DE102022124531A1 - Selbstadaptiver Ultraschall-Berührungssensor - Google Patents

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DE102022124531A1
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Lavinia-Elena Ciotirca
Mihai-Liviu Tudose
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Ein Verfahren zum Konfigurieren eines Berührungssensor beinhaltet Übertragen eines durch ein erstes Anregungssignal induzierten Ultraschall-Testsignals zu einer Berührungsstruktur, die eine erste Grenzfläche mit einem umschlossenen Innenvolumen des Berührungssensors und eine zweite Grenzfläche mit einer äußeren Umgebung aufweist; Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht; und selektives Konfigurieren eines zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit. Das zweite Anregungssignal wird zum Induzieren weiterer Ultraschallsignale verwendet.

Description

  • Berührungserfassung über Metallflächen unter Verwendung von Ultraschallwellen wird derzeit als Alternative zu Prinzipien der kapazitiven Berührungserfassung untersucht. Die Ultraschallerfassung beruht auf der Übertragung eines Ultraschallsignals und dem Empfang und der Verarbeitung der reflektierten Wellenform von der Berührungsfläche eines Berührungsubstrats. Die Wellenform hängt vom Auftreten oder Nichtauftreten eines Berührungsereignisses ab. Es werden jedoch viele Arten von Berührungssubstrat in verschiedenen Fabrikaten verwendet, deren Materialien unterschiedliche akustische Eigenschaften aufweisen. Die akustische Eigenschaft des Berührungssubstrats kann die Zuverlässigkeit der Erfassung, einschließlich der Detektion eines Berührungs- oder Nichtberührungsereignisses (mit oder ohne Oberflächenkontamination) und des Orts und der angewendeten Kraft eines Berührungsereignisses, sollte ein solches auftreten, beeinträchtigen. Daher sollte ein Ultraschall-Berührungssensor für die Art der verwendeten Berührungsfläche kalibriert werden, um eine erfolgreiche, genaue und robuste Erfassung und Messung zu erhalten. Dementsprechend kann ein Ultraschall-Bewegungssensor, der unabhängig von der Art der verwendeten Berührungsfläche eine robuste und zuverlässige Berührungsdetektion bereitstellen kann, wünschenswert sein.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Es werden ein Sensor nach Anspruch 1 oder 16 und ein Verfahren nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen einen Berührungssensor bereit, der Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse mit einer Ausnehmung, eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche beinhaltet, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet; einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus; einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über einen Propagationspfad mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und dem Propagationspfad erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen einen Berührungssensor bereit, der Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse mit einer Ausnehmung, eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche beinhaltet, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet; einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus; einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über eine Berührungsstruktur mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei die Sensorschaltung bei Betrieb in dem Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus zum Bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und wobei die Sensorschaltung bei Betrieb in dem Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
  • Eine oder mehrere Ausführungsform stellen ein Verfahren zum Konfigurieren eines Berührungssensors bereit. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Übertragen eines durch ein erstes Anregungssignal induzierten Ultraschall-Testsignals zu einer Berührungsstruktur, die eine erste Grenzfläche mit einem umschlossenen Innenvolumen des Berührungssensors und eine zweite Grenzfläche mit einer äußeren Umgebung aufweist; Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht; und selektives Konfigurieren eines zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit, wobei das zweite Anregungssignal zum Induzieren weiterer Ultraschallsignale verwendet wird.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen werden hier unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • 1A veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 1B veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor mit einer einschichtigen Berührungsstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 1C veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor mit einer mehrschichtigen Berührungsstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 2 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines Ultraschall-Berührungssensors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Details angeführt, um eine gründlichere Erläuterung der Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Für Fachleute liegt jedoch auf der Hand, dass Ausführungsformen ohne diese speziellen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht anstatt im Detail gezeigt, um die Ausführungsformen nicht unklar zu machen. Darüber hinaus können nachfolgend beschriebene Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, es sei denn es wird speziell etwas anderes angegeben.
  • Ferner werden äquivalente oder gleiche Elemente oder Elemente mit äquivalenter oder gleicher Funktionalität in der folgenden Beschreibung mit äquivalenten oder gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Da den gleichen oder funktional äquivalenten Elementen in den Figuren die gleichen Bezugszahlen gegeben werden, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind, weggelassen werden. Daher sind Beschreibungen, die für Elemente mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern versehen sind, gegeneinander austauschbar.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie beispielsweise „oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“, „vorne“, „rück“, „hinten“, „führender“, „nachlaufender“ usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile der Ausführungsformen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen. In den Ansprüchen verwendete Richtungsterminologie kann die Definition der räumlichen oder Positionsbeziehung eines Elements zu einem anderen Element oder Merkmal unterstützen, ohne auf eine spezifische Ausrichtung beschränkt zu sein. Beispielsweise können laterale, vertikale und überlappende räumliche oder Positionsbeziehungen unter Bezugnahme auf ein anderes Element oder Merkmal beschrieben werden, ohne auf eine spezifische Ausrichtung der Vorrichtung als Ganzes beschränkt zu sein.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wird ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet, so sind hingegen keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendete Ausdrücke sollten auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (zum Beispiel „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „neben“ gegenüber „direkt neben“ usw.).
  • Bei Ausführungsformen, die hier beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt werden, kann auch jegliche direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d. h. eine beliebige Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischenliegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden, d. h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Elementen, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel zum Übertragen einer gewissen Art von Signal oder zum Übertragen einer gewissen Art von Informationen, im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Zum Beispiel können unter Bezugnahme auf eine der Ausführungsformen beschriebene Variationen oder Modifikationen auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein, es sei denn es wird Gegenteiliges angeführt.
  • Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ können hier dazu verwendet werden, geringen Herstellungstoleranzen (zum Beispiel innerhalb von 5 %), die in der Industrie als akzeptabel erachtet werden, gerecht zu werden, ohne von den hier beschriebenen Aspekten der Ausführungsformen abzuweichen. Beispielsweise kann ein Widerstand mit einem ungefähren Widerstandswert in der Praxis einen Widerstandswert innerhalb von 5 % dieses ungefähren Widerstandswerts aufweisen.
  • In der vorliegenden Offenbarung können Ausdrücke, die Ordinalzahlen wie „erstes“, „zweites“ und/oder dergleichen beinhalten, verschiedene Elemente modifizieren. Solche Elemente werden durch die obigen Ausdrücke jedoch nicht eingeschränkt. Beispielsweise schränken die obigen Ausdrücke die Abfolge und/oder Wichtigkeit dieser Elemente nicht ein. Die obigen Ausdrücke werden lediglich zum Zweck des Unterscheidens eines Elements von den anderen Elementen verwendet. So geben beispielsweise ein erster Kasten und ein zweiter Kasten unterschiedliche Kästen an, obgleich beide Kästen sind. Als weiteres Beispiel könnte ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden und könnte gleichermaßen ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Ein oder mehrere Elemente der vorliegenden Offenbarung können konfiguriert werden, indem dedizierte Hardware oder ein Softwareprogramm in einem Speicher implementiert werden, der einen Prozessor zum Durchführen der Funktionen von beliebigen der Komponenten oder Kombinationen davon steuert. Beliebige dieser Komponenten können als eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder ein anderer Prozessor, der ein Softwareprogramm aus einem Aufzeichnungsmedium, wie etwa einer Festplatte oder einer Halbleiterspeichervorrichtung, liest und ausführt, implementiert werden. Beispielsweise können Anweisungen durch einen oder mehrere Prozessoren, wie etwa eine(n) oder mehrere CPUs, digitale Signalprozessoren (DSPs), Mehrzweck-Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Logik-Arrays (FPGAs), eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) oder eine andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungsanordnung, ausgeführt werden.
  • Demnach bezieht sich der Begriff „Prozessor“, so wie er hier verwendet wird, auf eine beliebige der vorhergehenden Strukturen oder eine beliebige andere zur Implementierung der hier beschriebenen Techniken geeignete Struktur beziehen. Eine Steuerung, die Hardware beinhaltet, kann auch eine oder mehrere der Techniken dieser Offenbarung durchführen. Eine Steuerung, die einen oder mehrere Prozessoren beinhaltet, kann elektrische Signale und digitale Algorithmen zum Durchführen ihrer Empfangs-, Analyse- und Steuerfunktionen, die ferner Korrekturfunktionen beinhalten können, durchzuführen. Solche Hardware, Software und Firmware können innerhalb derselben Vorrichtung oder innerhalb getrennter Vorrichtungen implementiert werden, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu unterstützen.
  • Eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalkonditionierungsschaltung können ein oder mehrere Signale (d. h. Messsignale) von einer oder mehreren Komponenten in Form von Rohmessdaten empfangen und weitere Informationen aus dem Messsignal ableiten. Eine Signalkonditionierung, wie hier verwendet, bezieht sich auf das Manipulieren eines analogen Signals auf eine solche Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe zur weiteren Verarbeitung erfüllt. Eine Signalkonditionierung kann Umwandeln von analog zu digital (z. B. über einen Analog-Digital-Wandler), Verstärkung, Filterung, Umwandlung, Vorspannung, Bereichsanpassung, Isolation und beliebige andere Prozesse, die dazu erforderlich sind, ein Signal zur Verarbeitung nach einer Konditionierung geeignet zu machen, beinhalten.
