als einen Analog-Digital-(A/D)-Vergleicher 44, der mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelt ist, aufweisend dargestellt. Der A/D-Vergleicher 44 empfängt die Spannungsausgabe V_O von jedem der Näherungsschalter 22, wandelt das Analogsignal in ein Digitalsignal um und stellt das Digitalsignal dem Mikroprozessor 42 bereit. Zusätzlich weist die Steuereinrichtung 40 einen mit dem Mikroprozessor 42 gekoppelten Pulszähler 46 auf. Der Pulszähler 46 zählt die Ladungssignalpulse, die an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors angelegt werden, führt eine Zählung der für das Laden des Kondensators erforderlichen Pulse, bis die Spannungsausgabe V_O eine vorgegebene Spannung erreicht, aus und stellt die Zählung dem Mikroprozessor 42 bereit. Der Pulszählwert gibt die Kapazitätsänderung des entsprechenden kapazitiven Sensors an. Die Steuereinrichtung 40 kommuniziert ferner wie dargestellt mit einem pulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15. Die Steuereinrichtung 40 stellt dem pulsbreitenmodulierten Ansteuerpuffer 15 ein pulsbreitenmoduliertes Signal bereit, um einen Rechteckwellenpulszug VI zu erzeugen, der an jede Ansteuerelektrode jedes Näherungssensors/Schalters 22 angelegt wird. Die Steuereinrichtung 40 verarbeitet eine im Speicher gespeicherte Steuerroutine 100, um einen der Näherungsschalter zu überwachen und zu bestimmen, ob eine Aktivierung vorliegt.
In den 6–13 ist die Änderung der als Δ Sensor Zählwert dargestellten Sensorladungspulszählwerte für mehrere Signalkanäle in Zusammenhang mit mehreren Näherungsschaltern 22 in der Art der drei in 3 dargestellten Schalter 22 gemäß verschiedenen Beispielen dargestellt. Die Änderung des Sensorladungspulszählwerts ist die Differenz zwischen einem initialisierten referenzierten Zählwert ohne einen Finger oder ein anderes Objekt, das im Aktivierungsfeld vorhanden ist, und der entsprechenden Sensorablesung. Bei diesen Beispielen tritt der Finger des Benutzers in die Aktivierungsfelder 32 in Zusammenhang mit jedem von drei Näherungsschaltern 22 ein, wobei dies im Allgemeinen bei einem Erfassungsaktivierungsfeld zur Zeit bei einer Überlappung zwischen benachbarten Aktivierungsfeldern 32 erfolgt, während sich der Finger des Benutzers über die Mehrfachanordnung von Schaltern bewegt. Kanal 1 ist die Änderung (Δ) des Sensorladungspulszählwerts in Zusammenhang mit dem ersten kapazitiven Sensor 24, Kanal 2 ist die Änderung des Sensorladungspulszählwerts in Zusammenhang mit dem benachbarten zweiten kapazitiven Sensor 24, und Kanal 3 ist die Änderung des Sensorladungspulszählwerts in Zusammenhang mit dem dritten kapazitiven Sensor 24 angrenzend an den zweiten kapazitiven Sensor. Gemäß der offenbarten Ausführungsform sind die Näherungssensoren 24 kapazitive Sensoren. Wenn ein Finger eines Benutzers in Kontakt mit einem Sensor 24 steht oder in unmittelbarer Nähe davon ist, ändert der Finger die am entsprechenden Sensor 24 gemessene Kapazität. Die Kapazität ist parallel zur Parasitärkapazität der unberührten Sensorauflage und wird damit als ein Versatz gemessen. Die vom Benutzer oder Bediener induzierte Kapazität ist proportional zur Dielektrizitätskonstanten des Fingers oder eines anderen Körperteils des Benutzers, dessen Oberfläche der kapazitiven Auflage zugewandt ist, und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen dem Körperteil des Benutzers und der Schaltertaste. Gemäß einer Ausführungsform wird jeder Sensor durch Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Elektronik mit einem Spannungspulszug angeregt, bis der Sensor auf ein festgelegtes Spannungspotential aufgeladen wurde. Ein solches Erfassungsverfahren lädt die Empfangselektrode 28 auf ein bekanntes Spannungspotential. Der Zyklus wird wiederholt, bis die Spannung am Messkondensator eine vorgegebene Spannung erreicht. Durch Legen eines Fingers eines Benutzers auf die Berührungsoberfläche des Schalters 24 wird eine externe Kapazität eingebracht, welche die in jedem Zyklus übertragene Ladungsmenge erhöht, wodurch die Gesamtzahl der Zyklen verringert wird, die erforderlich ist, damit die Messkapazität die vorgegebene Spannung erreicht. Der Finger des Benutzers bewirkt, dass die Änderung des Sensorladungspulszählwerts zunimmt, weil dieser Wert auf dem initialisierten Referenzzählwert minus der Sensorablesung beruht.
Die Näherungsschalteranordnung 20 ist in der Lage, die Handbewegung des Benutzers zu erkennen, wenn sich die Hand, insbesondere ein Finger, in unmittelbarer Nähe zu den Näherungsschaltern 22 befindet, um festzustellen, ob die Absicht des Benutzers darin besteht, einen Schalter 22 zu aktivieren, eine spezifische Schaltertaste zu suchen, während er sich auf Aufgaben höherer Priorität konzentriert, wie das Fahren, oder ob sie das Ergebnis einer Aufgabe in der Art des Einstellens des Rückspiegels ist, die nichts mit der Betätigung eines Näherungsschalters 22 zu tun hat. Die Näherungsschalteranordnung 20 kann in einem Untersuchungs- oder Erforschungsmodus betrieben werden, welcher es dem Benutzer ermöglicht, die Tasten oder Knöpfe zu untersuchen, indem er einen Finger über die Schalter fährt oder in unmittelbarer Nähe der Schalter gleiten lässt, ohne eine Aktivierung eines Schalters auszulösen, bis die Absicht des Benutzers bestimmt wurde. Die Näherungsschalteranordnung 20 überwacht die Amplitude eines ansprechend auf das Aktivierungsfeld erzeugten Signals, bestimmt eine differenzielle Änderung des erzeugten Signals und erzeugt eine Aktivierungsausgabe, wenn das differenzielle Signal eine Schwelle überschreitet. Dadurch wird eine Untersuchung der Näherungsschalteranordnung 20 ermöglicht, so dass Benutzer die Schalterschnittstellenauflage frei mit den Fingern untersuchen können, ohne ein Ereignis unbeabsichtigt auszulösen, die Ansprechzeit der Schnittstelle kurz ist, eine Aktivierung geschieht, wenn der Finger ein Oberflächenfeld berührt und eine unbeabsichtigte Aktivierung des Schalters verhindert oder reduziert wird.
Mit Bezug auf 6 sei bemerkt, dass, wenn sich der Finger 34 des Benutzers einem Schalter 22 in Zusammenhang mit dem Signalkanal 1 nähert, der Finger 34 in das Aktivierungsfeld 32 in Zusammenhang mit dem Sensor 24 eintritt, wodurch ein Unterbrechen der Kapazität hervorgerufen wird, was zu einer Sensorzählwerterhöhung führt, wie durch ein Signal 50A gezeigt ist, das ein typisches Aktivierungsbewegungsprofil aufweist. Ein Eintrittsrampensteigungsverfahren kann gemäß einer Ausführungsform verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Bediener eine Taste drücken möchte oder ob er die Schnittstelle untersuchen möchte, und zwar auf der Grundlage dessen, dass die Eintrittsrampe im Signal 50A des Signals des Kanals 1 von einem Punkt 52, wo das Signal 50A den Pegel-aktiv-(LVL_AKTIV)-Zählwert kreuzt, auf einen Punkt 54, wo das Signal 50A den Pegel-Schwelle-(LVL_SCHWELLE)-Zählwert kreuzt, ansteigt. Die Steigung der Eintrittsrampe ist die differenzielle Änderung des erzeugten Signals zwischen den Punkten 52 und 54, die während des Zeitraums zwischen den Zeiten t_th und t_ac aufgetreten ist. Weil sich der Zähler Pegel-Schwelle – Pegel-aktiv im Allgemeinen nur ändert, wenn das Vorhandensein von Handschuhen detektiert wird, aber ansonsten konstant ist, kann die Steigung als gerade die Zeit berechnet werden, die verstreicht, um von Pegel-aktiv zu Pegel-Schwelle überzugehen, welche als t_{aktiv_zu_Schwelle} bezeichnet wird, wobei es sich um die Differenz zwischen der Zeit t_th und der Zeit t_ac handelt. Ein direktes Drücken gegen eine Schalterauflage kann typischerweise in einem als t_{direktes_Drücken} bezeichneten Zeitraum im Bereich von etwa 40 bis 60 Millisekunden auftreten. Falls die Zeit t_{aktiv_zu_Schwelle} kleiner oder gleich der Direktdrückzeit t_{Direkt_Drück} ist, wird festgestellt, dass die Aktivierung des Schalters geschieht. Andernfalls wird festgestellt, dass sich der Schalter in einem Untersuchungsmodus befindet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steigung der Eintrittsrampe als die Zeitdifferenz zwischen der Zeit t_ac am Punkt 52 und der Zeit t_pk bis zum Erreichen des Spitzenzählwerts am Punkt 56, welche als die Zeit t_{aktiv_zu_Spitze} bezeichnet wird, berechnet werden. Die Zeit t_{aktiv_zu_Spitze} kann mit einer Direktdrückspitze verglichen werden, die als t_{Direkt_Drück_Spitze} bezeichnet wird, die gemäß einer Ausführungsform einen Wert von 100 Millisekunden haben kann. Falls die Zeit t_{aktiv_zu_Spitze} kleiner oder gleich der t_{Direkt_Drück_Spitze} ist, wird festgestellt, dass die Aktivierung des Schalters auftritt. Andernfalls arbeitet die Schalteranordnung in einem Untersuchungsmodus.
Im Beispiel aus 6 ist dargestellt, dass das Kanal-1-Signal ansteigt, wenn die Kapazitätsstörung vom Punkt 52 schnell zum Spitzenwert am Punkt 56 ansteigt. Die Näherungsschalteranordnung 20 bestimmt die Steigung der Eintrittsrampe entweder als den Zeitraum t_{aktiv_zu_Schwelle} oder t_{aktiv_zu_Spitze} für den Anstieg des Signals vom ersten Schwellenpunkt 52 bis entweder zur zweiten Schwelle am Punkt 54 oder zur Spitzenschwelle am Punkt 56. Die Steigung oder differenzielle Änderung des erzeugten Signals wird dann für einen Vergleich mit einer repräsentativen Direktdrückschwelle t_{Direkt_Drück} oder t_{Direkt_Drück_Spitze} verwendet, um die Aktivierung des Näherungsschalters zu bestimmen. Insbesondere wird, wenn die Zeit t_{aktiv_zu_Spitze} kürzer als t_{Direkt_Drück} ist oder t_{aktiv_zu_Schwelle} kürzer als t_{Direkt_Drück} ist, die Aktivierung des Schalters festgestellt. Andernfalls bleibt die Schalteranordnung im Untersuchungsmodus.
7 zeigt ein Beispiel einer gleitenden/untersuchenden Bewegung über zwei Schalter, wenn der Finger über das Aktivierungsfeld von zwei benachbarten Näherungssensoren läuft oder gleitet, wie als Signalkanal 1, bezeichnet als 50A, und Signalkanal 2, bezeichnet als 50B, gezeigt ist. Wenn sich der Finger des Benutzers einem ersten Schalter nähert, tritt der Finger in das Aktivierungsfeld in Zusammenhang mit dem ersten Schaltersensor ein, wodurch bewirkt wird, dass die Änderung des Sensorzählwerts am Signal 50A mit einer langsameren Rate ansteigt, so dass eine kleinere differenzielle Änderung des erzeugten Signals bestimmt wird. Bei diesem Beispiel erfährt das Profil des Signalkanals 1 eine zeitliche Änderung t_{aktiv_zu_Spitze,} die nicht kleiner oder gleich t_{Direkt_Drück} ist, was dazu führt, dass in den Erforschungs- oder Untersuchungsmodus eingetreten wird. Weil t_{aktiv_zu_Schwelle} eine langsame differenzielle Änderung des erzeugten Signals angibt, wird gemäß einer Ausführungsform keine Aktivierung der Schaltertaste eingeleitet. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird, weil die Zeit t_{aktiv_zu_Spitze} nicht kleiner oder gleich t_{Direkt_Drück_Spitze} ist, wodurch eine langsame differenzielle Änderung des erzeugten Signals angegeben wird, keine Aktivierung eingeleitet. Der mit 50B bezeichnete zweite Signalkanal wird wie dargestellt an einem Überganspunkt 58 zum maximalen Signal und hat eine zunehmende Änderung des Δ-Sensorzählwerts mit einer differenziellen Änderung des Signals, ähnlich dem Signal 50A. Daher reflektieren der erste und der zweite Kanal 50A und 50B eine gleitende Bewegung des Fingers über zwei kapazitive Sensoren im Untersuchungsmodus, was zu keiner Aktivierung eines Schalters führt. Unter Verwendung des Zeitraums t_{aktiv_zu_Schwelle} oder t_{aktiv_zu_Spitze} kann eine Entscheidung getroffen werden, einen Näherungsschalter zu aktivieren oder nicht, wenn sich sein Kapazitätsniveau der Signalspitze nähert.
Für eine langsame Direktdrückbewegung, wie in 8 dargestellt ist, kann eine zusätzliche Verarbeitung verwendet werden, um sicherzustellen, dass keine Aktivierung beabsichtigt ist. Wie in 8 ersichtlich ist, steigt der als Signal 50A identifizierte Signalkanal 1 während des Zeitraums t_{aktiv_zu_Schwelle} oder t_{aktiv_zu_Spitze} langsamer an, was zum Eintritt in den Untersuchungsmodus führen würde. Wenn eine solche Gleitbedingung/Untersuchungsbedingung detektiert wird, wobei die Zeit t_{aktiv_zu_Schwelle} größer ist als t_{Direkt_Drück}, falls der Kanal, der die Bedingung nicht erfüllt, der erste Signalkanal war, der in den Untersuchungsmodus eingetreten ist, und er noch der maximale Kanal ist (Kanal mit der höchsten Intensität), wenn die Kapazität am Punkt 60 unter LVL_TASTE-OBEN_Schwelle abfällt, wird die Aktivierung des Schalters eingeleitet.