  • Ausführungsformen betreffen Ultraschall- (d. h. akustische) Berührungssensoren und Ultraschall-Berührungssensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal, umwandelt. In diesem Fall handelt es sich bei der physikalischen Größe um Ultraschallwellen, die beispielsweise durch einen MEMS-Wandler (MEMS: Mikroelektromechanisches System) erzeugt werden.
  • Insbesondere betreffen Ausführungsformen die automatische Anpassung des Anregungssignals (d. h. des Signals, das an den Sender(TX)-Wandler angelegt wird, um eine Ultraschallwelle zu erzeugen) und/oder die automatische Anpassung des Berührungsdetektionsalgorithmus, der durch die Sensorschaltung (z. B. die Signalmessungs- und -verarbeitungsschaltung) verwendet wird, um Berührungsereignisse und die Stelle auf der Berührungsfläche und deren angewendete Kraft zu detektieren. Der Erfolg einer Berührungsdetektion unter Verwendung von kapazitiven mikromechanisch hergestellten Ultraschallwandlern (CMUTs) hängt in hohem Maße von dem Anregungsverfahren (dem Signal, das an den TX-Wandler angelegt wird, um eine Ultraschallwelle zu erzeugen) und von dem Nachverarbeitungsverfahren der empfangenen Signale (d. h. dem Berührungsdetektionsalgorithmus) ab.
  • Die Art des Materials oder der Materialien, die für das Berührungssubstrat verwendet werden, und deren akustische Eigenschaften können sich auf die Laufzeit einer Ultraschallwelle durch das Berührungssubstrat auswirken. Die Art des Materials oder der Materialien, die für das Berührungssubstrat verwendet werden, können auch die Menge an Ultraschallenergie, die während eines Nichtberührungsereignisses und eines Berührungsereignisses an dem Berührungssubstrat reflektiert wird, beeinflussen, wodurch die Amplitude eines reflektierten Signals während unterschiedlichen Berührungs-/Nichtberührungsbedingungen beeinflussen wird. Die Dicke des Materials oder der Materialien, die für das Berührungssubstrat verwendet werden, kann auch die Laufzeit und die Menge reflektierter Ultraschallenergie beeinflussen. Einige Arten von Anregungssignalen können für gewisse Arten von Berührungsmaterialien zur Erzeugung genauerer und robuster Ergebnisse besser als andere geeignet sein. Gleichermaßen können gewisse Berührungsdetektionsalgorithmen für eine Art von Berührungsmaterial besser geeignet sein als andere. Sowohl die Art des Anregungssignals als auch des Berührungsdetektionsalgorithmus können für gewisse Dicken des Berührungssubstrats besser geeignet sein als andere Dicken.
  • Die automatische Anpassung hängt von der Art des Materials oder der Materialien, die für das Berührungssubstrat verwendet werden, und deren Dicken ab. Auf diese Weise kann das Anregungssignal und/oder der Detektionsalgorithmus durch die Sensorschaltung basierend auf den gemessenen akustischen Eigenschaften des einen oder der mehreren Berührungssubstrate automatisch angepasst werden. Diese Idee ermöglicht eine robuste und genaue Berührungsdetektion über mehrere Arten von Berührungsmaterialien und Dicken unter Verwendung eines einzigen Sensors. Anders ausgedrückt kann dieselbe Sensoranordnung in verschiedene Baugruppen platziert werden, die in verschiedenen Fabrikaten verwendet werden, und automatisch auf das eine oder die mehreren in der Baugruppe verwendeten Berührungsmaterialien kalibriert werden. Zudem lässt sich das Konzept auf Berührungsmaterialien mit bekannten akustischen Eigenschaften sowie solche mit unbekannten akustischen Eigenschaften anwenden. Der vorgeschlagene Sensor kann die akustischen Eigenschaften aller Arten von Materialien und Dicken unterscheiden.
  • 1A veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor 100A gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie hier definiert, handelt es sich bei einem Ultraschallsignal um eine Schallwelle mit einer Frequenz von 20 kHz oder höher. In der Tat sind in 1A Ultraschallsignale 111, 112 und 115 als Ultraschallwellen dargestellt. Eine einzelne übertragene Welle/ein einzelnes übertragenes Signal 111 bewirkt zwei Reflexionen an unterschiedlichen Grenzflächen 110 und 114, wobei die Ultraschallwelle 112 eine Reflexion von der Grenzfläche 110 ist und die Ultraschallwelle 115 eine Reflexion von der Grenzfläche 114 ist. Da die Grenzfläche 114 weiter vom Sender entfernt ist als die Grenzfläche 110, tritt die Ultraschallwelle 115 zu einem späteren Zeitpunkt auf als das Auftreten der Ultraschallwelle 112.
  • Der Ultraschall-Berührungssensor 100A beinhaltet ein Gehäuse, das ein Verkapselungsmaterial 101 (z. B. Formmasse) und eine Berührungsstruktur 102 (z. B. ein Berührungssubstrat), die mit dem Verkapselungsmaterial 101 ein Innenvolumen 103 bildet, umfasst. Anders ausgedrückt weist das Verkapselungsmaterial 101 als Teil des Gehäuses eine Ausnehmung auf, die zu dem Innenvolumen 103 wird, wenn die Berührungsstruktur 102 die Ausnehmung umschließt.
  • Insbesondere wird die Berührungsstruktur 102 als Deckel oder als Baugruppenabdeckung verwendet, der bzw. die auf den Seitenwänden des Verkapselungsmaterials 101 aufliegt. Das Innenvolumen 103 ist ein Hohlraum, der durch die Umhausung des Verkapselungsmaterials 102 und der Berührungsstruktur 102 gebildet wird. Die Berührungsstruktur 102 kann aus einer oder mehreren Metallschichten und/oder Kunststoffschichten und/oder Schichten aus anderen festen Materialien bestehen und beinhaltet eine Berührungsfläche 104 an ihrer äußeren Grenzfläche mit der Umgebung. Die Berührungsoberfläche 104 ist zum Empfangen eines Kontakts (d. h. Berührungen) von einem Benutzer, der durch eine Sensorschaltungsanordnung detektiert werden kann, angeordnet und betreibbar.
  • Das Innenvolumen 103 enthält die Schaltungsanordnung, die zum Detektieren von Nichtberührungs- und Berührungsereignisses an der Berührungsfläche 104 verwendet wird. Ein Berührungsereignis ist als ein Fall definiert, in dem ein Benutzer einen Kontakt mit der Berührungsfläche 104 herstellt, und bei einem Nichtberührungsereignisses handelt es sich um alle anderen Umstände, einschließlich des Auftretens von Störeinflüssen (d. h. Fehlerquellen), die bei Nichtvorliegen eines Berührungsereignisses auftreten können. Die Schaltungsanordnung ist ausgelegt zum Unterscheiden zwischen einem Berührungsereignisses und einem Nichtberührungsereignisses unter Berücksichtigung möglicher von den Störeinflüssen stammender Fehler.
  • Die Schaltungsanordnung beinhaltet einen Sender (TX) 105, ausgelegt zum Übertragen von Ultraschallsignalen, einen Empfänger (RX) 106, ausgelegt zum Empfangen reflektierter Ultraschallsignale, und eine Sensorschaltung 107 (z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)), ausgelegt zum Erzeugen der Ultraschallsignale zur Übertragung durch den Sender 105, Durchführen einer Signalverarbeitung an reflektierten Ultraschallsignalen, die durch den Empfänger 106 empfangen werden, Auswerten der reflektierten Ultraschallsignale zum Detektieren von Nichtberührungsereignissen und Berührungsereignissen durch Anwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus und Steuern einer oder mehrerer Komponenten des Sensors 100A, einschließlich Steuern des Senders 105, des Empfängers 106 oder einer beliebigen der Signalverarbeitungskomponenten der Signalverarbeitungskette der Sensorschaltung 107.
  • Der Sender 105 und der Empfänger 106 können beide Schallwandler mit einer flexiblen Membran sein, die entweder, im Fall eines Senders, zur Erzeugung von Schallwellen oder, im Fall eines Empfängers, als Reaktion auf einen Empfang von Schallwellen schwingt. Insbesondere können der Sender 105 und der Empfänger 106 kapazitive mikromechanisch hergestellte Ultraschallwandler (CMUTs) sein. Ein CMUT ist ein Wandler, bei dem Energieumwandlung aufgrund einer Änderung der Kapazität erfolgt. CMUTs werden unter Verwendung mikromechanischer Herstellungstechniken auf Silizium konstruiert. Ein Hohlraum wird in einen Siliziumsubstrat gebildet, und eine über den Hohlraum gelegte dünne Schicht dient als Membran, auf der eine metallisierte Schicht als Elektrode fungiert, zusammen mit dem Siliziumsubstrat, das als untere Elektrode fungiert.