9 zeigt eine schnelle Bewegung eines Fingers eines Benutzers über die Näherungsschalteranordnung ohne Aktivierung der Schalter. Bei diesem Beispiel wird die verhältnismäßig große differenzielle Änderung des erzeugten Signals für die Kanäle 1 und 2 detektiert, und zwar für beide Kanäle 1 und 2, wie durch Linien 50A bzw. 50B gezeigt ist. Die Schalteranordnung verwendet einen Verzögerungszeitraum zum Verzögern der Aktivierung einer Entscheidung bis zum Übergangspunkt 58, an dem der zweite Signalkanal 50B bis über den ersten Signalkanal 50A ansteigt. Die zeitliche Verzögerung könnte gemäß einer Ausführungsform gleich der Zeitschwelle t_{Direkt_Drück_Spitze} gesetzt werden. Demgemäß verhindert die sehr schnelle Untersuchung der Näherungstastenfelder eine unerwünschte Aktivierung eines Schalters durch Verwenden eines Verzögerungszeitraums vor einer Bestimmung einer Aktivierung eines Schalters. Die Einführung der zeitlichen Verzögerung im Ansprechen kann die Schnittstelle weniger empfindlich machen und besser funktionieren, wenn die Fingerbewegung des Bedieners im Wesentlichen gleichmäßig ist.
Falls vor kurzem ein vorhergehendes Schwellenereignis detektiert wurde, das zu keiner Aktivierung führte, kann gemäß einer Ausführungsform in den Untersuchungsmodus automatisch eingetreten werden. Dadurch kann, sobald eine unbeabsichtigte Betätigung detektiert und abgelehnt wurde, im Untersuchungsmodus für einen Zeitraum mehr Vorsicht angewendet werden.
Ein weiterer Weg, um es einem Bediener zu erlauben, in den Untersuchungsmodus einzutreten, besteht in der Verwendung eines oder mehrerer geeignet markierter und/oder texturierter Bereiche oder Auflagen auf der Schalterfeldoberfläche in Zusammenhang mit den zweckgebundenen Näherungsschaltern mit der Funktion, der Näherungsschalteranordnung die Absicht des Bedieners, eine blinde Untersuchung vorzunehmen, zu signalisieren. Die eine oder die mehreren Untersuchungseingriffsauflagen können sich an einer leicht zu erreichenden Stelle befinden, wo es nicht wahrscheinlich ist, eine Aktivität mit anderen Signalkanälen zu erzeugen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine nicht markierte größere Untersuchungseingriffsauflage verwendet werden, welche die gesamte Schalterschnittstelle umgibt. Eine solche Untersuchungsauflage würde wahrscheinlich zuerst angetroffen werden, wenn die Hand des Bedieners über die Trimmung in der Überkopfkonsole gleitet, wobei nach einem Kennzeichen gesucht wird, von dem an eine blinde Untersuchung der Näherungsschalteranordnung eingeleitet werden kann.
Sobald die Näherungssensoranordnung bestimmt, ob eine Erhöhung der Änderung eines Sensorzählwerts eine Schalteraktivierung oder das Ergebnis einer Untersuchungsbewegung ist, fährt die Anordnung damit fort, festzustellen, ob und wie die Untersuchungsbewegung bei einer Aktivierung eines Näherungsschalters beendet werden sollte oder nicht. Gemäß einer Ausführungsform sucht die Näherungsschalteranordnung zumindest während eines vorgegebenen Zeitraums nach einem stabilen Drücken einer Schaltertaste. Gemäß einer spezifischen Ausführungsform ist der vorgegebene Zeitraum größer oder gleich 50 Millisekunden und bevorzugter etwa 80 Millisekunden. Beispiele des Schalteranordnungsbetriebs, wobei eine stabile Zeitmethodologie verwendet wird, sind in den 10–13 dargestellt.
10 zeigt die Untersuchung von drei Näherungsschaltern entsprechend Signalkanälen 1–3, die jeweils als Signale 50A–50C bezeichnet sind, während ein Finger im Untersuchungsmodus über den ersten und den zweiten Schalter gleitet, und dann den dritten Schalter in Zusammenhang mit dem Signalkanal 3 aktiviert. Wenn der Finger den ersten und den zweiten Schalter in Zusammenhang mit den Kanälen 1 und 2 untersucht, wird keine Aktivierung festgestellt, weil kein stabiles Signal auf den Leitungen 50A und 50B vorhanden ist. Das Signal auf der Leitung 50A für den Kanal 1 beginnt als der maximale Signalwert, bis der Kanal 2 auf der Leitung 50B den Maximalwert annimmt und schließlich der Kanal 3 einen Maximalwert annimmt. Wie gezeigt ist, weist der Signalkanal 3 eine stabile Änderung des Sensorzählwerts in der Nähe des Spitzenwerts für einen ausreichenden Zeitraum t_stabil in der Art von 80 Millisekunden auf, der ausreicht, um die Aktivierung des entsprechenden Näherungsschalters einzuleiten. Wenn die Pegelschwellenauslösebedingung erfüllt wurde und ein Spitzenwert erreicht wurde, aktiviert das Stabiler-Pegel-Verfahren den Schalter, nachdem der Pegel am Schalter zumindest während des Zeitraums t_stabil in einem engen Bereich beschränkt war. Dies ermöglicht es dem Bediener, die verschiedenen Näherungsschalter zu untersuchen und einen gewünschten Schalter zu aktivieren, sobald er gefunden wurde, indem die Position des Fingers des Benutzers während eines stabilen Zeitraums t_stabil in der Nähe des Schalters gehalten wird.
11 zeigt eine andere Ausführungsform des Stabiler-Pegel-Verfahrens, wobei der dritte Signalkanal auf der Leitung 50C eine Änderung des Sensorzählwerts hat, die eine stabile Bedingung beim Abfall des Signals hat. Bei diesem Beispiel übersteigt die Änderung des Sensorzählwerts für den dritten Kanal die Pegelschwelle, und es wird dabei ein stabiles Drücken für den Zeitraum t_stabil detektiert, so dass die Aktivierung des dritten Schalters bestimmt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Näherungsschalteranordnung ein Virtuelle-Taste-Verfahren verwenden, wobei nach einem anfänglichen Spitzenwert der Änderung des Sensorzählwerts gesucht wird, während sich im Untersuchungsmodus befunden wird, gefolgt von einer zusätzlichen erheblichen Erhöhung der Änderung des Sensorzählwerts, um eine Bestimmung zur Aktivierung des Schalters zu machen, wie in den 12 und 13 dargestellt ist. In 12 steigt der dritte Signalkanal auf der Leitung 50C bis auf einen anfänglichen Spitzenwert an und steigt dann weiter um eine Änderung des Sensorzählwerts C_vb an. Dies ist äquivalent damit, dass ein Finger eines Benutzers leicht über die Oberfläche der Schalteranordnung streicht, während er über die Schalteranordnung gleitet, die gewünschte Taste erreicht und dann den virtuellen mechanischen Schalter herunterdrückt, so dass der Finger des Benutzers auf die Schalterkontaktfläche drückt und den Volumenbetrag des Fingers näher zum Schalter erhöht. Die Erhöhung der Kapazität wird durch die erhöhte Oberfläche der Fingerspitze, wenn sie auf die Auflagefläche gedrückt wird, bewirkt. Die erhöhte Kapazität kann unmittelbar nach einer Detektion eines Spitzenwerts, wie in 12 dargestellt, erfolgen oder nach einer Abnahme der Änderung des Sensorzählwerts erfolgen, wie in 13 dargestellt ist. Die Näherungsschalteranordnung detektiert einen anfänglichen Spitzenwert, gefolgt von einer weiter erhöhten Änderung des Sensorzählwerts, welche durch die Kapazität C_vb angegeben wird, bei einem stabilen Pegel oder einem stabilen Zeitraum t_stabil. Ein stabiler Detektionspegel bedeutet im Allgemeinen keine Änderung des Sensorzählwerts bei Nichtvorhandensein von Rauschen oder eine kleine Änderung des Sensorzählwerts bei Nichtvorhandensein von Rauschen, das während der Kalibrierung bestimmt werden kann.
Es sei bemerkt, dass ein kürzerer Zeitraum t_stabil zu versehentlichen Aktivierungen führen kann, insbesondere nach einer Umkehrung der Richtung der Fingerbewegung, und dass ein längerer t_stabil zu einer weniger empfindlichen Schnittstelle führen kann.
Es sei auch bemerkt, dass sowohl das Stabiler-Wert-Verfahren als auch das Virtuelle-Taste-Verfahren gleichzeitig aktiv sein können. Dabei kann die stabile Zeit t_stabil auf einen längeren Wert in der Art einer Sekunde abgeschwächt werden, weil der Bediener die Taste immer unter Verwendung des Virtuelle-Taste-Verfahrens auslösen kann, ohne auf das zeitliche Ende des stabilen Drückens zu warten.
Die Näherungsschalteranordnung kann ferner eine robuste Rauschunterdrückung verwenden, um störende unbeabsichtigte Betätigungen zu verhindern. Beispielsweise können mit einer Überkopfkonsole ein versehentliches Öffnen und Schließen des Glasschiebedachs vermieden werden. Eine zu große Rauschunterdrückung kann schließlich damit enden, dass beabsichtigte Aktivierungen unterdrückt werden, was vermieden werden sollte. Ein Ansatz für das Unterdrücken von Rauschen besteht darin, zu betrachten, ob mehrere benachbarte Kanäle gleichzeitige Auslöseereignisse mitteilen, und, falls dies der Fall ist, den Signalkanal mit dem höchsten Signal auszuwählen und ihn zu aktivieren, wobei alle anderen Signalkanäle ignoriert werden, bis der ausgewählte Signalkanal freigegeben wurde.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ein Signaturrauschunterdrückungsverfahren auf der Grundlage von zwei Parametern aufweisen, nämlich eines Signaturparameters, der das Verhältnis zwischen dem Kanal zwischen der höchsten Intensität (max_Kanal) und dem kumulativen Gesamtpegel (Summe_Kanal) ist, und dem dac-Parameter, der die Anzahl der Kanäle ist, die zumindest ein bestimmter Bruchteil des max_Kanal sind. Gemäß einer Ausführungsform ist dac α_dac = 0,5. Der Signaturparameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden:
Der dac-Parameter kann durch die folgende Gleichung definiert werden: dac = ∀Kanäle_i > α_dacmax_Kanal.
Abhängig von dac muss, damit eine erkannte Aktivierung nicht unterdrückt wird, der Kanal im Allgemeinen sauber sein, d.h. die Signatur muss höher sein als eine vordefinierte Schwelle. Gemäß einer Ausführungsform gelten α_dac=1 = 0,4 und α_dac=2 = 0,67. Falls dac größer als 2 ist, wird die Aktivierung gemäß einer Ausführungsform unterdrückt.
Wenn eine Entscheidung für das Aktivieren eines Schalters oder das Nichtaktivieren eines Schalters bei der abfallenden Phase des Profils getroffen wird, können an Stelle von max_Kanal und Summe_Kanal ihre Spitzenwerte Spitze_max_Kanal und Spitze_Summe_Kanal verwendet werden, um die Signatur zu berechnen. Die Signatur kann die folgende Gleichung aufweisen:
Es kann eine Rauschunterdrückung werden, welche den Erforschungsmodus auslöst. Wenn eine detektierte Aktivierung wegen einer unsauberen Signatur unterdrückt wird, sollte der Erforschungsmodus oder Untersuchungsmodus automatisch angewendet werden. Wenn demgemäß eine blinde Untersuchung vorgenommen wird, kann ein Benutzer mit allen Fingern ausgreifen, wobei er versucht, einen Referenzrahmen festzulegen, von dem aus eine Erforschung einzuleiten ist. Hierdurch können mehrere Kanäle gleichzeitig ausgelöst werden, was zu einer schlechten Signatur führt.
14 zeigt ein Zustandsdiagramm für die Näherungsschalteranordnung 20 in einer Zustandsmaschinenimplementation gemäß einer Ausführungsform. Die Zustandsmaschinenimplementation weist wie dargestellt fünf Zustände auf, einschließlich eines SW_KEIN-Zustands 70, eines SW_AKTIV-Zustands 72, eines SW_SCHWELLE-Zustands 74, eines SW_ERFORSCHEND-Zustands 76 und eines SCHALTER_AKTIVIERT-Zustands 78. Der SW_KEIN-Zustand 70 ist der Zustand, in dem keine Sensoraktivität detektiert wird. Der SW_AKTIV-Zustand ist der Zustand, in dem eine gewisse Aktivität durch den Sensor detektiert wird, jedoch nicht genug, um eine Aktivierung des Schalters zu diesem Zeitpunkt auszulösen. Der SW_SCHWELLE-Zustand ist der Zustand, in dem die durch den Sensor bestimmte Aktivität hoch genug ist, um eine Aktivierung, Erforschung/Untersuchung oder eine beiläufige Bewegung der Schalteranordnung zu rechtfertigen. Es wird in den SW_ERFORSCHEND-Zustand 76 eingetreten, wenn das durch die Schalteranordnung bestimmte Aktivitätsmuster mit der Untersuchungs-/Erforschungsinteraktion kompatibel ist. Der SCHALTER_AKTIVIERT-Zustand 78 ist der Zustand, in dem die Aktivierung eines Schalters identifiziert wurde. Im SCHALTER_AKTIVIERT-Zustand 78 bleibt die Schaltertaste aktiv, und es ist keine andere Auswahl möglich, bis der entsprechende Schalter freigegeben wurde.