  • Wird ein AC-Signal an den vorgespannten Elektroden angelegt, so erzeugt die schwingende Membran Ultraschallwellen in dem Medium von Interesse. Auf diese Weise funktioniert der CMUT als Sender. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Erzeugen eines Anregungssignals und Übertragen des Anregungssignals an den Sender 105. Das Anregungssignal wird an den vorgespannten Elektroden angelegt, wodurch ein Schwingen der Membran gemäß der Wellenform des Anregungssignals bewirkt wird und eine entsprechende Ultraschallwelle erzeugt wird. Unterschiedliche Anregungssignale induzieren unterschiedliche Ultraschallwellen. Werden dagegen Ultraschallwellen an die Membran eines vorgespannten CMUT angelegt, so vibriert die Membran gemäß der angelegten Ultraschallwelle, und der CMUT erzeugt aufgrund seiner variierenden Kapazität ein alternierendes Signal. Auf diese Weise repräsentiert das alternierende Signal empfangene Ultraschallwellen, und der CMUT arbeitet als Empfänger von Ultraschallwellen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist die Sensorschaltung 107 mit mehreren Arten von Anregungssignalen und mehreren Arten von Berührungsdetektionsalgorithmen konfiguriert, die abhängig von den gemessenen akustischen Eigenschaften des Propagationskanals, der die Berührungsstruktur 102 beinhaltet, selektiv genutzt werden können.
  • Der Sender 105, der Empfänger 106 und die Sensorschaltung 107 können auf einem gemeinsamen Schaltungssubstrat 108 (z. B. einer PCB), das an der Basis des Verkapselungsmaterials angeordnet ist, angeordnet sein. Das gemeinsame Schaltungssubstrat 108 ist zum elektrischen Koppeln der Sensorschaltung 107 mit sowohl dem Sender 105 als auch dem Empfänger 106 ausgelegt. Der Sender 105, der Empfänger 106 und die Sensorschaltung 107 können separate ICs (d. h. Dies) sein oder können in einer beliebigen Kombination zu einem oder zwei ICs kombiniert sein. Darüber hinaus können sowohl der Sender 105 als auch der Empfänger 106 an separaten Sendeempfängern implementiert sein, sodass zwei Sender und zwei Empfänger (d. h. ein TX/RX-Paar pro Sendeempfänger) bereitgestellt sind.
  • Der verbleibende Teil des Innenvolumens 103 ist mit einem Kopplungsmedium 109, wie etwa einem Silikongel, weichem Epoxidharz, einer Flüssigkeit oder einem beliebigen anderen Material, das die Propagation von Ultraschallsignalen im Wesentlichen ohne Dämpfung ermöglicht, gefüllt. Das Kopplungsmedium 109 ist ein nichtgasförmiges Medium.
  • Das Kopplungsmedium 109 ist in Kontakt mit einer Innenfläche (inneren Fläche) 110 der Berührungsstruktur 102, deren Grenzfläche dazu ausgelegt ist, übertragene Ultraschallsignale 111 zurück in das innere Volumen 103 zu reflektieren, um durch den Empfänger 106 als reflektierte Ultraschallsignale 112 empfangen zu werden. Somit sind der Sender 105 und der Empfänger 106 durch das Kopplungsmedium 109 miteinander gekoppelt. Das Kopplungsmedium 109 und die Innenfläche 110 bilden einen Propagationskanal zwischen dem Sender 105 und dem Empfänger 106.
  • Wie oben angemerkt, bildet die Berührungsfläche 104 eine Grenzfläche 114 mit der Umgebung. Eine zweite interne Reflexion des übertragenen Ultraschallsignals erfolgt an dieser Grenzfläche 114, wodurch das reflektierte Ultraschallsignal 115 erzeugt wird. Da der Propagationskanal für die Signale 111 und 115 länger als der Propagationskanal für die Signale 111 und 112 ist, ist die Flugzeit (TOF: Time Of Flight) für die Signale 111 und 115 länger als die Flugzeit für die Signale 111 und 112. Zudem wird die Flugzeit für die Signale 111 und 115 ferner durch das eine oder die mehreren Materialien, aus denen die Berührungsstruktur 102 besteht, beeinflusst. Außerdem wird die Amplitude der Signale 112 und 115 durch das eine oder die mehreren Materialien, aus denen die Berührungsstruktur 102 besteht, beeinflusst. Dementsprechend empfängt der Empfänger 106 zwei reflektierte Signale 112 und 115 von einem übertragenen Ultraschallsignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgrund ihrer Flugzeitdifferenz.
  • Die Laufzeit einer akustischen Welle durch ein gewisses Material hängt von den akustischen Eigenschaften dieses Materials, einschließlich Schallschnelle und Dichte, ab. Durch Ermitteln der Laufzeit durch ein Material (z. B. die Berührungsstruktur 102), kann die Sensorschaltung 107 die akustische Eigenschaft der Berührungsstruktur 102 bestimmen und/oder das Material der Berührungsstruktur identifizieren. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Bestimmen der Laufzeit durch die Berührungsstruktur 102 durch Berechnen einer Differenz zwischen der Flugzeit, die aus der ersten Akustikwellengrenzfläche 110 (d. h. der ersten Einfallsgrenzfläche der Berührungsstruktur 102) resultiert, und der Flugzeit, die aus der letzten Akustikwellengrenzfläche 114 (d. h. der letzten Einfallsgrenzfläche der Berührungsstruktur 102) resultiert.
  • Nach Berechnung der Differenz zwischen den zwei Flugzeiten ist die Sensorschaltung ausgelegt zum Auswählen des Anregungssignals und/oder des Berührungsdetektionsalgorithmus und Verlassen eines Kalibrierungsmodus, um somit in einen normalen Betriebsmodus (d. h. einen Berührungsdetektionsbetriebsmodus) einzutreten, in dem das ausgewählte Anregungssignal und/oder der Berührungsdetektionsalgorithmus zum Detektieren von Nichtberührungs- und Berührungsereignissen verwendet wird/werden. Somit ist die Sensorschaltung 107 dazu ausgelegt, beispielsweise beim Einschalten in einen Konfigurationsmodus einzutreten, das Anregungssignal und/oder den Berührungsdetektionsalgorithmus während des Konfigurationsmodus auszuwählen und dann in einen normalen Betriebsmodus einzutreten, in dem das ausgewählte Anregungssignal und/oder der Berührungsdetektionsalgorithmus verwendet wird/werden.
  • Es sei angemerkt, dass, wenn die Berührungsstruktur 102 aus mehreren Schichten besteht, eine oder mehrere Zwischengrenzflächen zwischen den Grenzflächen 110 und 114 vorhanden wären, wobei jede Zwischengrenzfläche ihr eigenes internes reflektiertes akustisches Signal erzeugt. In diesem Fall ist die Sensorschaltung 107 ausgelegt zum Detektieren des ersten (anfänglichen) reflektierten Signals 112, das dem an der Grenzfläche 110 reflektierten übertragenen Signal 111 entspricht, Detektieren des letzten reflektierten Signals 115, das dem an der Grenzfläche 114 reflektierten übertragenen Signal 111 entspricht, und Berechnen der Differenz zwischen den zwei Flugzeiten (d. h. der ersten oder kürzesten Flugzeit und der letzten oder längsten Flugzeit). Die Sensorschaltung 107 kann während eines Beobachtungsfensters auf die erste und die letzte Flugzeit überwachen und bei Ablauf des Beobachtungsfensters die Differenz zwischen der während des Beobachtungsfensters detektierten ersten und letzten Flugzeit berechnen. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Detektieren des ersten reflektierten Signals (d. h. eines ersten Echos) und eines letzten reflektierten Signals (d. h. eines letzten Echos), die während des Beobachtungsfensters zum Berechnen der ersten und der letzten Flugzeit detektiert werden. In diesem Fall sollte das Beobachtungsfenster lang genug sein, um sicherzustellen, dass die letzte Reflexion detektiert wird.
  • Ein Berührungsereignis an der Berührungsoberfläche 104 der Berührungsstruktur 102 bewirkt eine Änderung einer Eigenschaft des Propagationskanals und ändert dadurch die Propagation der Ultraschallsignale durch den Propagationskanal von dem Sender 105 zu dem Empfänger 106. Anders ausgedrückt ändert sich eine Eigenschaft eines entlang des Propagationskanals propagierenden Ultraschallsignals als Reaktion auf ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche 104, und die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Detektieren des Berührungsereignisses, einschließlich einer oder mehrerer Charakteristiken davon, darunter ein Betrag eines Kontaktdrucks, eine Kontaktdauer und eine Kontaktstelle auf der Berührungsfläche 104. Insbesondere ist die Sensorschaltung 107 während des normalen Betriebs des Berührungssensors 100A ausgelegt zum Anwenden des ausgewählten Berührungsdetektionsalgorithmus, um zwischen einem Berührungsereignis und einem Nichtberührungsereignis zu unterscheiden, unter Berücksichtigung möglicher Fehlerquellen, wie etwa elektrisches und Ultraschall-Übersprechen, Mehrpfadpropagation, Rauschen, Temperatur und Umgebungsstörungen wie Schmutz oder Wasser auf der Berührungsfläche 104.