Der Zustand der Näherungsschalteranordnung 20 ändert sich abhängig von der Detektion und der Verarbeitung der erfassten Signale. Wenn es sich im SW_KEIN-Zustand 70 befindet, kann das System 20 zum SW_AKTIV-Zustand 72 übergehen, wenn eine gewisse Aktivität von einem oder mehreren Sensoren detektiert wird. Falls eine ausreichende Aktivität zum Rechtfertigen entweder einer Aktivierungs-, Erforschungs- oder beiläufigen Bewegung detektiert wird, kann das System 20 direkt zum SW_SCHWELLE-Zustand 74 übergehen. Wenn es sich im SW_SCHWELLE-Zustand 74 befindet, kann das System 20 zum SW_ERFORSCHEND-Zustand 76 übergehen, wenn ein eine Untersuchung angebendes Muster detektiert wird, oder es kann direkt zum Schalteraktivierungszustand 78 übergehen. Wenn sich eine Schalteraktivierung im SW_ERFORSCHEND-Zustand befindet, kann eine Aktivierung des Schalters detektiert werden, um zum SCHALTER_AKTIVIERT-Zustand 78 zu wechseln. Falls das Signal unterdrückt wird und eine unbeabsichtigte Aktion detektiert wird, kann das System zum SW_KEIN-Zustand 70 zurückkehren.
15 zeigt das Hauptverfahren 100 zum Überwachen und Bestimmen, wann eine Aktivierungsausgabe mit der Näherungsschalteranordnung zu erzeugen ist, gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 100 beginnt in Schritt 102 und wird in Schritt 104 fortgesetzt, um eine anfängliche Kalibrierung vorzunehmen, die einmal ausgeführt werden kann. Die kalibrierten Signalkanalwerte werden anhand Rohkanaldaten und kalibrierter Referenzwerte durch Subtrahieren des Referenzwerts von einer Rohdateneinheit in Schritt 106 berechnet. Als nächstes werden in Schritt 108 von allen Signalkanalsensorablesungen der höchste Zählwert, der als max_Kanal bezeichnet ist, und die Summe aller Kanalsensorablesungen, die als Summe_Kanal bezeichnet ist, berechnet. Zusätzlich wird die Anzahl der aktiven Kanäle bestimmt. In Schritt 110 berechnet das Verfahren 100 die kürzliche Änderung von max_Kanal und von Summe_Kanal, um später zu bestimmen, ob eine Bewegung abläuft oder nicht.
Nach Schritt 110 wird das Verfahren 100 im Entscheidungsschritt 112 fortgesetzt, um festzustellen, ob irgendwelche der Schalter aktiv sind. Falls kein Schalter aktiv ist, wird das Verfahren 100 in Schritt 114 fortgesetzt, um eine Online-Echtzeitkalibrierung auszuführen. Andernfalls verarbeitet das Verfahren 100 die Schalterfreigabe in Schritt 116. Falls ein Schalter bereits aktiv war, setzt das Verfahren 100 dann bei einem Modul fort, wo es wartet und die gesamte Aktivität bis zur Freigabe festhält.
Nach der Echtzeitkalibrierung wird das Verfahren 100 im Entscheidungsschritt 118 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob es eine Kanalentsperrung gibt, die auf eine kürzliche Aktivierung hinweist, und es wird, falls dies der Fall ist, in Schritt 120 fortgesetzt, um den Kanalentsperrungszeitgeber zu verringern. Falls keine Kanalentsperrungen detektiert werden, wird das Verfahren 100 im Entscheidungsschritt 122 fortgesetzt, um nach einem neuen max_Kanal zu suchen. Falls der aktuelle max_Kanal geändert wurde, so dass es einen neuen max_Kanal gibt, wird das Verfahren 100 in Schritt 124 fortgesetzt, um max_Kanal zurückzusetzen, die Bereiche zu summieren und die Schwellenpegel festzulegen. Falls demgemäß ein neuer max_Kanal identifiziert wird, setzt das Verfahren die kürzlichen Signalbereiche zurück und aktualisiert, falls erforderlich, die Erforschungs-/Untersuchungsparameter. Falls der Schalter_Status kleiner als SW_AKTIV ist, wird das Erforschungs-/Untersuchungshinweiszeichen auf wahr gesetzt und wird der Schalterstatus auf SW_KEIN gesetzt. Falls der aktuelle max_Kanal nicht geändert wurde, wird das Verfahren 100 in Schritt 126 fortgesetzt, um den max_Kanal-bloßer-(kein Handschuh)-Finger-Status zu verarbeiten. Dies kann eine Verarbeitung der Logik zwischen den verschiedenen Zuständen einschließen, wie im Zustandsdiagramm aus 14 dargestellt ist.
Nach Schritt 126 wird das Verfahren 100 im Entscheidungsschritt 128 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob ein Schalter aktiv ist. Falls keine Schalteraktivierung detektiert wird, wird das Verfahren 100 in Schritt 130 fortgesetzt, um ein mögliches Vorhandensein eines Handschuhs auf der Hand des Benutzers zu detektieren. Das Vorhandensein eines Handschuhs kann auf der Grundlage einer verringerten Änderung des Kapazitätszählwerts detektiert werden. Das Verfahren 100 wird dann in Schritt 132 fortgesetzt, um die Vorgeschichte von max_Kanal und Summe_Kanal zu aktualisieren. Der Index des aktiven Schalters, falls vorhanden, wird dann in Schritt 134 an das Software-Hardware-Modul ausgegeben, bevor in Schritt 136 beendet wird.
Wenn ein Schalter aktiv ist, wird eine Prozessschalterfreigaberoutine aktiviert, die in 16 dargestellt ist. Die Verarbeiten-der-Schalterfreigabe-Routine 116 beginnt in Schritt 140 und wird im Entscheidungsschritt 142 fortgesetzt, um festzustellen, ob der aktive Kanal kleiner als LVL_FREIGABE ist, und sie endet in Schritt 152, falls dies der Fall ist. Falls der aktive Kanal kleiner als LVL_FREIGABE ist, wird die Routine 116 im Entscheidungsschritt 144 fortgesetzt, um festzustellen, ob die LVL_DELTA_SCHWELLE größer als 0 ist, und sie wird in Schritt 146 fortgesetzt, falls dies nicht der Fall ist, um den Schwellenpegel anzuheben, falls das Signal stärker ist. Dies kann erreicht werden, indem die LVL_DELTA_SCHWELLE verringert wird. In Schritt 146 werden auch die Schwellen-, Freigabe- und Aktiv-Pegel festgelegt. Die Routine 116 wird dann in Schritt 148 fortgesetzt, um Kanal_max und den Summengeschichtszeitgeber für lange stabile Signal-Erforschungs-/Untersuchungsparameter zurückzusetzen. Der Schalterstatus wird in Schritt 150 auf SW_KEIN gesetzt, bevor in Schritt 152 beendet wird. Um das Verarbeiten-der-Schalterfreigabe-Modul zu verlassen, muss das Signal auf dem aktiven Kanal unter LVL_FREIGABE abfallen, das eine adaptive Schwelle ist, die sich ändert, wenn eine Handschuhwechselwirkung detektiert wird. Wenn die Schaltertaste freigegeben wird, werden alle internen Parameter zurückgesetzt und wird ein Entsperrungszeitgeber ausgelöst, um weitere Aktivierungen zu verhindern, bevor eine bestimmte Wartezeit, beispielsweise 100 Millisekunden, verstrichen ist. Zusätzlich werden die Schwellenpegel abhängig davon, ob Handschuhe vorhanden sind oder nicht, angepasst.
17 zeigt eine Routine 200 zum Bestimmen der Zustandsänderung vom SW_KEIN-Zustand zum SW_AKTIV-Zustand gemäß einer Ausführungsform. Die Routine 200 beginnt in Schritt 202 mit dem Verarbeiten des SW_KEIN-Zustands und wird dann im Entscheidungsschritt 204 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob max_Kanal größer als LVL_AKTIV ist. Falls max_Kanal größer als LVL_AKTIV ist, ändert die Näherungsschalteranordnung den Zustand vom SW_KEIN-Zustand zum SW_AKTIV-Zustand und endet in Schritt 210. Falls max_Kanal nicht größer als LVL_AKTIV ist, prüft die Routine 200 in Schritt 208, ob das Erforschungshinweiszeichen zurückzusetzen ist, bevor in Schritt 210 beendet wird. Demgemäß wechselt der Zustand vom SW_KEIN-Zustand zum SW_AKTIV-Zustand, wenn max_Kanal oberhalb von LVL_AKTIV ausgelöst wird. Falls der Kanal unterhalb dieses Pegels bleibt, wird das Erforschungshinweiszeichen, falls gesetzt, nach einem bestimmten Wartezeitraum auf keine Erforschung zurückgesetzt, was ein Weg ist, vom Erforschungsmodus abzuweichen.
18 zeigt ein Verfahren 220 zur Verarbeitung des Zustands des SW_AKTIV-Zustands, der entweder zum SW_SCHWELLE-Zustand oder zum SW_KEIN-Zustand wechselt, gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 220 beginnt in Schritt 222 und wird im Entscheidungsschritt 224 fortgesetzt. Falls max_Kanal nicht größer als LVL_SCHWELLE ist, wird das Verfahren 220 in Schritt 226 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob max_Kanal kleiner als LVL_AKTIV ist, und es wird, falls dies der Fall ist, in Schritt 228 fortgesetzt, um den Schalterzustand zu SW_KEIN zu ändern. Dementsprechend ändert sich der Zustand der Zustandsmaschine vom SW_AKTIV-Zustand zum SW_KEIN-Zustand, wenn das max_Kanal-Signal unter LVL_AKTIV abfällt. Ein Deltawert kann auch von LVL_AKTIV subtrahiert werden, um eine gewisse Hysterese einzubringen. Falls max_Kanal größer als LVL_SCHWELLE ist, wird die Routine 220 im Entscheidungsschritt 230 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob ein kürzliches Schwellenereignis oder ein Handschuh detektiert wurde, und sie setzt, falls dies der Fall ist, das Erforschungs-Ein-Hinweiszeichen in Schritt 232 auf wahr. In Schritt 234 wechselt das Verfahren 220 den Zustand zum SW_SCHWELLE-Zustand, bevor in Schritt 236 beendet wird. Falls demgemäß max_Kanal über der LVL_SCHWELLE ausgelöst wird, wechselt der Zustand zum SW_SCHWELLE-Zustand. Falls Handschuhe detektiert werden oder ein vorhergehendes Schwellenereignis, das zu keiner Aktivierung führte, kürzlich detektiert wurde, kann automatisch in den Erforschungs-/Untersuchungsmodus eingetreten werden.
19 zeigt ein Verfahren 240 zum Bestimmen der Aktivierung eines Schalters aus dem SW_SCHWELLE-Zustand gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 240 beginnt in Schritt 242 mit dem Verarbeiten des SW_SCHWELLE-Zustands, und es wird in einem Entscheidungsblock 244 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob das Signal stabil ist oder ob sich der Signalkanal an einer Spitze befindet, und es endet in Schritt 256, falls dies nicht der Fall ist. Falls entweder das Signal stabil ist oder sich der Signalkanal an einer Spitze befindet, wird das Verfahren 240 im Entscheidungsschritt 246 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Erforschungs- oder Untersuchungsmodus aktiv ist, und es springt zu Schritt 250, falls dies der Fall ist. Falls der Erforschungsoder Untersuchungsmodus nicht aktiv ist, wird das Verfahren 240 im Entscheidungsschritt 248 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Signalkanal sauber ist und Schnell_aktiv größer als eine Schwelle ist, und es setzt in Schritt 250, falls dies der Fall ist, Schalter_aktiv gleich dem maximalen Kanal. Das Verfahren 240 wird in einem Entscheidungsblock 252 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob es einen Schalter_aktiv gibt, und es endet in Schritt 256, falls dies der Fall ist. Falls es keinen Schalter_aktiv gibt, wird das Verfahren 240 in Schritt 254 fortgesetzt, um die Erforschungsvariablen zu initialisieren, wobei SCHALTER_STATUS gleich SCHALTER_ERFORSCHEND gesetzt wird und SPITZE_MAX_BASIS gleich MAX_KANÄLE gesetzt wird, bevor in Schritt 256 beendet wird.
Im SW_SCHWELLE-Zustand wird keine Entscheidung gefällt, bis eine Spitze in MAX_KANAL detektiert wird. Die Detektion des Spitzenwerts hängt davon ab, ob eine Umkehrung der Richtung des Signals auftritt oder ob sowohl MAX_KANAL als auch SUMME_KANAL für zumindest ein bestimmtes Intervall in der Art von 60 Millisekunden stabil bleiben (in einen Bereich begrenzt bleiben). Sobald die Spitze detektiert wurde, wird das Erforschungshinweiszeichen geprüft. Falls der Erforschungsmodus ausgeschaltet ist, wird das Eintrittsrampensteigungsverfahren angewendet. Falls SW_AKTIV zu SW_SCHWELLE in weniger als einer Schwelle in der Art von 60 Millisekunden aufgetreten ist und die Signatur des Rauschunterdrückungsverfahrens dies als ein gültiges Auslöseereignis angibt, wird der Zustand zu SCHALTER_AKTIV geändert, und der Prozess wird zum VERARBEITEN-DER-SCHALTERFREIGABE-Modul übertragen, und das Erforschungshinweiszeichen wird andernfalls auf wahr gesetzt. Falls das verzögerte Aktivierungsverfahren verwendet wird, statt den Schalter sofort zu aktivieren, wird der Zustand zu SW_VERZÖGERTE_AKTIVIERUNG geändert, wobei eine Verzögerung erzwungen wird, an deren Ende die Taste aktiviert wird, falls sich der aktuelle MAX_KANAL-Index nicht geändert hat.