  • Während des normalen Betriebs des Berührungssensors 100A ist die Sensorschaltung 107 ausgelegt zum Erzeugen eines Ultraschall-Übertragungssignals für jede Berührung-/Nichtberührungsentscheidung durch Anlegen des ausgewählten Anregungssignals. Bei Empfang jedes reflektierten Ultraschallsignals trifft die Sensorschaltung 107 eine Berührung-/Nichtberührungsentscheidung unter Verwendung des ausgewählten Berührungsdetektionsalgorithmus. Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Berührungsdetektion (d. h. zwischen aufeinanderfolgenden Anregungssignalen) kann beispielsweise in der Größenordnung von 25 us liegen. Die Zeitdauer zwischen dem Auslösen eines Anregungssignals und eines nächsten Anregungssignals kann als ein Anregungsframe bezeichnet werden. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Analysieren reflektierter Signale für jeden Anregungsframe, um eine Berührung-/Nichtberührungsentscheidung auf Frame-zu-Frame-Basis zu treffen.
  • Als ein Beispiel kann der Berührungsdetektionsalgorithmus ermöglichen, dass die Sensorschaltung 107 die Empfangssignalenergie berechnet, die durch Aufsummieren von Absolutwerten oder von Quadratwerten einer Mehrzahl von aus dem reflektierten Signal erfassten Messabtastwerten berechnet wird. Die Sensorschaltung 107 kann dann die Empfangssignalenergie verwenden, um durch Vergleichen der Empfangssignalenergie mit einem Schwellenwert ein Berührungsereignis oder ein Nichtberührungsereignis zu bestimmen. Als ein weiteres Beispiel kann der Berührungsdetektionsalgorithmus ermöglichen, dass die Sensorschaltung eine Kreuzkorrelation zwischen dem reflektierten Signal und einer ROM-Kopie des übertragenen Signals berechnet und ein Berührungsereignisse oder ein Nichtberührungsereignis basierend auf der berechneten Kreuzkorrelation detektiert. Hierbei kann die Sensorschaltung 107 zur Bestimmung der Kreuzkorrelation eine Mehrzahl von Messabtastwerten des reflektierten Signals mit der ROM-Kopie des übertragenen Signals vergleichen.
  • Ein Anregungssignal kann ein kurzer Signalimpuls oder eine Impulsfolge aus mehreren kurzen Impulsen (z. B. mit einer Dauer von etwa 100 ns bis zu etwa 1 us) sein. Ein Anregungssignal kann eine beliebige Form aufweisen (z. B. rechteckig, sinusförmig, Gauß-Kurve, Ableitung einer Gauß-Kurve usw.) oder kann ein Chirp-Signal sein, dessen Frequenz beispielsweise unter Verwendung linearer Frequenzmodulation von einer Startfrequenz zu einer Stoppfrequenz kontinuierlich zunimmt oder abnimmt. Somit kann ein Anregungssignal entweder eine feste (konstante) Frequenz oder eine sich ändernde (modulierte) Frequenz aufweisen. In einer Impulsfolge können die Impulse die gleiche Frequenz oder unterschiedliche Frequenzen und/oder die gleiche Impulsdauer (d. h. Bandbreite) oder unterschiedliche Impulsdauern (d. h. Bandbreiten) aufweisen. Eine Signalamplitude des Anregungssignals ist auch konfigurierbar und kann zwischen Anregungssignalen variieren. Impulse einer Impulsfolge können eine konstante (feste) Amplitude oder variierende Amplituden aufweisen. eine Anzahl von in einer Impulsfolge verwendeten Impulsen ist ebenfalls unter Anregungssignalen konfigurierbar. Eine Pulsfrequenz (d. h. eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen einer Impulsfolge) kann ebenfalls konfigurierbar sein und kann unter Anregungssignalen, die eine Impulsfolge aufweisen, unterschiedlich sein. Eine Impulsfolge, die Signal-Chirps umfasst, kann feste (konstante) Start- und Stoppfrequenzen unter Signal-Chirps aufweisen oder kann variable Start- und Stoppfrequenzen unter Signal-Chirps aufweisen. Die Signal-Chirps kennen die gleiche Impulsdauer oder unterschiedliche Impulsdauern aufweisen.
  • Unterschiedliche Arten von Anregungssignalen können in einem Speicher gespeichert sein, auf den die Sensorschaltung 107 zugreifen kann, wobei jedes Anregungssignal einen anderen Satz von Signalparametern aufweist, die die Impulsform, Impulsdauer, Frequenzmodulation, Impulsanzahl, Impulsfolgedauer usw. definieren. Alternativ können unterschiedliche Sätze von Parametern, die zum Erzeugen unterschiedlicher Anregungssignale verwendet werden, gespeichert werden, und ein Satz von Parametern kann zum Erzeugen eines entsprechenden Anregungssignals ausgewählt werden.
  • Auf der Empfängerseite beinhaltet die Sensorschaltung 107 eine Analogsignalverarbeitungskette und eine Digitalsignalverarbeitungskette, die jeweils eine oder mehrere optionale Komponenten beinhalten können. Die Analogsignalverarbeitungskette kann einen Direktabwärtswandler und ein Tiefpassfilter als optionale Komponenten beinhalten. Der Direktabwärtswandler kann eine beliebige Form von Direktabwärtswandlung der reflektierten Ultraschallsignale 112 und 115 beinhalten. Beispielsweise können Quadrierung, Absolutwert, Gleichrichtung usw. zum Durchführen der Direktabwärtswandlung verwendet werden. Analoge Schaltungsblöcke für eine solche Abwärtswandlungsverarbeitung können ein Multiplizierer oder sogar nur eine Diode sein. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters sollte mit der Bandbreite des übertragenen Ultraschallsignals und der Bandbreite des Senders 105 abgestimmt werden. Beispielsweise könnte die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf 1 MHz oder 2 MHz eingestellt werden.
  • Die Sensorschaltung 107 beinhaltet einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der ausgelegt ist zum Erfassen mehrerer digitaler Abtastwerte (d. h. Messabtastwerte) aus den reflektierten Ultraschallsignalen 112 und 115 für jedes Ultraschall-Übertragungssignal und Speichern der digitalen Abtastwerte in einem Speicher. Ein digitaler Prozessor ist betreibbar zum Auswerten der in einem Beobachtungsfenster empfangenen digitalen Abtastwerte unter Verwendung des ausgewählten Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis, das dem Ultraschall-Übertragungssignal entspricht, vorliegt. Das Beobachtungsfenster hat einen Startzeitpunkt und einen Endzeitpunkt und kann sich von dem zum Erfassen von Abtastwerten im Konfigurationsmodus zum selektiven Konfigurieren des Anregungssignals und/oder des Berührungsdetektionsalgorithmus verwendeten Beobachtungsfenster unterscheiden.
  • Der Startzeitpunkt zum Speichern digitaler Abtastwerte hängt vom Zeitpunkt der Übertragung des Ultraschall-Übertragungssignals durch den Sender 105 und der Flugzeit der ersten Reflexion in dem System ab. Die Flugzeit der ersten Reflexion ist eine vorbestimmte Zeit, die das Ultraschall-Übertragungssignal zur Fortbewegung von dem Sender 105 zu der Innenfläche 110 und zurück zu dem Empfänger 106 benötigt. Die zurückgelegte Distanz und Fortbewegungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals sind bekannte Parameter. Die Flugzeit kann auch durch die Art des für die Innenfläche 110 verwendeten Materials (z. B. des Materials des Berührungssubstrats 102) und des Kopplungsmediums 109 beeinflusst werden. Die Flugzeit kann auch durch die Temperatur beeinflusst werden. Ein Temperatursensor 113 kann in dem Innenvolumen 103 verwendet werden, um die Temperatur zu messen und der Sensorschaltung 107 den Temperaturmesswert zur Berechnung der Flugzeit bereitzustellen. In jedem Fall kennt die Sensorschaltung 107 die Flugzeit zum Zeitpunkt der Übertragung des Ultraschall-Übertragungssignals 111 durch den Sender 105.
  • Das Beobachtungsfenster des reflektierten Ultraschallsignals beginnt bei der erwarteten Flugzeit der ersten Reflexion plus die Dauer des Signalimpulses. Jegliche Signale, die vor dem Startzeitpunkt (z. B. zwischen dem Übertragungszeitpunkt plus die Flugzeit) empfangen werden, transportieren keine Informationen über das Berührungsereignis und können ignoriert und/oder nicht gespeichert werden.
  • Die Beobachtungsfensterdauer kann vorkonfiguriert sein. Beispielsweise sind 10 us oder 20 us mögliche Beobachtungsfensterdauern. Je länger das Beobachtungsfenster ist, desto robuster ist möglicherweise die Berührungs-/Nichtberührungsentscheidung. Ein längeres Beobachtungsfenster weist jedoch allgemein eine längere Verarbeitungszeit auf, erfordert mehr Speicher, mehr Silizium-Die-Größe und Energieverbrauch und/oder erfordert eine längere Zeit zwischen übertragenen Ultraschallsignalen, wodurch die Auffrischungsrate des Systems langsamer wird. Die gespeicherten und gefensterten digitalen Abtastwerte werden in den ausgewählten Berührungsdetektionsalgorithmus eingespeist, der durch einen digitalen Prozessor zum Treffen der Berührungs-/Nichtberührungsentscheidung verwendet wird.