20 zeigt ein Virtuelle-Taste-Verfahren, welches den SW_ERFORSCHEND-Zustand implementiert, gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 260 beginnt in Schritt 262 mit der Verarbeitung des SW_ERFORSCHEND-Zustands und wird im Entscheidungsschritt 264 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob MAX_KANAL unter die LVL_TASTE-OBEN_SCHWELLE abgefallen ist und setzt, falls dies der Fall ist, MAX_SPITZE_BASIS in Schritt 272 gleich MIN (MAX_SPITZE_BASIS, MAX_KANAL). Falls MAX_KANAL unter die LVL_TASTE-OBEN_SCHWELLE abgefallen ist, wird das Verfahren 260 in Schritt 266 fortgesetzt, um das erste Kanalauslösungserforschungsverfahren zu verwenden, um zu prüfen, ob das Ereignis die Tastenaktivierung auslösen sollte. Dies wird bestimmt, indem bestimmt wird, ob der erste und einzige Kanal durchlaufen wird und das Signal sauber ist. Falls dies der Fall ist, setzt das Verfahren 260 den Schalter_aktiv in Schritt 270 gleich dem maximalen Kanal, bevor in Schritt 282 beendet wird. Falls der erste und einzige Kanal nicht durchlaufen wird oder falls das Signal nicht sauber ist, wird das Verfahren 260 in Schritt 268 fortgesetzt, um aufzugeben und eine unbeabsichtigte Betätigung zu bestimmen und um den SCHALTER_STATUS gleich dem SW_KEIN-Zustand zu setzen, bevor in Schritt 282 beendet wird.
Nach Schritt 272 wird das Verfahren 260 im Entscheidungsschritt 274 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Kanal geklickt ist. Dies kann bestimmt werden, indem bestimmt wird, ob MAX_KANAL größer als MAX_SPITZE_BASIS plus Delta ist. Falls der Kanal geklickt ist, wird das Verfahren 260 im Entscheidungsschritt 276 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob das Signal stabil und sauber ist, und es setzt, falls dies der Fall ist, den Schalter_aktiv-Zustand in Schritt 280 auf den maximalen Kanal, bevor in Schritt 282 geendet wird. Falls der Kanal nicht geklickt wurde, wird das Verfahren 260 im Entscheidungsschritt 278 fortgesetzt, um festzustellen, ob das Signal lang, stabil und sauber ist, und es wird, falls dies der Fall ist, in Schritt 280 fortgesetzt, um den Schalter_aktiv gleich dem maximalen Kanal zu setzen, bevor in Schritt 282 geendet wird.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann gemäß einer anderen Ausführungsform einen Virtuelle-Taste-Modus aufweisen. In den 21–27 sind die Näherungsschalteranordnung mit einem Virtuelle-Taste-Modus und ein Verfahren zum Aktivieren des Näherungsschalters mit dem Virtuelle-Taste-Modus gemäß dieser Ausführungsform dargestellt. Die Näherungsschalteranordnung kann einen oder mehrere Näherungsschalter aufweisen, die jeweils ein Erfassungsaktivierungsfeld und eine Steuerschaltungsanordnung zum Steuern des Aktivierungsfelds jedes Näherungsschalters, um eine Aktivierung zu erfassen, bereitstellen. Die Steuerschaltungsanordnung überwacht Signale, welche die Aktivierungsfelder angeben, bestimmt eine erste stabile Amplitude des Signals für einen Zeitraum, bestimmt eine nachfolgende zweite stabile Amplitude des Signals für den Zeitraum und erzeugt eine Aktivierungsausgabe, wenn das zweite stabile Signal das erste stabile Signal um einen bekannten Betrag übersteigt. Das Verfahren kann durch die Näherungsschalteranordnung verwendet werden und umfasst die Schritte des Erzeugens eines Aktivierungsfelds in Zusammenhang mit jedem von einem oder mehreren von einer Vielzahl von Näherungssensoren und des Überwachens eines Signals, das jedes zugeordnete Aktivierungsfeld angibt. Das Verfahren umfasst auch die Schritte des Bestimmens einer ersten Amplitude, wenn das Signal während eines minimalen Zeitraums stabil ist, und des Bestimmens einer zweiten Amplitude, wenn das Signal während des minimalen Zeitraums stabil ist. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Erzeugens einer Aktivierungsausgabe, wenn die zweite Amplitude die erste Amplitude um einen bekannten Betrag übersteigt. Dadurch wird ein Virtuelle-Taste-Modus für den Näherungsschalter bereitgestellt, wodurch unbeabsichtigte oder falsche Aktivierungen verhindert oder reduziert werden, die dadurch hervorgerufen werden können, dass ein Finger mehrere Näherungsschaltertasten untersucht und Richtungen ändert, oder durch einen mit einem Handschuh versehenen Finger hervorgerufen werden können.
21 zeigt die Untersuchung und Aktivierung eines Näherungsschalters für einen der als Signal 50 bezeichneten Signalkanäle, wenn ein Finger eines Benutzers über den entsprechenden Schalter gleitet, in einen Untersuchungsmodus eintritt und damit fortfährt, den Schalter im Virtuelle-Taste-Modus zu aktivieren. Es sei bemerkt, dass der Finger des Benutzers mehrere kapazitive Schalter untersuchen kann, wie in den 10–12 dargestellt ist, wobei Signale in Zusammenhang mit jedem der entsprechenden Signalkanäle erzeugt werden, wenn der Finger über das Aktivierungsfeld jedes Kanals läuft. Mehrere Signalkanäle können gleichzeitig verarbeitet werden, und es kann der maximale Signalkanal verarbeitet werden, um die Aktivierung des entsprechenden Näherungsschalters zu bestimmen. Bei den Beispielen, die in den Signaldiagrammen aus den 21–25 bereitgestellt sind, ist ein einziger Signalkanal in Zusammenhang mit einem Schalter dargestellt, es könnten jedoch auch mehrere Signalkanäle verarbeitet werden. Das Signal 50 in Zusammenhang mit einem der Signalkanäle ist in 21 dargestellt, wobei es an einem Punkt 300 bis auf einen aktiven Schwellenpegel 320 ansteigt, wobei das Signal an diesem Punkt in den Untersuchungsmodus eintritt. Das Signal 50 steigt danach weiter an und erreicht eine erste Amplitude, wobei das Signal an diesem Punkt für einen minimalen Zeitraum stabil ist, was als Tstabil gezeigt ist, wie an einem Punkt 302 dargestellt ist. Am Punkt 302 tritt das Signal 50 in den Virtuelle-Taste-Modus ein und erzeugt einen ersten Basiswert CBasis, welcher der Deltasignalzählwert am Punkt 302 ist. An diesem Punkt erzeugt der Virtuelle-Taste-Modus eine inkrementelle Aktivierungsschwelle als Funktion des mit einer Konstanten K_vb multiplizierten Basiswerts CBasis. Die Aktivierungsschwelle zur Bestimmung einer Aktivierung kann durch (1 + K_vb) × CBasis repräsentiert werden, wobei K_vb eine Konstante ist, die größer als null ist. Der Virtuelle-Taste-Modus überwacht weiter das Signal 50, um zu bestimmen, wann es eine zweite stabile Amplitude für den minimalen Zeitraum Tstabil erreicht, was an einem Punkt 304 geschieht. An diesem Punkt 304 vergleicht der Virtuelle-Taste-Modus die zweite stabile Amplitude mit der ersten stabilen Amplitude und bestimmt, ob die zweite Amplitude die erste Amplitude um den bekannten Betrag K_vb × CBasis übersteigt. Falls die zweite Amplitude die erste Amplitude um den bekannten Betrag übersteigt, wird eine Aktivierungsausgabe für den Näherungsschalter erzeugt.
Gemäß dieser Ausführungsform muss eine stabile Signalamplitude durch den Signalkanal für wenigstens einen minimalen Zeitraum Tstabil aufrechterhalten werden, bevor in den Virtuelle-Taste-Modus eingetreten wird oder eine Aktivierung des Schalters bestimmt wird. Der Sensorwert beim Eintreten in den Virtuelle-Taste-Modus wird als CBasis aufgezeichnet. Das Verfahren überwacht darauf, wann eine nachfolgende stabile Signalamplitude vor einer Zeitablaufperiode wieder erreicht wird. Falls eine stabile Signalamplitude mit einem Deltazählwert, der größer als ein gewünschter Prozentsatz, wie 12,5 Prozent des zuvor aufgezeichneten CBasis-Werts, ist, wieder erreicht wird, bevor die Zeitablaufperiode verstreicht, wird die Aktivierung ausgelöst. Gemäß einer Ausführungsform wird eine prozentuale Deltasignalzählwerterhöhung von wenigstens 10 Prozent durch K_vb × CBasis bereitgestellt.
Der Multiplikator K_vb ist gemäß einer Ausführungsform ein Faktor von wenigstens 0,1 oder wenigstens 10 Prozent des CBasis-Werts. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Multiplikator K_vb auf etwa 0,125 gesetzt, was 12,5 Prozent entspricht. Der stabile Zeitraum Tstabil kann gemäß einer Ausführungsform auf wenigstens 50 Millisekunden gesetzt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der stabile Zeitraum Tstabil in den Bereich von 50 bis 100 Millisekunden gesetzt werden. Die stabile Amplitude kann gemäß einer Ausführungsform dadurch bestimmt werden, dass die Signalamplitude in einem Bereich innerhalb des Zweifachen der Größe des geschätzten Rauschens auf dem Signal im Wesentlichen stabil ist oder gemäß einer anderen Ausführungsform innerhalb von 2,5 bis 5,0 Prozent des Signalpegels im Wesentlichen stabil ist oder gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Kombination des Zweifachen des geschätzten Rauschens des Signals addiert zu 2,5 bis 5,0 Prozent des Signalpegels im Wesentlichen stabil ist.
22 zeigt, dass ein Signal 50 für einen Signalkanal in Zusammenhang mit einem Näherungsschalter an einem Punkt 300 in den Untersuchungsmodus eintritt und im weiteren Verlauf eine stabile erste Amplitude erreicht, wenn die stabile Signalamplitude am Punkt 302, an dem in den Virtuelle-Taste-Modus eingetreten wird, während eines minimalen Zeitraums Tstabil existiert. An diesem Punkt wird der CBasis-Wert bestimmt. Danach ist gezeigt, dass das Signal 50 abfällt und wieder auf eine zweite Amplitude ansteigt, wenn das Signal an einem Punkt 306 während des minimalen Zeitraums Tstabil stabil ist. In dieser Situation überschreitet die zweite Amplitude am Punkt 306 jedoch nicht den Basiswert CBasis des Signals am Punkt 302 um den bekannten Betrag K_vb × CBasis und erzeugt dadurch nicht eine Aktivierungsausgabe für den Schalter.
Wie in 23 dargestellt ist, tritt ein Signal 50 in Zusammenhang mit einem Signalkanal am Punkt 300 in den Untersuchungsmodus ein und erreicht im weiteren Verlauf eine erste Amplitude für einen stabilen Zeitraum Tstabil am Punkt 302, an dem in den Virtuelle-Taste-Modus eingetreten wird und CBasis bestimmt wird. Danach steigt das Signal 50 weiter auf eine zweite Amplitude an, die an einem Punkt 308 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist. Am Punkt 308 übersteigt die zweite Amplitude jedoch nicht um den bekannten Betrag K_vb × CBasis den bei der ersten Amplitude am Punkt 302 erreichten Basiswert CBasis des Signals, so dass die Näherungsschalteranordnung keine Schalterausgabe auslöst. Es wird jedoch am Punkt 308 ein neuer aktualisierter Basiswert für CBasis erzeugt und verwendet, um den bekannten Betrag zum Vergleich mit der nächsten stabilen Amplitude zu bestimmen. Das Signal 50 fällt wie dargestellt ab und steigt dann auf eine dritte Amplitude an, die am Punkt 310 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist. Die dritte Amplitude übersteigt die zweite Amplitude um mehr als den bekannten Betrag K_vb × CBasis, so dass eine Aktivierungsausgabe für den Schalter erzeugt wird.
Wie in 24 dargestellt ist, tritt ein anderes Beispiel eines Signals 50 am Punkt 300 in den Untersuchungsmodus ein und steigt weiter auf eine erste Amplitude an, die am Punkt 302 für einen minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist, an dem in den Virtuelle-Taste-Modus eingetreten wird und CBasis bestimmt wird. Danach fällt das Signal 50 wie dargestellt auf eine zweite Amplitude ab, die an einem Punkt 312 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist. Am Punkt 312 übersteigt die zweite Amplitude die erste Amplitude nicht um den bekannten Betrag K_vb × CBasis, so dass keine Auslösung des Signals erzeugt wird. Es wird jedoch ein aktualisierter Basiswert CBasis am Punkt 312 erzeugt. Danach steigt das Signal 50 weiter auf eine dritte Amplitude an, die am Punkt 310 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist. Die dritte Amplitude übersteigt die zweite Amplitude um den bekannten Betrag K_vb × CBasis, so dass eine Auslösungs- oder Aktivierungsausgabe für den Schalter erzeugt wird.
Wie in 25 dargestellt ist, tritt ein weiteres Beispiel eines Signals 50 für einen Signalkanal am Punkt 300 in den Untersuchungsmodus ein und erreicht im weiteren Verlauf eine erste Amplitude, die am Punkt 302 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist, und tritt daher in den Virtuelle-Taste-Modus ein, und es wird CBasis bestimmt. Als nächstes steigt das Signal 50 weiter auf eine zweite Amplitude an, die am Punkt 308 für den Zeitraum Tstabil stabil ist. Die zweite Amplitude übersteigt die erste Amplitude nicht um den bekannten Betrag, so dass an diesem Punkt keine Auslösung des Schalters erzeugt wird. Danach ist gezeigt, dass das Signal 50 auf einen Punkt 314 abfällt und dabei ein Rücksetzzeitgeber abläuft, weil die letzte stabile Amplitude empfangen wurde, wie durch eine Zeit Trücksetz gezeigt ist. Wenn der Rücksetzzeitgeber abläuft, wird der Virtuelle-Taste-Modus am Punkt 314 verlassen und wird in den Untersuchungsmodus eingetreten, sobald der Virtuelle-Taste-Modus verlassen wurde. Wenn dies geschieht, ist der zuvor bestimmte Wert CBasis nicht mehr gültig. Danach steigt das Signal 50 wie dargestellt auf eine dritte Amplitude an, die an einem Punkt 316 für den minimalen Zeitraum Tstabil stabil ist. An diesem Punkt erreicht die dritte Amplitude einen aktualisierten Wert CBasis, der verwendet wird, um künftige Aktivierungen des Schalters zu bestimmen. Danach fällt das Signal 50 wie dargestellt weiter bis unter den aktiven Schwellenwert 320 ab, wobei in diesem Fall der Virtuelle-Taste-Modus ohne Aktivierungen verlassen wird.