  • 1B veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor 100B mit einer einschichtigen Berührungsstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Ultraschall-Berührungssensor 100B ist dem Ultraschall-Berührungssensor 100A ähnlich, mit der Ausnahme, dass sich Seitenwände 101a und 101b der Baugruppe zwischen dem gemeinsamen Schaltungssubstrat 108 erstrecken, wodurch eine Basisstruktur gebildet wird. Der Hohlraum 103 wird durch die Seitenwände, die Basisstruktur und die Berührungsstruktur 102 definiert. Ferner sind der Sender 105 und der Empfänger 106 in der Darstellung in einer Baugruppe 120 integriert, die elektrisch mit dem gemeinsamen Schaltungssubstrat 108 verbunden ist, und die Sensorschaltung (ASIC) 107 ist in einer anderen Baugruppe 130 integriert, die elektrisch mit dem gemeinsamen Schaltungssubstrat 108 und über das gemeinsame Schaltungssubstrat 108 mit dem Sender 105 und dem Empfänger 106 verbunden ist. 1A veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 1B veranschaulicht das Prinzip von zwei internen Reflexionen des übertragenen Ultraschallsignals 111 an den Grenzflächen 110 und 114, um die reflektierten Ultraschallsignale 112 bzw. 115 zu erzeugen. Mit Bezug auf denselben übertragenen Impuls wird das reflektierte Ultraschallsignal 112 das erste durch den Empfänger 106 empfangene reflektierte Signal sein und wird das reflektierte Ultraschallsignal 115 das zweite oder letzte durch den Empfänger 106 empfangene reflektierte Signal sein.
  • Während des Kalibrierungsmodus erzeugt die Sensorschaltung 107 ein Anregungssignal als einen einzigen elektrischen Impuls, um einen Ultraschallimpuls als das übertragene Ultraschallsignal 111 zu erzeugen, detektiert das erste reflektierte Ultraschallsignal 112, das an dem Empfänger 106 mit Bezug auf den übertragenen Impuls empfangen wird, und berechnet dessen Flugzeit, detektiert das letzte reflektierte Ultraschallsignal 115, das mit Bezug auf den übertragenen Impuls an dem Empfänger 106 empfangen wird, und berechnet dessen Flugzeit, berechnet die Differenz zwischen den zwei Flugzeiten und wählt ein Anregungssignal und/oder ein Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der berechneten Differenz zur Verwendung im normalen Betriebsmodus aus.
  • 1C veranschaulicht einen Ultraschall-Berührungssensor 100C mit einer mehrschichtigen Berührungsstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Ultraschall-Berührungssensor 100C ist dem Ultraschall-Berührungssensor 100B ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Berührungsstruktur durch mehrere Schichten 102a und 102b gebildet wird. Als Ergebnis liegt eine zusätzliche Grenzfläche 116 zwischen den zwei Schichten 102a und 102b der Berührungsstruktur vor. Die zusätzliche Grenzfläche 116 verursacht ein zusätzliches reflektiertes Ultraschallsignal 117 des Ultraschallimpulses als das übertragene Ultraschallsignal 111. Das zusätzlich reflektierte Ultraschallsignal 117 weist eine Flugzeit zwischen der ersten Flugzeit des reflektierten Signals 112 und der letzten Flugzeit des reflektierten Signals 115 auf.
  • Die Sensorschaltung 107 kann bestimmen, dass das reflektierte Ultraschallsignal 117 nicht das letzte reflektierte Signal ist, und die Reflexion bei der Auswahloperation ignorieren. Alternativ kann die Sensorschaltung 107 die Zeitdifferenz zwischen den Flugzeiten der Signale 112 und 117 berechnen, um die akustischen Eigenschaften oder das Material der Schicht 102b zu bestimmen, die Zeitdifferenz zwischen den Flugzeiten der Signale 117 und 115 berechnen, um die akustischen Eigenschaften oder das Material der Schicht 102a zu bestimmen, und ein Anregungssignal und/oder einen Berührungsdetektionsalgorithmus zur Verwendung im normalen Betriebsmodus basierend auf den zwei Zeitdifferenzen oder den zwei bestimmten Materialien auswählen.
  • Die Sensorschaltung 107 kann eine vordefinierte Lookup-Tabelle (LUT), die in einem Speicher gespeichert ist, zum Auswählen des Anregungssignals und/oder eines Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der Flugzeitanalyse im Konfigurationsmodus verwenden. Der Konfigurationsmodus und die Anregung eines Ultraschallimpulses zum Bestimmen der akustischen Eigenschaften der Berührungsstruktur 102 werden während einer Nichtberührungsbedingung an der Berührungsfläche 104 durchgeführt. Auf diese Weise werden externe Einflüsse auf ein Minimum reduziert und die Berechnung vereinfacht.
  • Wie oben angemerkt, ist die Sensorschaltung 107 ausgelegt zum Triggern des Senders 105 über einen Anregungsimpuls zum Erzeugen eines Ultraschallimpulses, Berechnen der Zeitdifferenz ΔTOF zwischen der ersten TOF und der letzten TOF und Auswählen des Anregungssignals und/oder eines Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der berechneten Zeitdifferenz ΔTOF. Alternativ kann die Sensorschaltung 107 eine Mehrzahl von Anregungsimpulsen über eine Mehrzahl von Anregungsframes verwenden, um eine mittlere Zeitdifferenz ΔTOFavg zwischen der ersten TOF und der letzten TOF über die Mehrzahl von Anregungsframes zu berechnen. In diesem Fall wird ein einziger Ultraschallimpuls für jeden Anregungsframe erzeugt, die Zeitdifferenz ΔTOF zwischen der ersten TOF und der letzten TOF für jeden Anregungsframe wird berechnet und die Zeitdifferenzen ΔTOF werden gemittelt, um die mittlere Zeitdifferenz ΔTOFavg zu bestimmen. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Auswählen des Anregungssignals und/oder des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der berechneten mittleren Zeitdifferenz ΔTOFavg.
  • Im Folgenden werden drei beispielhafte Lookup-Tabellen LUT1, LUT2 und LUT3 bereitgestellt, die durch die Sensorschaltung 107 verwendet werden können, um das Anregungssignal und/oder den Berührungsdetektionsalgorithmus zur Verwendung während des normalen Betriebsmodus auszuwählen oder zu konfigurieren. Die Sensorschaltung 107 ist ausgelegt zum Berechnen von ΔTOF oder ΔTOFavg und Ermitteln einer entsprechenden ΔTOF (d. h. ΔTOF_x, ΔTOF_y, ΔTOF_z, ΔTOF_zx, ...) in einer der Lookup-Tabellen. ΔTOF_x, ΔTOF_y, ΔTOF_z und ΔTOF_zx in der Tabelle können diskrete Flugzeitwerte oder Bereiche diskreter Flugzeitwerte sein und ließen sich gegenseitig aus. Dies bedeutet, dass die TOF-Werte oder -Bereiche keine sich überschneidenden Werte aufweisen. Nach Abgleich der berechneten ΔTOF oder ΔTOFavg mit der entsprechenden ΔTOF in der Tabelle konfiguriert die Sensorschaltung 107 dementsprechend das Anregungssignal und den Berührungsdetektionsalgorithmus selektiv.
  • Beispielsweise liefert LUT1 andere Paare aus Anregungssignalen und Berührungsdetektionsalgorithmus für jeden ΔTOF-Eintrag. In einigen Fällen können sich alle Anregungssignale in der Tabelle unterscheiden und können sich alle Berührungsdetektionsalgorithmen in der Tabelle unterscheiden. In anderen Fällen können einige Zeilen ein gleiches Anregungssignal oder einen gleichen Berührungsdetektionsalgorithmus aufweisen. Jede Paarkombination ist vorstellbar. In jedem Fall wählt die Sensorschaltung 107 das Anregungssignal und den Berührungsdetektionsalgorithmus aus der Tabelle aus, das bzw. der dem abgeglichen Flugzeiteintrag entspricht. LUT1
    ΔTOF_x Anregung_x Algorithmus_x
    ΔTOF_y Anregung_y Algorithmus_y
    ΔTOF_z Anregung_z Algorithmus_z
    ΔTOF_zx Anregung_z Algorithmus_x
    ... ... ...
  • Alternativ liefert LUT2 andere Paare aus Anregungssignalen und Algorithmusparametersätzen für jeden ΔTOF-Eintrag. In diesem Beispiel kann ein konfigurierbarer Berührungsdetektionsalgorithmus verwendet werden, jedoch gemäß den verschiedenen Algorithmusparametersätzen Algorithmusparametersatz_x, Algorithmusparametersatz_y und Algorithmusparametersatz_z unterschiedlich konfiguriert sein. Somit ist jeder der Parametersätze ein Satz einer oder mehrerer Variablen, die auf den Berührungsdetektionsalgorithmus angewendet werden, um einen konfigurierten Berührungsdetektionsalgorithmus zur Verwendung im normalen Betriebsmodus zu formulieren. Anders ausgedrückt ist ein konfigurierbarer Berührungsdetektionsalgorithmus je nach ausgewähltem Algorithmusparametersatz anders angepasst. Ein zusätzlicher ΔTOF-Eintrag, ΔTOF_xx, ist in LUT2 enthalten, um zu demonstrieren, dass unterschiedliche Anregungssignale (z. B. Anregung_x und Anregung_xx) mit demselben Algorithmusparametersatz gepaart werden können. Die Anregungssignale Anregung_x und Anregung_xx können ein ähnliches Format aufweisen (z. B. einzelner Impuls, Impulsfolge und/oder Chirp), jedoch mit unterschiedlichen Parametern (z. B. Amplitude, Frequenz, Impulsanzahl, Pulsfrequenz, Start-/Stoppfrequenz oder Bandbreite), wobei jedoch keine Beschränkung darauf besteht. LUT2
    ΔTOF_x Anregung_x Algorithmu s Algorithmusparametersatz_ x
    ΔTOF_y Anregung_y Algorithmu s Algorithmusparametersatz_ y
    ΔTOF_z Anregung_z Algorithmu s Algorithmusparametersatz_ z
    ΔTOF_x x Anregung_x x Algorithmu s Algorithmusparametersatz_ x
    ... ... ... ...