Ein Verfahren zum Aktivieren eines Näherungsschalters mit einem Virtuelle-Taste-Modus unter Verwendung der Näherungsschalteranordnung ist in den 26 und 27 dargestellt. Wie in 26 dargestellt ist, beginnt das Verfahren 400 in Schritt 402 und fährt damit fort, alle Signalkanäle in Zusammenhang mit allen Näherungsschaltern in Schritt 404 zu erfassen. Das Verfahren 400 wird in einem Entscheidungsblock 406 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Zustand auf den AKTIV-Zustand gesetzt ist, und es prüft, falls dies der Fall ist, in Schritt 414 eine Freigabe des Schalters, bevor es in Schritt 416 beendet wird. Falls der Zustand nicht auf den AKTIV-Zustand gesetzt ist, wird das Verfahren 400 in Schritt 408 fortgesetzt, um den maximalen Kanal (CHT) zu finden. Als nächstes wird die Routine 400, sobald der maximale Kanal gefunden wurde, in Schritt 410 fortgesetzt, um das Maximaler-Kanal-(CHT)-Virtuelle-Taste-Verfahren zu verarbeiten, bevor in Schritt 416 beendet wird. Die Verarbeitung des Maximaler-Kanal-Virtuelle-Taste-Verfahrens 410 ist in 27 dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es sei bemerkt, dass das Verfahren 400 einen optionalen Schritt 412 aufweisen kann, um auch das Maximaler-Kanal-Signal unter Verwendung eines Antippverfahrens zu verarbeiten, um zu detektieren, dass ein Benutzer einen Näherungsschalter antippt, um eine Aktivierungsausgabe zu erzeugen.
Die in 27 dargestellte Verarbeitung des Maximaler-Kanal-Virtuelle-Taste-Verfahrens 410 beginnt in Schritt 420 und wird in Schritt 422 fortgesetzt, um das Maximaler-Kanal-Signal einzugeben. Daher wird der Maximales-Signal-Kanal in Zusammenhang mit einem der Näherungsschalter verarbeitet, um den Virtuelle-Taste-Modus-Zustand und die Aktivierung des Schalters zu bestimmen. Im Entscheidungsschritt 424 bestimmt das Verfahren 410, ob der Schalter auf den Virtuelle-Taste-Modus-Zustand gesetzt ist, und fährt, falls dies der Fall ist, im Entscheidungsschritt 426 fort, um zu bestimmen, ob der Signalkanalwert kleiner als die aktive Schwelle ist. Falls der Signalkanal kleiner als die aktive Schwelle ist, wird das Verfahren 410 in Schritt 428 fortgesetzt, um den Zustand gleich KEIN zu setzen, und es kehrt zum Anfang zurück. Falls der Signalkanal nicht kleiner als der aktive Schwellenwert ist, wird das Verfahren 410 im Entscheidungsschritt 430 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob das Signal für eine Zeitdauer, die größer als der stabile Zeitraum Tstabil ist, eine stabile erste Amplitude hat. Falls der stabile Signalkanal bei der ersten Amplitude für einen Zeitraum größer als Tstabil stabil ist, wird das Verfahren 410 im Entscheidungsschritt 432 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Signalkanal nicht für einen Zeitraum stabil ist, der den Rücksetzzeitraum Trücksetz übersteigt, und es kehrt, falls dies nicht der Fall ist, zu Schritt 422 zurück. Falls der Signalkanal nicht für einen Zeitraum, der den Rücksetzzeitraum Trücksetz übersteigt, stabil ist, wird das Verfahren 410 fortgesetzt, um den Zustand gleich dem Untersuchungs-/Erforschungszustand zu setzen, und es endet in Schritt 460.
Zum Entscheidungsschritt 430 zurückkehrend, fährt das Verfahren 410, falls der Signalkanal für einen Zeitraum, der den stabilen Zeitraum Tstabil übersteigt, stabil ist, mit dem Entscheidungsschritt 436 fort, um zu bestimmen, ob das Signal Ch(t) um einen bekannten Betrag, der durch K_vb × CBasis definiert ist, größer als CBasis ist, und es setzt, falls dies der Fall ist, den Schalterzustand auf aktiv, um eine Aktivierungsausgabe zu erzeugen, bevor es in Schritt 460 endet. Falls das Signal CBasis nicht um den bekannten Betrag K_vb × CBasis übersteigt, wird das Verfahren 410 fortgesetzt, um den neuen CBasis-Wert in Schritt 440 auf die aktuelle stabile Signalamplitude zu setzen, bevor in Schritt 460 beendet wird.
Zum Entscheidungsschritt 424 zurückkehrend, fährt das Verfahren 410, falls der Schalterzustand nicht auf den Virtuelle-Taste-Modus gesetzt ist, mit dem Entscheidungsschritt 442 fort, um zu bestimmen, ob der Zustand auf den Untersuchungszustand gesetzt ist, und es fährt, falls dies der Fall ist, mit dem Entscheidungsschritt 444 fort, um zu bestimmen, ob das Signal größer als die aktive Schwelle ist, und es setzt, falls dies nicht der Fall ist, den Zustand gleich dem KEIN-Zustand und endet in Schritt 460. Falls das Signal größer als die aktive Schwelle ist, fährt das Verfahren 410 mit dem Entscheidungsschritt 448 fort, um zu bestimmen, ob das Signal für einen Zeitraum, der den minimalen Zeitraum Tstabil übersteigt, bei einer Amplitude stabil ist, und es endet, falls dies nicht der Fall ist, in Schritt 460. Falls das Signal für einen Zeitraum, der den minimalen Zeitraum Tstabil übersteigt, bei einer Amplitude stabil ist, fährt das Verfahren 410 mit Schritt 450 fort, um den Zustand für den Schalter auf den Virtuelle-Taste-Zustand zu setzen und den neuen CBasis-Wert für den Signalkanal in Schritt 450 festzulegen, bevor es in Schritt 460 endet.
Zum Entscheidungsschritt 442 zurückkehrend, fährt das Verfahren 410, falls der Zustand des Schalters nicht auf den Untersuchungs-/Erforschungszustand gesetzt ist, mit dem Entscheidungsschritt 452 fort, um zu bestimmen, ob das Signal größer als die aktive Schwelle ist, und es endet, falls dies nicht der Fall ist, in Schritt 460. Falls das Signal größer als die aktive Schwelle ist, wird das Verfahren 410 im Entscheidungsschritt 454 fortgesetzt, um den Zustand auf den Untersuchungs-/Erforschungszustand zu setzen, bevor in Schritt 460 beendet wird.
Demgemäß stellt die Näherungsschalteranordnung mit dem Virtuelle-Taste-Verfahren 410 vorteilhafterweise eine verbesserte Virtuelle-Taste-Schalteraktivierungsdetektion und eine verbesserte Unterdrückung unerwünschter Aktivierungen bereit. Das Verfahren 410 kann vorteilhafterweise eine Aktivierung eines Schalters detektieren, während unerwünschte Aktivierungen unterdrückt werden, die detektiert werden können, wenn ein Finger die Schalteranordnung untersucht und die Richtung umkehrt oder wobei der Finger des Benutzers einen Handschuh trägt. Die verbesserte Aktivierungsdetektion stellt vorteilhafterweise eine verbesserte Näherungsschalteranordnung bereit.
Demgemäß bestimmt die Bestimmungsroutine vorteilhafterweise die Aktivierung der Näherungsschalter. Die Routine ermöglicht es vorteilhafterweise einem Benutzer, die Näherungsschalterauflagen zu erforschen, was bei einer Automobilanwendung besonders nützlich sein kann, wobei eine Ablenkung des Fahrers vermieden werden kann.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ein gefügiges Material aufweisen, das über dem Näherungssensor liegt, und die Steuerschaltungsanordnung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Näherungsschalter auf der Grundlage eines durch den Sensor erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle aktivieren, wenn ein Finger eines Benutzers das gefügige Material herunterdrückt. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Näherungsschalteranordnung 20 im Virtuelle-Taste-Modus arbeiten und eine verbesserte Signaldetektion bereitstellen, indem das gefügige Material verwendet wird, das sich verformt, um es dem Finger des Benutzers zu ermöglichen, sich näher zum Näherungssensor zu bewegen. Zusätzlich kann ein Leerraum in Form einer Lufttasche zwischen dem gefügigen Material und dem Näherungssensor bereitgestellt werden, und es kann ferner eine erhöhte oder angehobene Fläche im gefügigen Material bereitgestellt werden.
Die 28A–31 zeigen die Näherungsschalteranordnung 20, welche das gefügige Material verwendet und in einem Virtuelle-Taste-Modus betrieben wird, und ein Verfahren zum Aktivieren des Näherungsschalters unter Verwendung des gefügigen Materials im Virtuelle-Taste-Modus gemäß dieser Ausführungsform. Die Näherungsschalteranordnung 22 kann einen Näherungssensor in der Art eines kapazitiven Sensors aufweisen, der ein Aktivierungsfeld erzeugt. Es sei bemerkt, dass mehrere Näherungssensoren 24 verwendet werden können, die jeweils ein Aktivierungsfeld erzeugen. Die Näherungssensoren 24 sind wie dargestellt gemäß einer Ausführungsform an der Oberfläche eines starren Substrats in der Art einer polymerischen Überkopfkonsole 12 bereitgestellt. Jeder der Näherungssensoren 24 kann durch Drucken leitender Tinte auf die Oberfläche der polymerischen Überkopfkonsole 12 gebildet werden. Die Näherungssensoren 24 können auch auf andere Weise gebildet werden, wie durch Montieren vorgeformter Leiterbahnen auf einem Substrat gemäß anderen Ausführungsformen.
Ein gefügiges Material 500 bedeckt wie dargestellt das Substrat 12 und soll die Berührungsoberfläche für die Interaktion eines Fingers 34 eines Benutzers mit Näherungssensoren 24 bereitstellen, um die Schalter 22 zu aktivieren. Das gefügige Material 500 ist wie dargestellt als eine Deckschicht ausgebildet, die gemäß einer Ausführungsform aus einem elastischen Material, einschließlich Gummi, bestehen kann. Das gefügige Material 500 ist in Bezug auf das darunter liegende Substrat 12, das verhältnismäßig steif ist, flexibel. Das gefügige Material 500 liegt über dem Näherungssensor 24 und ist verformbar, wenn ein Finger 34 eines Benutzers Druck ausübt, so dass der Finger 34 das gefügige Material 500 komprimiert und sich nach innen zum Näherungssensor 24 bewegt, wie in 28C gezeigt ist. Gemäß einer Ausführungsform kann das gefügige Material 500 eine Schichtdicke im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Millimeter und bevorzugter im Bereich von 1,0 bis 2,0 Millimeter aufweisen.
Die Näherungsschalteranordnung 20 verwendet eine Steuerschaltungsanordnung zum Überwachen des Aktvierungsfelds in Zusammenhang mit jedem Sensor 24 und zum Bestimmen einer Aktivierung eines Näherungsschalters auf der Grundlage eines vom Näherungssensor 24 erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger 34 eines Benutzers das gefügige Material 50 herunterdrückt. Die Steuerschaltungsanordnung kann eine stabile Amplitude eines vom Näherungssensor 24 erzeugten Signals für einen vorgegebenen Zeitraum bestimmen und eine Schalteraktivierungsausgabe erzeugen, wenn die stabile Ausgabe einen Schwellenwert übersteigt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerschaltungsanordnung eine erste stabile Amplitude eines Signals für einen Zeitraum bestimmen und eine nachfolgende zweite stabile Amplitude des Signals für einen Zeitraum bestimmen und eine Aktivierungsausgabe für einen Näherungsschalter in Zusammenhang mit dem Signal erzeugen, wenn das zweite stabile Signal das erste stabile Signal um einen bekannten Betrag übersteigt.
In den 28A–28D ist gezeigt, dass die Näherungsschalteranordnung 20 gemäß einer ersten Ausführungsform ein gefügiges Material 500 verwendet, das über einem oder mehreren Näherungssensoren 24 liegt. Wie in 28A dargestellt ist, berührt ein Finger 34 eines Benutzers, der in einer ersten Position dargestellt ist, die Oberfläche des gefügigen Materials 500 an einer Stelle in der Nähe eines Näherungssensors 24, jedoch seitlich dazu versetzt. In 28B ist gezeigt, dass sich der Finger 34 des Benutzers bewegt, indem er seitlich zu einer zweiten Position gleitet, die mit einem Näherungssensor 24 ausgerichtet ist, ohne Druck auf das gefügige Material 500 auszuüben. Dies kann geschehen, wenn ein Benutzer die Näherungssensoranordnung 20 in einem Untersuchungs-/Erforschungsmodus untersucht, ohne die Absicht zu haben, den Schalter 22 zu aktivieren. In 28C übt der Finger 34 des Benutzers wie dargestellt eine Kraft auf den Näherungssensor 24 aus, um das gefügige Material 500 herunterzudrücken und den Finger 34 des Benutzers in eine dritte Position zu bewegen, die näher beim Näherungssensor 24 liegt. Der Finger 34 des Benutzers kann dabei auf das gefügige Material 500 drücken und es verformen, um sich näher zum Näherungssensor 24 zu bewegen, und er kann weiter gegen das Substrat 12 drücken und den Finger 34 dabei abflachen, um eine vergrößerte Oberfläche oder ein vergrößertes Volumen des Fingers in unmittelbarer Nähe zum Sensor 24 bereitzustellen, wodurch eine größere Wechselwirkung mit dem zugeordneten Aktivierungsfeld und damit ein größeres Signal bereitgestellt wird.