  • Alternativ liefert LUT3 andere Anregungsparametersätze für jeden ΔTOF-Eintrag. In diesem Fall kann ungeachtet der berechneten ΔTOF derselbe Berührungsdetektionsalgorithmus verwendet werden. Jeder der Parametersätze ist ein Satz einer oder mehrerer Variablen, die angewendet werden, um ein konfigurierte Anregungssignal zur Verwendung im normalen Betriebsmodus zu formulieren. Anders ausgedrückt sind Anregungssignale Anregung_x, Anregung_y und Anregung_z durch unterschiedliche Anregungsparametersätze xl, y, x2 und z konfigurierbar. Das konfigurierbare Anregungssignal ist je nach ausgewähltem Anregungsparametersatz, der eine beliebige Anzahl von Signalparametern definieren kann, darunter ohne Einschränkung Amplitude, Frequenz, Impulsanzahl, Pulsfrequenz, Start-/Stoppfrequenz oder Bandbreite, anders angepasst. ΔTOF-Einträge ΔTOF x1, ΔTOF_x2, ΔTOF_y und ΔTOF_z werden zum Auswählen des entsprechenden Anregungssignal/Parametersatz-Paar basierend auf der damit abgeglichen berechneten ΔTOF oder ΔTOFavg verwendet. LUT3
    ΔTOF_x1 Anregung_x Anregungsparametersatz_x1
    ΔTOF_x2 Anregung_x Anregungsparametersatz_x2
    ΔTOF_y Anregung_y Anregungsparametersatz_y
    ΔTOF_z Anregung_z Anregungsparametersatz _ z
    ... ... ...
  • In einigen Fällen ist die Baugruppenhöhe h bekannt. Somit ist auch die erste Flugzeit (d. h. des ersten reflektierten Signals 112), von der die Baugruppenhöhe h abhängt, ebenfalls bekannt (d. h. vorbestimmt). Dagegen hängt die letzte Flugzeit des letzten reflektierten Signals 115 immer von den akustischen Eigenschaften des Berührungsmaterials der Berührungsstruktur 102, der Gesamtdicke der Berührungsstruktur 102 usw. ab. Ist die Dicke der Berührungsstruktur 102 bekannt, so kann die Sensorschaltung 107 die Schallschnelle durch die Berührungsstruktur 102 gemäß Gleichung 1 bestimmen. TOF _ last = TOF _ first + 2 * Dicke / Schallschnelle
    Figure DE102022124531A1_0001
    wobei TOF_first die Flugzeit des ersten reflektierten Signals ist, die basierend auf der Baugruppenhöhe h bekannt sein kann, und TOF_last die Flugzeit des letzten reflektierten Signals 115 ist. Durch Bestimmen der Schallschnelle kann die Sensorschaltung 107 das Anregungssignal und/oder den Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf einer Lookup-Tabelle auswählen, in der verschiedene Anregungssignal- und/oder Berührungsdetektionsalgorithmus-Konfigurationen auf verschiedene Schallschnellen oder verschiedene Schallschnellenbereiche abgebildet sind.
  • Lookup-Tabelle LUT4 stellt ein weiteres Beispiel zum selektiven Konfigurieren eines Anregungssignals, wenn TOF _first und die Dicke der Berührungsstruktur 102 bekannt sind, bereit. Die Sensorschaltung 107 kann den Dickenwert der Berührungsstruktur 102 über eine Benutzereingabe empfangen, um zu bestimmen, auf welche LUT zu verweisen ist oder auf welchen Bereich von LUT-Einträgen zu verweisen ist. In diesem Fall muss nur TOF_last oder ein Mittelwert davon (z. B. TOF_last_avg), erhalten durch Mitteln mehrerer Messwerte von TOF_last über mehrere Anregungsframes, durch die Sensorschaltung 107 bestimmt werden, um die gemessene TOF mit einem entsprechenden TOF-Eintrag in der Tabelle abzugleichen. TOF_last_x, TOF_last_xx, TOF_last_y und TOF_last_z sind TOF-Einträge, die unterschiedlichen sich gegenseitig ausschließenden TOF-Werten oder TOF-Bereichen entsprechen. Ähnlich wie bei der Verwendung von LUT3 ist die Sensorschaltung 107 ausgelegt zum Auswählen oder Konfigurieren des während des normalen Betriebsmodus zu verwendenden Anregungssignals basierend auf einer Lookup-Operation unter Verwendung der gemessenen TOF_last oder des TOF_last_avg und der TOF-Einträge in der Tabelle. Dieses Konzept lässt sich gleichermaßen auf andere Lookup-Tabellen, darunter LUT1 und LUT2, erweitern. LUT 4
    TOF_last_x Anregung_x Anregungsparametersatz_x1
    TOF_last_xx Anregung_x Anregungsparametersatz_x2
    TOF_last_y Anregung_y Anregungsparametersatz_y
    TOF_last_z Anregung_z Anregungsparametersatz_z
    ... ... ...
  • 2 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm des Ultraschall-Berührungssensors 100A, 100B, 100C gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Ultraschall-Berührungssensoren 100A, 100B, 100C sind schematisch äquivalent und beinhalten die Sensorschaltung 107, die sowohl eine analoge als auch eine digitale Domäne umfasst, den Sender 105, den Propagationskanal, der sowohl das Kopplungsmedium 109 als auch die Berührungsstruktur 102 einschließlich der Grenzflächen 110 und 114 umfasst, und den Empfänger 106. Zusammen bilden der Sender 105, der Propagationskanal und der Empfänger 108 den äquivalenten Ultraschallkanal eines Ultraschallsignals. Ein Berühren der Berührungsoberfläche 104 (d. h. ein Berührungsereignis) ändert eine Eigenschaft des Ultraschallkanals und insbesondere eine Eigenschaft des Propagationskanals.
  • Die Sensorschaltung 107 beinhaltet einen Signalgenerator 201, der ein Anregungssignal (z. B. einen Signalrechteckimpuls im Konfigurationsmodus) erzeugt und das Anregungssignal an den Sender 105 überträgt, der wiederum das Ultraschall-Übertragungssignal zur Übertragung entlang des Propagationskanals basierend auf dem Anregungssignal erzeugt. Der Empfänger 106 empfängt das Ultraschall-Übertragungssignal 111 als ein reflektiertes Ultraschallsignal 112 (d. h. ein erstes Echo) und ein reflektiertes Ultraschallsignal 115 (d. h. ein letztes Echo). Der Empfänger 106 überträgt das empfangene Signal zur Analyse an die Verarbeitungsschaltungsanordnung der Sensorschaltung 107.
  • Es sei angemerkt, dass der Signalgenerator 201 derart konfigurierbar ist, dass er im normalen Betriebsmodus ein während des Konfigurationsmodus durch die Sensorschaltung 107 ausgewähltes und programmiertes Anregungssignal erzeugt.
  • Die Verarbeitungsschaltung der Sensorschaltung 107 beinhaltet einen Mehrfachbit-ADC 204, der das analoge Signal gemäß einer Abtastrate in einen digitalen Mehrfachbitcode oder einen digitalen Wert umwandelt. Der ADC 204 erfasst eine Anzahl digitaler Abtastwerte N aus den reflektierten Ultraschallsignalen 112 und 115 (gemäß seiner Abtastrate) und gibt die digitalen Abtastwerte sequenziell an einen Speicher 206 (z. B. Direktzugriffsspeicher (RAM), Register, Flipflops usw.) aus.
  • Die Verarbeitungsschaltung der Sensorschaltung 107 kann eine Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 beinhalten, die je nachdem, ob die digitalen Abtastwerte während eines Beobachtungsfensters empfangen werden, bestimmt, welche digitalen Abtastwerte erfasst und im Speicher 206 gespeichert werden. Die Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 kann einen Prozessor beinhalten oder kann Teil eines Prozessors sein, der ein Beobachtungsfenster bestimmt und in dem Beobachtungsfenster empfangene digitale Abtastwerte an den Speicher 206 weiterleitet. Im Wesentlichen filtert die Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 digitale Abtastwerte heraus, die von dem ADC 204 empfangen werden und die außerhalb eines Beobachtungsfensters liegen, und leitet nur jene digitalen Abtastwerte an den Speicher 206 weiter, die während des Beobachtungsfensters empfangen werden. Das Beobachtungsfenster ist derart ausgelegt, dass das erste und das letzte reflektierte Signal 112 und 115 detektiert werden.
  • In diesem Beispiel kann die Anzahl während des Beobachtungsfensters zu erfassender digitaler Abtastwerte N Abtastwerte sein. Die Startzeit des Beobachtungsfensters wird durch den Start des Anregungssignals getriggert und kann auf eine vorbestimmte (feste) Auswertungsdauer eingestellt sein, die für den Empfang der letzten Reflexion durch den Empfänger 106 adäquat ist. Wird ein digitaler Abtastwert während des Beobachtungsfensters durch die Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 empfangen, so überträgt die Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 den digitalen Abtastwert an den Speicher 206. Andernfalls kann die Erfassungs-und-Speicherschaltung 205 den digitalen Abtastwert als nicht relevant verwerfen. Hier empfängt und speichert der Speicher 206 N Abtastwerte r [1] , r[2], ..., r [N] .
  • Die Verarbeitungsschaltung der Sensorschaltung 107 beinhaltet ferner eine Auswertungsverarbeitungsschaltung 207, beispielsweise eine oder mehrere, die die Abtastwerte von dem Speicher 206 empfängt und einen Spitzendetektor verwendet, um Spitzen zu detektieren, die unterschiedliche reflektierte Signale (Echos) angeben. Auf diese Weise lassen sich die Zeitpunkte, zu denen die reflektierten Signale 112 und 115 empfangen werden, detektieren. Beispielsweise bewirkt die Verwendung einer Einzelimpulsanregung (wie im Konfigurationsmodus), dass die jeder TOF entsprechenden Spitzen (Echos) zeitlich deutlich voneinander getrennt sind und erheblich höhere Amplituden als der Rausch- oder Störpegel aufweisen. Somit überwacht die Auswertungsverarbeitungsschaltung 207 auf Spitzen oberhalb einer (z. B. Rausch-) Schwelle und bestimmt einen Zeitpunkt einer detektieren Spitze relativ zu einem Triggerzeitpunkt des Anregungssignals, um die entsprechende Flugzeit zu bestimmen. Spitzen unterschiedlicher reflektierter Signale (Echos) sind im Zeitbereich durch Täler in der Amplitude, die unter die Schwelle fallen, getrennt. Somit kann der Spitzendetektor durch Auswerten der Amplituden der digitalen Abtastwerte ein Echo deutlich von einem darauffolgenden Echo unterscheiden.
  • Sobald das erste und das letzte reflektierte Signal 112 und 115 detektiert und ihre Flugzeiten bestimmt sind, ist die Auswertungsverarbeitungsschaltung 207 ausgelegt zum Verweisen auf eine Lookup-Tabelle, um das Anregungssignal und/oder den Berührungsdetektionsalgorithmus selektiv zu konfigurieren. Ein zusätzlicher Speicher 208 kann die Lookup-Tabelle, verschiedene Anregungssignale, verschiedene Berührungsentscheidungsalgorithmen und/oder deren Parameter speichern, die zum selektiven Konfigurieren des Anregungssignals und/oder des Berührungsdetektionsalgorithmus verwendet werden. Nach Auswahl kann die Auswertungsverarbeitungsschaltung 207 den Signalgenerator mit dem ausgewählten Anregungssignal oder dessen Parametern zur Verwendung im normalen Betriebsmodus konfigurieren. Gleichermaßen ist die Auswertungsverarbeitungsschaltung 207 ausgelegt zum Verwenden des ausgewählten Berührungsdetektionsalgorithmus oder dessen Parameter im normalen Betriebsmodus zum Detektieren von Berührungs- und Nichtberührungsereignissen. Im normalen Betriebsmodus gibt die Auswertungsverarbeitungsschaltung 207 Berührungs- und Nichtberührungsauswertungsergebnisse aus.
  • Obgleich einige Aspekte im Kontext einer Einrichtung beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens repräsentieren, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Gleichermaßen repräsentieren im Kontext eines Verfahrensschritts beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Gegenstands oder Merkmals einer entsprechenden Einrichtung. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardwareeinrichtung, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung, ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Verfahrensschritte durch eine solche Einrichtung ausgeführt werden.
  • Ferner versteht es sich, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht als innerhalb der speziellen Reihenfolge vorliegend aufzufassen sein muss. Daher beschränkt die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge, sofern solche Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht unaustauschbar sind. Ferner kann bei einigen Ausführungsformen eine einzige Handlung mehrere Teilhandlungen beinhalten oder in diese aufgeteilt sein. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzigen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
  • Ferner stellen die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der Offenbarung dar. Somit versteht es sich, dass Fachleute in der Lage sind, verschiedene Anordnungen zu erkennen, die, obgleich sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und in ihrem Wesen und Schutzumfang enthalten sind. Ferner sollen alle hier angegebenen Beispiele prinzipiell und ausdrücklich lediglich Lehrzwecken dienen, um das Verständnis der Prinzipien der Offenbarung und die zur Erweiterung der Technik beigetragen Konzepte zu unterstützen, und sind so auszulegen, dass sie keine Beschränkung auf solche spezifisch angegebenen Beispiele und Bedingungen aufweisen. Zudem sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung wiedergeben, sowie spezielle Beispiele davon deren Äquivalente einschließen. Es versteht sich somit, dass Fachleute Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der hier beschriebenen Einzelheiten ersichtlich werden.
  • Einige Ausführungsformen werden durch die folgenden Beispiele definiert:
    • Beispiel 1. Ein Berührungssensor, der Folgendes umfasst:
      • ein Gehäuse mit einer Ausnehmung;
      • eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche umfasst, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet;
      • einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus;
      • einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal;
      • einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über einen Propagationspfad mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten
      • Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und dem Propagationspfad erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und
      • eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 2. Der Berührungssensor nach Beispiel 1, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Liefern eines Messsignals an die Sensorschaltung basierend auf der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden letzten Flugzeit.
    • Beispiel 3. Der Berührungssensor nach Beispiel 1 oder 2, der ferner Folgendes umfasst:
      • einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, und
      • die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung durch den Signalgenerator zum Erzeugen des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 4. Der Berührungssensor nach Beispiel 3, wobei jede auswählbare Anregungssignalkonfiguration mindestens einen Signalparameter aufweist, der sich von den anderen auswählbaren Anregungssignalkonfigurationen unterscheidet.
    • Beispiel 5. Der Berührungssensor nach Beispiel 3 oder 4, wobei:
      • jede der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen mit mindestens einem Flugzeitbereich einer Mehrzahl von Flugzeitbereichen, die sich gegenseitig ausschließen, assoziiert ist und
      • die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Auswählen der auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, die mit einem die letzte Flugzeit umfassenden Flugzeitbereich assoziiert ist.
    • Beispiel 6. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 5, der ferner Folgendes umfasst:
      • einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalparametersätze, und
      • die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen einer der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zum Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 7. Der Berührungssensor nach Beispiel 6, wobei jeder auswählbare Anregungssignalparametersatz mindestens einen Parameter aufweist, der sich von den anderen auswählbaren Anregungssignalparametersätzen unterscheidet.
    • Beispiel 8. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei:
      • die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und
      • die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 9. Der Berührungssensor nach Beispiel 8, der ferner Folgendes umfasst:
      • einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Berührungsdetektionsalgorithmen, und
      • die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen eines auswählbaren Berührungsdetektionsalgorithmus aus der Mehrzahl von Berührungsdetektionsalgorithmen zur Verwendung als den Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 10. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen einer dem ersten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden ersten Flugzeit und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der ersten Flugzeit und der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 11. Der Berührungssensor nach Beispiel 10, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Liefern eines Messsignals an die Sensorschaltung basierend auf der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem ersten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden ersten Flugzeit und der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden letzten Flugzeit.
    • Beispiel 12. Der Berührungssensor nach Beispiel 10 oder 11, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen einer Zeitdifferenz zwischen der ersten Flugzeit und der letzten Flugzeit und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der Zeitdifferenz.
    • Beispiel 13. Der Berührungssensor nach Beispiel 12, der ferner Folgendes umfasst:
      • einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, und
      • die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung als das zweite Anregungssignal basierend auf der Zeitdifferenz.
    • Beispiel 14. Der Berührungssensor nach Beispiel 13, wobei: jede der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen mit mindestens einem Zeitdifferenzbereich einer Mehrzahl von Zeitdifferenzbereichen, die sich gegenseitig ausschließen, assoziiert ist und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Auswählen der auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, die mit einem die Zeitdifferenz umfassenden Zeitdifferenzbereich assoziiert ist.
    • Beispiel 15. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 14, wobei:
      • die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und
      • die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der Zeitdifferenz.
    • Beispiel 16. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 15, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Empfangen eines Dickenwerts des Berührungssubstrats und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit und dem Dickenwert.
    • Beispiel 17. Der Berührungssensor nach einem der Beispiele 1 bis 16, wobei das erste Anregungssignal ein einziger Signalimpuls ist.
    • Beispiel 18. Der Berührungssensor nach Beispiel 2 und einem der Beispiele 1 bis 17, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf Signalspitzen für ein vorbestimmtes Beobachtungsfenster, das auf das erste Anregungssignal folgt.