Die in den 28A–28C gezeigte Ereignisabfolge wird weiter im in 28D dargestellten Signalansprechen erläutert. Das durch den Näherungssensor 24 erzeugte Signal 506 steigt wie dargestellt auf einen ersten Pegel 506A an, wodurch angegeben wird, dass der Finger 34 des Benutzers an der ersten Position seitlich fern vom Näherungssensor 24 in Kontakt mit der Näherungsschalteranordnung 20 steht, wie in 28A ersichtlich ist. Das Signal 506 steigt dann auf einen Pegel 506B an, wodurch angegeben wird, dass der in der zweiten Position dargestellte Finger 34 des Benutzers mit dem Näherungssensor 24 ausgerichtet ist, ohne Kraft auszuüben, wie in 28B dargestellt ist. Anschließend steigt das Signal 506 dann auf einen dritten erhöhten Pegel 506C an, wodurch angegeben wird, dass der Finger 34 des Benutzers eine Kraft an der dritten Position ausübt, um das gefügige Material 500 herunterzudrücken, wie in 28C dargestellt ist. Demgemäß ist das Signal 506 viel größer, wenn der Finger 34 des Benutzers in das gefügige Material 500 drückt, wodurch eine Virtuelle-Taste-Detektion ermöglicht wird.
Die Steuerschaltungsanordnung überwacht das Aktivierungsfeld und bestimmt eine Aktivierung des Näherungsschalters auf der Grundlage des Signals 506 in Bezug auf eine Schwelle, wenn der Finger des Benutzers gegen das gefügige Material 500 drückt. Die Prozessschaltungsanordnung kann die in 5 dargestellte Steuereinrichtung 400 zum Ausführen einer Steuerroutine aufweisen, welche eine in 31 dargestellte und hier in Zusammenhang damit beschriebene Routine 520 einschließen kann. Dabei kann die Prozessschaltungsanordnung ein Virtuelle-Taste-Verfahren, wie vorstehend beschrieben, verwenden, um einen Untersuchungsmodus und Virtuelle-Taste-Aktivierungen eines oder mehrerer Näherungsschalter zu detektieren.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ferner gemäß einer anderen Ausführungsform mit einem gefügigen Material 500 versehen sein, das einen angehobenen oder erhöhten Berührungsoberflächenabschnitt 502, der mit jedem Näherungssensor 24 ausgerichtet ist, und einen Leerraum oder einen Luftspalt 504, der zwischen dem erhöhten Abschnitt 502 und dem Näherungssensor 24 angeordnet ist, wie in den 24A–24C dargestellt ist, aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform stellt der zwischen dem gefügigen Material 500 und jedem Näherungssensor 24 gebildete Luftspalt 504 während der Schalteraktivierung eine größere Bewegungsstrecke bereit, die auch als ein haptisches Gefühl für einen Benutzer dienen kann. Der Luftspalt 504 kann gemäß einer Ausführungsform einen Höhenabstand von weniger als 5,0 Millimeter, bevorzugter im Bereich von 1,0 bis 2,0 Millimeter aufweisen. Der erhöhte Abschnitt 502 aus gefügigem Material 500 hält den Finger 34 des Benutzers im nicht heruntergedrückten Zustand weiter entfernt vom Näherungssensor 24. Wie in 29A dargestellt ist, berührt ein Finger 34 eines Benutzers die Näherungsschalteranordnung 20 in einer ersten Position an einer Stelle nahe dem Näherungssensor 24, jedoch seitlich davon beabstandet. Als nächstes bewegt sich in 28B der Finger 34 des Benutzers zu einer zweiten Position, die mit dem Näherungssensor 24 auf dem erhöhten Abschnitt 52 aus gefügigem Material 500 ausgerichtet ist. In dieser Position kann ein Finger 34 eines Benutzers die Näherungsschalter 22 in einem Untersuchungs-/Erforschungsmodus untersuchen, jedoch ohne einen Schalter aktivieren zu wollen. In 29C ist der Finger 34 des Benutzers in einer dritten Position dargestellt, in der er das gefügige Material 500 auf dem erhöhten Abschnitt 502 herunterdrückt, um den Finger 34 in einen ganz heruntergedrückten Zustand zu bewegen, in dem das gefügige Material 500 und der Luftspalt 504 komprimiert werden, um zu ermöglichen, dass sich der Finger des Benutzers näher zum Näherungssensor 24 befindet. Wenn dies geschieht, detektiert die Steuerschaltungsanordnung eine Absicht des Benutzers, den Schalter 22 zu aktivieren, und erzeugt ein Aktivierungsausgangssignal.
In 28D ist das ansprechend auf die Aktivierung des Aktivierungsfelds durch den Näherungssensor 24 erzeugte Signal 506 in Bezug auf die Fingerbetätigungen des Benutzers, wie in den 29A–29C dargestellt ist, gezeigt. Das Signal 506 steigt wie dargestellt bis auf einen ersten Pegel 506A an, der darauf hinweist, dass sich der Finger 34 des Benutzers in der ersten Position befindet, in der er die Näherungsschalteranordnung 20 in einem seitlichen Abstand vom in 29A dargestellten Sensor 24 berührt. Das Signal 506 bleibt auf dem ersten Pegel 506A, wie auch durch den Pegel 506B gezeigt ist, während der Finger des Benutzers bis an die zweite Position am oberhalb des Näherungssensors 24 ausgerichteten erhöhten Abschnitt 502 angehoben wird, ohne das gefügige Material 500 herunterzudrücken, wie in 29B gezeigt ist. Der erhöhte Abschnitt 502 ermöglicht es dabei, dass das Signal 506 niedrig bleibt, wenn sich ein Finger eines Benutzers in einem Untersuchungsmodus befindet und es nicht beabsichtigt ist, den Schalter 22 zu aktivieren. Das Signal 506 steigt wie dargestellt bis auf einen weiteren erhöhten Pegel 506C an, wodurch angegeben wird, dass der Finger 34 des Benutzers das gefügige Material in der dritten Position herunterdrückt, indem der erhöhte Abschnitt 502 und der Luftspalt 504 komprimiert werden, wie in 29C gezeigt ist, um den Schalter 22 zu aktivieren. Die Steuerschaltungsanordnung verarbeitet das Signal 506, um eine Aktivierung des Schalters 22 zu detektieren, wenn dies geschieht, und kann ferner einen Untersuchungs-/Erforschungsmodus detektieren, wie vorstehend beschrieben.
30 zeigt ein Zustandsdiagramm für die Näherungsschalteranordnung in einer anderen Zustandsmaschinenimplementation, welche das gefügige Material und den Virtuelle-Taste-Modus verwendet, gemäß einer Ausführungsform. Die Zustandsmaschinenimplementation weist wie dargestellt vier Zustände, einschließlich des Wartezustands 510, des erforschenden Zustands 512, des Virtuelle-Taste-Zustands 514 und des Tastendrückzustands 516, auf. In den Wartezustand 510 wird eingetreten, wenn das Signal kleiner als eine Schwelle ist, die angibt, dass keine Sensoraktivität detektiert wird. In den erforschenden Zustand 512 wird eingetreten, wenn das Signal größer als eine Schwelle ist, die eine Aktivität angibt, welche als mit einer Untersuchungs-/Erforschungsinteraktion kompatibel bestimmt wurde. In den Virtuelle-Taste-Zustand 514 wird eingetreten, wenn das Signal stabil ist. Der Tastendrückzustand 516 gibt ein kräftiges Drücken auf den Schalter an, um das gefügige Material zu komprimieren, sobald in den Virtuelle-Taste-Zustand eingetreten wurde. Wenn das Signal eine bestimmte Schwelle erreicht, wird in den Erforschungs-/Untersuchungsmodus 512 eingetreten. Wenn das Signal stabil und größer als ein Basispegel ist, wird in den Virtuelle-Taste-Modus 514 eingetreten. Falls das Signal stabil und größer als ein Basispegel plus einem Deltakuppelwert ist, wird in den Tastendrückmodus 516 eingetreten. Es sei bemerkt, dass der Basispegel wie vorstehend beschrieben aktualisiert werden kann.
Mit Bezug auf 31 werden die Routine 520 zum Steuern der Näherungsschalteranordnung und das Verfahren zur Aktivierung unter Verwendung eines gefügigen Materials, wie vorstehend in Zusammenhang mit den 28A–30 beschrieben, dargestellt und beschrieben. Die Routine 520 kann im Speicher 48 gespeichert werden und durch die Steuereinrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform ausgeführt werden. Die Routine 520 beginnt in Schritt 522 mit dem Verarbeiten des größten oder maximalen Signalkanals, welcher der maximale Signalkanal in Zusammenhang mit einem der Näherungsschalter ist. In Schritt 524 wird der maximale Signalkanal in die Steuereinrichtung eingegeben. Als nächstes bestimmt die Routine 520 im Entscheidungsschritt 526, ob der aktuelle Zustand auf den Wartezustand gesetzt ist, und fährt, falls dies der Fall ist, im Entscheidungsschritt 528 fort, um zu bestimmen, ob der maximale Signalkanal größer als eine Schwelle ist. Falls der maximale Signalkanal nicht größer als die Schwelle ist, endet die Routine 520 in Schritt 530. Falls der maximale Signalkanal größer als eine Schwelle ist, wird die Routine 520 in Schritt 532 fortgesetzt, um den Zustand auf den erforschenden Zustand zu setzen, bevor in Schritt 530 beendet wird.
Zum Entscheidungsschritt 526 zurückkehrend sei bemerkt, dass, falls der Zustand auf den Wartezustand gesetzt wird, die Routine 520 mit dem Entscheidungsschritt 534 fortfährt, um zu bestimmen, ob der Zustand auf den erforschenden Zustand gesetzt ist, und sie wird, falls dies der Fall ist, im Entscheidungsschritt 536 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der maximale Signalkanal kleiner als eine Schwelle ist. Falls der maximale Signalkanal kleiner als die Schwelle ist, wird die Routine 520 in Schritt 538 fortgesetzt, um den Zustand auf den Wartezustand zu setzen, und sie endet dann in Schritt 530. Falls der maximale Signalkanal nicht kleiner als die Schwelle 536 ist, wird die Routine 520 im Entscheidungsschritt 540 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob alle Signalkanäle stabil sind, und sie endet, falls dies nicht der Fall ist, in Schritt 530. Falls alle Signalkanäle stabil sind, wird die Routine 520 in Schritt 542 fortgesetzt, um den Zustand gleich dem Virtuelle-Taste-Zustand zu setzen, und sie setzt danach in Schritt 544 die Kanalbasis auf den maximalen Signalkanal, bevor sie in Schritt 530 endet.
Zum Entscheidungsschritt 534 zurückkehrend sei bemerkt, dass, falls der Zustand nicht auf den erforschenden Zustand gesetzt ist, die Routine 520 mit dem Entscheidungsschritt 546 fortfährt, um zu bestimmen, ob der Zustand der Virtuelle-Taste-Zustand ist, und sie wird, falls dies nicht der Fall ist, in Schritt 548 fortgesetzt, um den Zustand auf den Tastendrückzustand zu setzen. Danach wird die Routine 520 im Entscheidungsschritt 550 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der maximale Signalkanal kleiner als eine Schwelle ist, und sie endet, falls dies nicht der Fall ist, in Schritt 530. Falls der maximale Kanal kleiner als eine Schwelle ist, setzt die Routine 520 den Zustand in Schritt 552 auf den Wartezustand und hebt die Aktivierung dann in Schritt 554 auf, bevor sie in Schritt 530 endet.
Zum Entscheidungsschritt 546 zurückkehrend sei bemerkt, dass, falls der Zustand gleich dem Virtuelle-Taste-Zustand gesetzt ist, die Routine 520 mit dem Entscheidungsschritt 556 fortfährt, um zu bestimmen, ob der maximale Signalkanal kleiner als eine Schwelle ist, und sie setzt, falls dies der Fall ist, den Zustand in Schritt 558 auf den Wartezustand, bevor sie in Schritt 530 endet. Falls der maximale Signalkanal nicht kleiner als die Schwelle ist, wird die Routine 520 im Entscheidungsschritt 560 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob der Virtuelle-Taste-Zeitgeber größer als ein Zeitablauf ist, und sie setzt, falls dies der Fall ist, den Zustand in Schritt 562 auf den erforschenden Zustand, bevor sie in Schritt 530 endet. Der Virtuelle-Taste-Zeitgeber kann gemäß einer Ausführungsform gleich einem Bereich von einer bis drei Sekunden gesetzt werden. Falls der Virtuelle-Taste-Zeitgeber den Zeitablauf nicht überschritten hat, wird die Routine 520 mit der Entscheidung 564 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob alle Signalkanäle stabil sind, und sie endet in Schritt 530, falls dies nicht der Fall ist. Falls bestimmt wird, dass alle Signalkanäle stabil sind, wird die Routine 520 im Entscheidungsschritt 566 fortgesetzt, um zu bestimmen, ob die Gummikuppel herunterdrückt wird, was dadurch bestimmt werden kann, dass der maximale Signalkanal größer als eine mit einem Signaldeltakuppelwert summierte Signalkanalbasis ist. Falls die Gummikuppel herunterdrückt wird, wird die Routine 520 im Entscheidungsschritt 568 fortgesetzt, um den Zustand gleich dem Tastendrückzustand zu setzen, und sie erzeugt danach in Schritt 570 eine Aktivierung des maximalen Signalkanals, bevor sie in Schritt 530 endet. Falls die Gummikuppel nicht heruntergedrückt wird, wird die Routine 520 in Schritt 572 fortgesetzt, um zu bestimmen, dass der Finger noch gleitet, und um das Basissignal ChBasis in Schritt 572 auf den maximalen Signalkanal zu aktualisieren, bevor sie in Schritt 530 endet.
Demgemäß stellt die Näherungsschalteranordnung 20 mit dem gefügigen Material 500 und dem Virtuelle-Taste-Modus vorteilhafterweise eine verbesserte Virtuelle-Taste-Schalteraktivierungsdetektion bereit, um die Unterdrückung unbeabsichtigter Aktivierungen zu verbessern. Das Verfahren 520 kann vorteilhaft eine Aktivierung eines Schalters detektieren, während das Unterdrücken einer unerwünschten Aktivierung eines Schalters detektiert werden kann, wenn ein Finger die Schalteranordnung untersucht. Die verbesserte Aktivierungsdetektion stellt eine verbesserte Näherungsschalteranordnung bereit, die bei einer Automobilanwendung besonders vorteilhaft oder nützlich sein kann, wobei eine Ablenkung des Fahrers vermieden werden kann.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ein steifes Substrat mit einer ersten, oberen und einer zweiten, unteren Oberfläche, einen auf dem Substrat befindlichen Näherungssensor, ein gefügiges Material, das sich auf der oberen Oberfläche des Substrats befindet, und eine Vertiefung, die in der oberen Oberfläche des Substrats in einem Gebiet zwischen dem gefügigen Material und dem Näherungssensor ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform umfassen. Die Vertiefung ist allgemein größer als der Näherungssensor, so dass die Vertiefung im Vergleich zum Näherungssensor eine längere Länge und Breite aufweist. Die Vertiefung gestattet die Ausbildung eines Luftspalts zwischen dem gefügigen Material und dem Näherungssensor.
Mit Bezug auf 32–34D ist gemäß einer Ausführungsform die Näherungsschalteranordnung 20 dargestellt, die ein über einem steifen Substrat 12 liegendes gefügiges Material 500 und in einer oberen Oberfläche des Substrats 12 ausgebildete Vertiefungen 600 verwendet. Die Näherungsschalteranordnung 20 umfasst das steife Substrat 12, das allgemein als eine flache Platte gezeigt wird, mit einer ersten und zweiten Oberfläche, die als obere und untere Oberfläche gezeigt sind. Der erste und zweite Näherungssensor 24, wie z. B. kapazitive Sensoren, liegen, wie dargestellt, auf der unteren Oberfläche des Substrats 12, und jeder erzeugt für einen entsprechenden Näherungsschalter 22 ein Aktivierungsfeld. Es ist zu verstehen, dass ein oder mehrere Näherungssensoren 24 vorhanden sein können, wobei jeder Sensor ein Aktivierungsfeld erzeugt. Wie dargestellt, sind gemäß einer Ausführungsform die Näherungssensoren 24 auf der unteren Oberfläche des steifen Substrats 12 vorgesehen, wie z. B. eine polymere Überkopfkonsole 12. Jeder der Näherungssensoren 24 kann durch Aufdrucken von leitfähiger Druckfarbe auf die untere Oberfläche des steifen Substrats 12 ausgebildet werden. Die Näherungssensoren 24 können gemäß anderer Ausführungsformen ansonsten z. B. durch Montage von vorgeformten leitfähigen Schaltungsbahnen auf dem Substrat 12 ausgebildet werden.
Wie dargestellt, bedeckt ein gefügiges Material 500 das Substrat 12 und soll für einen Finger 34 eines Benutzers die Berührungsoberfläche zur Interaktion mit einem oder mehreren der Näherungssensoren 24, um einen oder mehrere der Näherungsschalter 22 zu aktivieren, bereitstellen. Das gefügige Material 500 kann gemäß einer Ausführungsform als eine Abdeckschicht ausgebildet sein, die aus einem elastischen Material einschließlich Gummi bestehen kann.Das gefügige Material 500 ist relativ zum darunter liegenden Substrat 12, das allgemein steif ist, flexibel. Das gefügige Material 500 liegt über den Näherungssensoren 24 und ist verformbar, wenn ein Finger eines Benutzers Druck ausübt, so dass der Finger 34 das gefügige Material 500 komprimiert und sich zum Näherungssensor 24 bewegt. Das gefügige Material 500 kann eine Dicke, wie oben in Verbindung mit anderen Ausführungsformen beschrieben, im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Millimeter und bevorzugter im Bereich von 1,0 bis 2,0 Millimeter aufweisen.
Die Näherungsschalteranordnung 20 umfasst ferner eine Vertiefung 600 in der oberen Oberfläche des steifen Substrats 12 in einem Gebiet zwischen dem gefügigen Material 500 und jedem Näherungssensor 24. In der oberen Oberfläche des Substrats 12 können separate Vertiefungen 600 ausgebildet sein, wobei jede allgemein bei einem der Näherungssensoren 24 liegt. Die Vertiefung 600 weist eine Länge und Breite auf, die größer als der Näherungssensor 24 ist. Die relative Größe der Vertiefung 600 relativ zum Näherungssensor 24 ist in 33 dargestellt. Die Vertiefung 600 weist gemäß einer Ausführungsform eine erste Länge L_D im Vergleich zum Näherungssensor 24, der eine zweite Länge L_S aufweist, auf, wobei die erste Länge L_D um mindestens 5 mm größer als die zweite Länge L_S ist. Gemäß einer spezielleren Ausführungsform ist die erste Länge L_D um eine Distanz im Bereich von 5–10 mm größer als die zweite Länge L_S. Die Vertiefung 600 weist außerdem eine Breite W_D auf, die größer als eine Breite W_S des Näherungssensors 24 ist. Die Breite W_D kann gemäß einer Ausführungsform um einen Betrag von mindestens 5 mm größer als die Breite W_S sein und spezieller um eine Distanz im Bereich von 5–10 mm. Die Vertiefung 600 kann gemäß einer Ausführungsform eine Dicke im Bereich von 0,5–2,0 mm aufweisen.
Während die Näherungsschalteranordnung 20 vorliegend mit allesamt rechteckig gestalteten Näherungssensoren 24 und Vertiefungen 600 gezeigt und beschrieben wird, versteht es sich, dass der Sensor 24 und die Vertiefung 600 andere Gestalten und Größen aufweisen können, wie zum Beispiel eine kreisförmige Gestalt oder eine andere Gestalt. Dabei weist die Vertiefung 600 eine Tiefe auf und weist außerdem eine Größendimension der Länge und/oder Breite auf, die größer als eine Längen- und/oder Breitendimension des naheliegenden Näherungssensors 24 ist. Bei einem kreisförmigen Näherungssensor 24 und einer kreisförmigen Vertiefung 600 kann die Dimension eine Längenmessung des Durchmessers der kreisförmigen Gestalt für jeden Sensor 24 und Vertiefung 600 sein, wobei die Dimension der Vertiefung 600 gemäß einer Ausführungsform um einen Betrag von mindestens 5 mm größer als die Dimension des Näherungssensors 24 ist, spezieller im Bereich von 5–10 mm.
Gemäß einer Ausführungsform weist die in dem steifen Substrat 12 ausgebildete Vertiefung 600 Raum für einen Luftspalt, der sich zwischen der unteren Oberfläche der Vertiefung 600 des Substrats 12 und dem darüber liegenden gefügigen Material 500 ausbildet, auf. Der in der Vertiefung 600 ausgebildete Luftspalt bietet Raum für den Finger des Benutzers beim Herabdrücken des gefügigen Materials 500 nach innen und in nahe Nähe des Näherungssensors 24. Während, wie vorliegend gezeigt und beschrieben, ein Luftspalt den Leerraum innerhalb der Vertiefung 600 füllt, versteht es sich, dass sich ein anderes Material, wie zum Beispiel eine Flüssigkeit oder ein anderes Gas, darin befinden kann. Es ist ferner zu verstehen, dass ein weiches gefügiges Material in der Vertiefung 600 vorliegen kann, wobei das Material im Wesentlichen weniger steif als das steife Substrat 12 ist.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann ferner eine Steuerschaltung zum Überwachen des Aktvierungsfelds in Zusammenhang mit jedem Näherungssensor 24 und zum Bestimmen einer Aktivierung eines entsprechenden Näherungsschalters 22 auf der Grundlage eines vom Näherungssensor 24 erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger 34 eines Benutzers das gefügige Material 500 in die Vertiefung 600 herunterdrückt, verwenden. Die Amplitude des Signals steigt allgemein, wenn sich der Finger des Benutzers näher an den Näherungssensor 24 heran bewegt. Die Steuerschaltung kann wie oben im Zusammenhang mit den in 28A–31 gezeigten Ausführungsformen beschrieben funktionieren.
Mit Bezug auf 34A–34D verwendet gemäß einer ersten Ausführungsform die Näherungsschalteranordnung 20, wie dargestellt, das gefügige Material 500, welches über einer Vertiefung 600 über jedem der Näherungssensoren 24 liegt. Wie in 34A zu sehen, befindet sich ein Finger 34 des Benutzers in einer ersten Position in Kontakt mit der oberen Oberfläche des gefügigen Materials 500 an einer Stelle, die nahe bei aber seitlich verschoben von einem Näherungssensor 24 und einer Vertiefung 600 liegt. In 34B bewegt sich der Finger 34 des Benutzers wie gezeigt durch seitliches Gleiten in eine zweite Position, die zentral über einem Näherungssensor 24 und einer Vertiefung 600 ausgerichtet ist, ohne Kraft oder Druck auf das gefügige Material 500 auszuüben. Dies kann geschehen, wenn ein Benutzer die Näherungssensoranordnung 20 in einem Erforschungsmodus erforscht, ohne den Näherungsschalter 22 tatsächlich aktivieren zu wollen. In 34C übt der Finger 34 des Benutzers wie gezeigt eine Kraft in Richtung des Näherungssensors 24 aus, um das gefügige Material 500 herabzudrücken, um den Finger 34 des Benutzers in eine dritte Position näher an den Näherungssensor 24 heran zu bewegen, um das gefügige Material 500 zu komprimieren und den in der Vertiefung 600 vorliegenden Luftspalt zu kollabieren, und kann den Finger weiter gegen das Substrat 12 innerhalb des Bodens der Vertiefung 600 pressen und somit flach machen, um einen verbesserten Oberflächenbereich oder ein verbessertes Volumen des Fingers in naher Nähe zum Sensor 24 bereitzustellen, wodurch mit dem in Zusammenhang stehenden Aktivierungsfeld eine bessere Interaktion und somit ein größeres Signal bereitgestellt wird.
Die Folge von Ereignissen, die in 34A–34C gezeigt ist, ist ferner in dem Verhalten des Signals 606 dargestellt, das in 34D gezeigt ist. Das Signal 606, das von dem Näherungsschalter 24 erzeugt wird, steigt, wie gezeigt, auf ein erstes Niveau 606A, das angibt, dass sich der Finger 34 des Benutzers in Kontakt mit der Näherungsschalteranordnung 20 an der ersten Position, die seitlich von dem Näherungssensor 24 beabstandet ist, befindet, wie in 34A zu sehen. Das Signal 606 behält eine Signalamplitude auf dem Niveau 606B bei, das angibt, dass der Finger 34 des Benutzers, wie gezeigt, in der zweiten Position mit dem Näherungssensor 24 und der Vertiefung 600 ausgerichtet ist, ohne Kraft auszuüben, wie in 34B gezeigt. Danach steigt das Signal 606 auf ein drittes erhöhtes Niveau 606C an, das angibt, dass der Finger des Benutzers Kraft in der dritten Position ausübt, um das gefügige Material 500 in die Vertiefung 600 herabzudrücken, wie in 34C gezeigt. Somit ist das Signal 606 viel größer, wenn der Finger 34 des Benutzers das gefügige Material 500 in die Vertiefung 600 herabdrückt, wodurch verbesserte Schalterdetektion ermöglicht wird. Die Steuerschaltung kann dann das Aktivierungsfeld und das Signal 606 überwachen und eine Aktivierung des Näherungsschalters 22 auf Grundlage des Signals 606, wie vorliegend beschrieben, bestimmen.
Die Näherungsschalteranordnung 20 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer oder mehreren Furchen konfiguriert werden, die in dem steifen Substrat zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensor ausgebildet sind, wie in 35–37E gezeigt. Bei dieser Ausführungsform liegt, wie gezeigt, eine einzige Furche 610 zwischen benachbarten Näherungssensoren 24, um eine Signalisolierung zwischen den benachbarten Näherungssensoren 24 bereitzustellen. Es ist zu verstehen, dass eine oder mehrere Furchen in dem steifen Substrat 12 zwischen den benachbarten Näherungssensoren 24 ausgebildet sein können. Bei dieser Ausführungsform kann die Furche 610 in Kombination mit Vertiefungen 600 verwendet werden oder auch ohne Vertiefungen 600 verwendet werden. Bei Verwendung einer Kombination aus Vertiefungen 600 und der Furche 610 kann eine verbesserte Signaldetektion und eine reduzierte Signalstörung erreicht werden. Bei Verwendung der Furche 610 ohne die Vertiefungen 600 kann eine kompaktere Näherungsschalteranordnung 20 erreicht werden, bei der Näherungsschalter 22 nahe beieinander liegen, ohne die vergrößerten Vertiefungen.
Wie in 35 und 36 zu sehen, ist die Furche 610 in der oberen Oberfläche des steifen Substrats 12 in einem Gebiet zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensor 24 ausgebildet. Die Furche 610 kann eine erste Dimension aufweisen, die als Länge L_G gezeigt wird, die mindestens so lang wie W_S, die Breite des Sensors 24, ist, oder mindestens so lang wie W_D bei der Ausführungsform mit der Vertiefung 600 und bevorzugt 5 bis 10 mm länger als die Breite W_S oder 0 bis 5 mm länger als die Breite W_D bei der Ausführungsform mit der Vertiefung 600, und eine zweite Dimension, die als Breite W_G gezeigt ist, im Bereich von 1 mm bis 5 mm. Die Tiefe der Furche 610 kann im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm liegen. Es ist zu verstehen, dass sich die Tiefe der Furche 610 eine erhebliche Distanz in die obere Oberfläche des steifen Substrats 12 hinein erstrecken kann. Bei einer Ausführungsform besteht das steife Substrat 12 aus Kunststoff. Die Furche 610 bildet darin einen Luftspalt. Der Luftspalt weist eine niedrige Dielektrik auf, die das Aktivierungsfeld effektiv in dem Gebiet reduziert und ein Signalübersprechen oder eine Signalstörung reduziert oder verhindert.