    • Beispiel 19. Ein Berührungssensor, der Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einer Ausnehmung; eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche umfasst, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet; einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus; einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über eine Berührungsstruktur mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist. wobei die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und wobei die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
    • Beispiel 20. Ein Verfahren zum Konfigurieren eines Berührungssensor aus, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen eines durch ein erstes Anregungssignal induzierten Ultraschall-Testsignals zu einer Berührungsstruktur, die eine erste Grenzfläche mit einem umschlossenen Innenvolumen des Berührungssensors und eine zweite Grenzfläche mit einer äußeren Umgebung aufweist; Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht; und selektives Konfigurieren eines zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit, wobei das zweite Anregungssignal zum Induzieren weiterer Ultraschallsignale verwendet wird.
    • Beispiel 21. Das Verfahren nach Beispiel 20, das ferner Folgendes umfasst:
      • Übertragen eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; und
      • Bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an dem Berührungssubstrat aufgetreten ist,
      • basierend auf mindestens einem zusätzlichen reflektierten Ultraschallsignal, das über interne Reflexion an dem Berührungssubstrat von dem Ultraschall-Berührungsauswertungssignal erzeugt wird.
    • Beispiel 22. Das Verfahren nach Beispiel 20 oder 21, das ferner Folgendes umfasst:
      • Erzeugen eines Messsignals basierend auf der Mehrzahl reflektierter Ultraschallsignale; und
      • Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl reflektierter Ultraschallsignale assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden Flugzeit.
    • Beispiel 23. Das Verfahren nach einem der Beispiele 20 bis 22, das ferner Folgendes umfasst:
      • basierend auf der letzten Flugzeit, Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung zum Erzeugen des zweiten Anregungssignals.
    • Beispiel 24. Das Verfahren aus einem der Beispiele 20 bis 23, wobei:
      • während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus, Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an dem Berührungssubstrat aufgetreten ist, und
      • während eines Betriebs im Konfigurationsmodus, selektives Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
  • Des Weiteren sind die folgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch alleine als ein separates Ausführungsbeispiel stehen kann. Wenngleich jeder Anspruch alleine als ein separates Ausführungsbeispiel stehen kann, ist anzumerken, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezielle Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen verweisen kann - andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs aufweisen können. Solche Kombinationen sind hier vorgeschlagen, außer es ist angegeben, dass eine spezielle Kombination nicht beabsichtigt ist. Des Weiteren sollen auch Merkmale eines Anspruchs in einem beliebigen anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig ist.

Claims (20)

  1. Berührungssensor, der Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einer Ausnehmung; eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche umfasst, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet; einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus; einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über einen Propagationspfad mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und dem Propagationspfad erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
  2. Berührungssensor nach Anspruch 1, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Liefern eines Messsignals an die Sensorschaltung basierend auf der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden letzten Flugzeit.
  3. Berührungssensor nach Anspruch 2, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf Signalspitzen für ein vorbestimmtes Beobachtungsfenster, das auf das erste Anregungssignal folgt.
  4. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner Folgendes umfasst: einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, und die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung durch den Signalgenerator zum Erzeugen des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit.
  5. Berührungssensor nach Anspruch 4, wobei - jede auswählbare Anregungssignalkonfiguration mindestens einen Signalparameter aufweist, der sich von den anderen auswählbaren Anregungssignalkonfigurationen unterscheidet, und/oder - jede der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen mit mindestens einem Flugzeitbereich einer Mehrzahl von Flugzeitbereichen, die sich gegenseitig ausschließen, assoziiert ist und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Auswählen der auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, die mit einem die letzte Flugzeit umfassenden Flugzeitbereich assoziiert ist.
  6. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
  7. Berührungssensor nach Anspruch 6, der ferner Folgendes umfasst: einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Berührungsdetektionsalgorithmen, und die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen eines auswählbaren Berührungsdetektionsalgorithmus aus der Mehrzahl von Berührungsdetektionsalgorithmen zur Verwendung als den Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
  8. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen einer dem ersten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden ersten Flugzeit und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der ersten Flugzeit und der letzten Flugzeit.
  9. Berührungssensor nach Anspruch 8, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Liefern eines Messsignals an die Sensorschaltung basierend auf der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem ersten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden ersten Flugzeit und der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden letzten Flugzeit.
  10. Berührungssensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Bestimmen einer Zeitdifferenz zwischen der ersten Flugzeit und der letzten Flugzeit und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der Zeitdifferenz.
  11. Berührungssensor nach Anspruch 10, der ferner Folgendes umfasst: einen Speicher, ausgelegt zum Speichern einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, und die Sensorschaltung ist ausgelegt zum Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung als das zweite Anregungssignal basierend auf der Zeitdifferenz.
  12. Berührungssensor nach Anspruch 11, wobei: jede der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen mit mindestens einem Zeitdifferenzbereich einer Mehrzahl von Zeitdifferenzbereichen, die sich gegenseitig ausschließen, assoziiert ist und die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Auswählen der auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus der Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen, die mit einem die Zeitdifferenz umfassenden Zeitdifferenzbereich assoziiert ist.
  13. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der Zeitdifferenz.
  14. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Sensorschaltung ausgelegt ist zum Empfangen eines Dickenwerts des Berührungssubstrats und selektiven Konfigurieren des zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit und dem Dickenwert.
  15. Berührungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das erste Anregungssignal ein einziger Signalimpuls ist.
  16. Berührungssensor, der Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einer Ausnehmung; eine Berührungsstruktur, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist und über der Ausnehmung angeordnet ist, sodass die Ausnehmung ein umschlossenes Innenvolumen bildet, wobei die Berührungsstruktur eine Berührungsfläche und eine gegenüber der Berührungsfläche angeordnete Innenfläche umfasst, wobei die Innenfläche dem umschlossenen Innenvolumen zugewandt ist und eine erste Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und dem umschlossenen Innenvolumen bildet und wobei die Berührungsfläche eine zweite Grenzfläche zwischen der Berührungsstruktur und einer äußeren Umgebung bildet; einen Signalgenerator, ausgelegt zum Erzeugen eines ersten Anregungssignals während eines Konfigurationsmodus und Erzeugen eines zweiten Anregungssignals während eines Berührungsdetektionsbetriebsmodus; einen Sender, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist, wobei der Sender ausgelegt ist zum Erzeugen eines Ultraschall-Testsignals basierend auf dem ersten Anregungssignal und eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; einen Empfänger, der in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist und über eine Berührungsstruktur mit dem Sender gekoppelt ist, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; und eine Sensorschaltung, die in dem umschlossenen Innenvolumen angeordnet ist. wobei die Sensorschaltung während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus ausgelegt ist zum Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an der Berührungsfläche aufgetreten ist, und wobei die Sensorschaltung während eines Betriebs im Konfigurationsmodus ausgelegt ist zum Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht, und selektiven Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
  17. Verfahren zum Konfigurieren eines Berührungssensors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen eines durch ein erstes Anregungssignal induzierten Ultraschall-Testsignals zu einer Berührungsstruktur, die eine erste Grenzfläche mit einem umschlossenen Innenvolumen des Berührungssensors und eine zweite Grenzfläche mit einer äußeren Umgebung aufweist; Empfangen einer Mehrzahl von reflektierten Ultraschallsignalen, die von dem Ultraschall-Testsignal und der Berührungsstruktur erzeugt werden, darunter ein erstes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die erste Grenzfläche intern reflektiert wird, und ein letztes reflektiertes Ultraschallsignal, das durch die zweite Grenzfläche intern reflektiert wird; Bestimmen einer letzten Flugzeit, die dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entspricht; und selektives Konfigurieren eines zweiten Anregungssignals basierend auf der letzten Flugzeit, wobei das zweite Anregungssignal zum Induzieren weiterer Ultraschallsignale verwendet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: Übertragen eines Ultraschall-Berührungsauswertungssignals basierend auf dem zweiten Anregungssignal; und Bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an dem Berührungssubstrat aufgetreten ist, basierend auf mindestens einem zusätzlichen reflektierten Ultraschallsignal, das über interne Reflexion an dem Berührungssubstrat von dem Ultraschall-Berührungsauswertungssignal erzeugt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner Folgendes umfasst: - Erzeugen eines Messsignals basierend auf der Mehrzahl reflektierter Ultraschallsignale; und Überwachen des Messsignals auf mit der Mehrzahl reflektierter Ultraschallsignale assoziierte Signalspitzen zum Bestimmen der dem letzten reflektierten Ultraschallsignal entsprechenden Flugzeit; und/oder - basierend auf der letzten Flugzeit, Auswählen einer auswählbaren Anregungssignalkonfiguration aus einer Mehrzahl auswählbarer Anregungssignalkonfigurationen zur Verwendung zum Erzeugen des zweiten Anregungssignals.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei: während eines Betriebs im Berührungsdetektionsbetriebsmodus, Verwenden eines Berührungsdetektionsalgorithmus, um zu bestimmen, ob ein Nichtberührungsereignis oder ein Berührungsereignis an dem Berührungssubstrat aufgetreten ist, und während eines Betriebs im Konfigurationsmodus, selektives Konfigurieren des Berührungsdetektionsalgorithmus basierend auf der letzten Flugzeit.
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