Mit Bezug auf 37A–37E verwendet, wie dargestellt, die Näherungsschalteranordnung 20 gemäß einer Ausführungsform das gefügige Material 500, die Vertiefungen 600 und die Furche 610. Wie in 37A zu sehen, kontaktiert ein Finger 34 des Benutzers in einer ersten Position eine Oberfläche des gefügigen Materials 500 an einer Stelle nahe einem aber seitlich verschoben von einem Näherungssensor 24. In 37B bewegt sich der Finger 34 des Benutzers durch seitliches Gleiten in eine zweite Position, die mit einem ersten Näherungssensor 24 ausgerichtet ist, ohne Kraft oder Druck auf das gefügige Material 500 auszuüben. Dies kann geschehen, wenn ein Benutzer die Näherungssensoranordnung 20 in einem Erforschungsmodus erforscht, ohne den Näherungsschalter 22 tatsächlich aktivieren zu wollen. In 37C bewegt sich der Finger 34 des Benutzers durch seitliches Gleiten über die Furche 610 in eine dritte Position, die mit einem zweiten Näherungssensor ausgerichtet ist, ohne Kraft oder Druck auf das gefügige Material 500 auszuüben, wie es bei dem Erforschungsmodus geschehen kann. In 37D gleitet der Finger 34 des Benutzers ferner in eine vierte Position in dem Gebiet des zweiten Näherungssensors 34. Es ist zu verstehen, dass ein Benutzer das gefügige Material 500 über entweder dem ersten oder zweiten Näherungssensor 24 herabdrücken kann, um entweder den ersten oder zweiten Näherungsschalter 22 zu aktivieren.
Die Folge von Ereignissen, die in 37A–37D gezeigt ist, ist ferner in dem Verhalten des ersten und zweiten Signals 608 und 609 dargestellt, die in 37E gezeigt sind. Das erste Signals 608, das von dem ersten Näherungsschalter 24 erzeugt wird, liegt, wie gezeigt, auf einem ersten Niveau 608A, wenn sich der Finger des Benutzers in Kontakt mit der Näherungsschalteranordnung 20 an sowohl der ersten als auch der zweiten Position befindet, wie in 37A und 37B gezeigt. Wenn sich der Finger des Benutzers der Furche 610 zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensor nähert, fällt das erste Signal 608 auf einen reduzierten oder Nullwert. Ein zweites Signal 609, das von dem zweiten Näherungssensor 24 erzeugt wird, steigt zurück auf das Signalniveau 608C und 608D, wenn sich der Finger des Benutzers von der Furche 610 weg bewegt und sich der dritten und vierten Position nähert, wie in 37C und 37D gezeigt. Der Effekt, dass die Signale 608 und 609 auf einem reduzierten oder Nullwert liegen, tritt auf, wenn sich der Finger 34 des Benutzers über die Furche 610 zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensor 24 bewegt. Die Furche 610 isoliert effektiv die Signale 608 und 609, um die Signalwerte auf einen niedrigeren oder Nullwert zu reduzieren, und verhindert somit Störung zwischen benachbarten Näherungssensoren 24. Die Steuerschaltung kann dadurch eine Aktivierung entweder des ersten oder des zweiten Schalters 22 auf Grundlage der Signale 608 und 609 mit reduzierter Signalstörung bestimmen.
Die Näherungsschalteranordnung 20 ist ferner, wie dargestellt, gemäß einer weiteren Ausführungsform so konfiguriert, dass sie ein gefügiges Material 500 aufweist mit einem erhöhten oder angehobenen Berührungsoberflächenteil 620, der mit jedem der Näherungssensoren 24 und den Vertiefungen 600 ausgerichtet ist, wie in 38 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform stellt die erhöhte Oberfläche 620 einen verbesserten Bewegungsstreckenabstand zwischen Schalteraktivierungen bereit, was gleichfalls einem Benutzer ein haptisches Gefühl vermitteln kann. Die Höhe der erhöhten Oberfläche 620 kann gemäß einer Ausführungsform im Bereich von 1 bis 2 mm liegen. Die erhöhte Oberfläche 620 kann den Finger 34 des Benutzers distaler von dem Näherungssensor in dem nicht herabgedrückten Zustand halten. Es ist ferner zu verstehen, dass die erhöhte Oberfläche 620 mit den Vertiefungen 600 oder mit einer oder mehreren Furchen 610, oder mit sowohl den Vertiefungen 600 als auch einer oder mehreren Furchen 610 verwendet werden kann.
Entsprechend kann die Näherungsschalteranordnung 20 mit dem gefügigen Material 500 Vertiefungen 600 und/oder eine oder mehrere Furchen 610 verwenden, um eine verbesserte Signaldetektion und Schalteraktivierung bereitzustellen.

Es ist zu verstehen, dass Variationen und Modifikationen an der vorstehend erwähnten Struktur vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und es ist ferner zu verstehen, dass diese Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt werden sollen, es sei denn, dass diese Ansprüche durch ihren Sprachgebrauch ausdrücklich etwas anderes aussagen. Zeichenerklärung Figur 16

140	BEGINN DER VERARBEITUNG DER SCHALTERFREIGABE
142	IST AKTIVER KANAL < LVL_FREIGABE?
YES	JA
NO	NEIN
144	IST LVL_DELTA_SCHWELLE > 0?
146	ERHÖHEN DES SCHWELLENPEGELS, FALLS DAS SIGNAL STÄRKER IST (DIES GESCHIEHT DURCH VERRINGERN DER LVL_DELTA_SCHWELLE), FESTLEGEN DER SCHWELLEN-, FREIGABE-, AKTIVEN PEGEL
148	RÜCKSETZEN: KANAL_MAX UND SUMMENGESCHICHTSZEITGEBER FÜR LANGE STABILE SIGNALUNTERSUCHUNGS-/ERFORSCHUNGSPARAMETER
150	SCHALTER_STATUS = SW_KEIN
152	ENDE

Fig 17, 18

202	VERARBEITEN DES SW_KEIN-ZUSTANDS
204	IST MAX_KANAL > LVL_AKTIV?
206	SCHALTER_STATUS = SW_AKTIV
208	PRÜFEN, OB DAS UNTERSUCHUNGS- /ERFORSCHUNGSHINWEISZEICHEN ZURÜCKZUSETZEN IST
210	ENDE
NO	NEIN
YES	JA
222	VERARBEITEN DES SW_AKTIV-ZUSTANDS
224	IST MAX_KANAL > LVL_SCHWELLE?
226	IST MAX_KANAL < LVL_AKTIV?
228	SCHALTER_STATUS = SW_KEIN
230	WURDE EIN KÜRZLICHES SCHWELLENEREIGNIS ODER EIN HANDSCHUH DETEKTIERT?
232	UNTERSUCHUNG/ERFORSCHUNG_EIN = WAHR
234	SCHALTER_STATUS = SW_SCHWELLE
236	ENDE

Figur 19

242	VERARBEITEN DES SW_SCHWELLE-ZUSTANDS
244	IST DAS SIGNAL STABIL ODER IST DER KANAL AN EINER SPITZE?
YES	JA
NO	NEIN
256	ENDE
246	UNTERSUCHUNG/ERFORSCHUNG?
248	IST DER KANAL SAUBER UND IST SCHNELL_AKTIV > SCHWELLE?
250	SCHALTER_AKTIV = MAX_KANAL
252	GIBT ES EINEN SCHALTER_AKTIV?
254	INITIALISIEREN VON UNTERSUCHUNGS-/ERFORSCHUNGS- VARIABLEN, SCHALTER_STATUS = SW_UNTERSUCHUNG/ERFORSCHUNG, SPITZE_MAX_BASIS = MAX_KANÄLE
256	ENDE

Figur 20

262	VERARBEITEN DES SW_UNTERSUCHUNGS- /ERFORSCHUNGSZUSTANDS
264	IST MAX_KANAL < LVL_TASTE-OBEN_SCHWELLE
YES	JA
NO	NEIN
266	WIRD DIESER ERSTE UND EINZIGE KANAL DURCHLAUFEN UND IST DAS SIGNAL SAUBER?
268	AUFGABE; UNBEABSICHTIGTE BETÄTIGUNG SCHALTER_STATUS = SW_KEIN
270	SCHALTER_AKTIV = MAX_KANAL
272	MAX_SPITZE_BASIS = MIN(MAX_SPITZE_BASIS, MAX_KANAL)
274	IST KANAL GEKLICKT (MAX_KANAL > MAX_SPITZE_BASIS + DELTA)?
276	IST SIGNAL STABIL UND SAUBER?
278	IST SIGNAL LANGE STABIL UND SAUBER?
280	SCHALTER_AKTIV = MAX_KANAL
282	ENDE

Figur 27

420	Verarbeiten von Max-Ch(t)
422	EINGABE: Max-Ch(t)
424	Zustand = VIRTUELLE_TASTE?
426	Ch(t) < aktive Schwelle?
428, 446	Zustand = KEIN
442	Zustand = UNTERSUCHUNG?
YES	JA
NO	NEIN
452	Ch(t) > aktive Schwelle?
454	Zustand = UNTERSUCHUNG
444	Ch(t) < aktive Schwelle?
430	Ch(t)_stabil > t stabil?
448	Ch(t)_stabil > t stabil?
432	Ch(t)_NICHT_stabil > t Rücksetz?
450	Zustand = VIRTUELLE_TASTE CBasis = Ch(t)
440	CBasis = Ch(t)
436	Ch(t) – CBasis > Kvb·CBasis?
438	Zustand = AKTIV
434	Zustand = UNTERSUCHUNG
460	Ende

Figur 31

522	VERARBEITEN VON MaxCh
524	EINGABE: MaxCh
526	ZUSTAND = WARTEN?
534	ZUSTAND = ERFORSCHEND?
546	ZUSTAND = VIRTUELLE TASTE?
556	MaxCh < SCHWELLE?
560	VIRTUELLE-TASTE-ZEITGEBER > ZEITABLAUF?
564	ALLE KANÄLE STABIL?
YES	JA
NO	NEIN
530	ENDE
528	MaxCh > SCHWELLE?
532	ZUSTAND = ERFORSCHEND
536	MaxCh < SCHWELLE?
538	ZUSTAND = WARTEN
540	ALLE KANÄLE STABIL?
542	ZUSTAND = VIRTUELLE TASTE
544	ChBasis = MaxCh
548	ZUSTAND IST TASTENDRUCK
550	MaxCh < SCHWELLE?
552	ZUSTAND = WARTEN
554	FREIGABEAKTIVIERUNG
568	ZUSTAND = TASTENDRUCK
570	AKTIVIEREN VON MaxCh
558	ZUSTAND = WARTEN
562	ZUSTAND = ERFORSCHEND
566	GUMMIKUPPEL HERUNTERGEDRÜCKT (MaxCh > ChBasis + ChDeltaKuppel)?
572	FINGER NOCH GLEITEND, AKTUALISIEREN DES BASISSIGNALS ChBasis = MaxCh
END	ENDE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 14/284659 [0001]
US 14/168614 [0001]
US 13/444393 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Touch Sensors Design Guide", 10620 D-AT42-04/09 vom 9. April 2009 von ATMEL® [0063]

Claims

Näherungsschalteranordnung, welche Folgendes umfasst: ein steifes Substrat mit einer oberen und einer unteren Oberfläche; einen bei einer Oberfläche des Substrats befindlichen ersten Näherungssensor; einen bei einer Oberfläche des Substrats benachbart zu dem ersten Sensor mit einem Gebiet dazwischen befindlichen zweiten Näherungssensor; gefügiges Material, das sich auf der oberen Oberfläche des Substrats befindet; und eine in dem Substrat in dem Gebiet zwischen dem ersten und dem zweiten Näherungssensor ausgebildete Furche.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Furche eine längere Dimension als der Sensor aufweist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Furchendimension den Sensor um 5 bis 10 mm überschreitet.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei das gefügige Material Gummi ist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Furche eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm aufweist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerschaltung zum Überwachen eines Aktivierungsfelds in Zusammenhang mit dem Näherungssensor und zum Bestimmen einer Aktivierung des Näherungsschalters auf der Grundlage eines vom Sensor erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger eines Benutzers das gefügige Material herunterdrückt.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine in dem steifen Substrat zwischen dem gefügigen Material und dem ersten Näherungssensor ausgebildete erste Vertiefung.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 7, ferner umfassend eine in dem steifen Substrat zwischen dem gefügigen Material und dem zweiten Näherungssensor ausgebildete zweite Vertiefung.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst, umfasst.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung an einem Fahrzeug montiert ist.
Fahrzeugnäherungsschalteranordnung, umfassend: ein steifes Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche; einen auf einer unteren Oberfläche des Substrats angebrachten ersten Näherungssensor; einen auf der unteren Oberfläche des Substrats benachbart zu dem ersten Sensor mit einem Gebiet dazwischen angebrachten zweiten Näherungssensor; ein gefügiges Material, das sich auf der oberen Oberfläche des Substrats befindet; und eine in dem Substrat in dem Gebiet zwischen dem ersten und dem zweiten Näherungssensor ausgebildete Furche.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei die Furche eine längere Dimension als der Sensor aufweist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei die Furchendimension den Sensor um 5 bis 10 mm überschreitet.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei das gefügige Material Gummi ist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei die Furche eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm aufweist.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Steuerschaltung zum Überwachen eines Aktivierungsfelds in Zusammenhang mit dem Näherungssensor und zum Bestimmen einer Aktivierung des Näherungsschalters auf der Grundlage eines vom Sensor erzeugten Signals in Bezug auf eine Schwelle, wenn ein Finger eines Benutzers das gefügige Material herunterdrückt.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine in dem steifen Substrat zwischen dem gefügigen Material und dem ersten Näherungssensor ausgebildete erste Vertiefung.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 17, ferner umfassend eine in dem steifen Substrat zwischen dem gefügigen Material und dem zweiten Näherungssensor ausgebildete zweite Vertiefung.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei der Näherungsschalter einen kapazitiven Schalter, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren umfasst, umfasst.
Näherungsschalteranordnung nach Anspruch 11, wobei die Anordnung an einem Fahrzeug montiert ist.