WO2021160541A1 - Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines kapazitiven berührungssensorsystems - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines kapazitiven berührungssensorsystems Download PDF

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WO2021160541A1
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touch
touch sensor
sensor system
sensors
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PCT/EP2021/052899
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Miklós MOLNÁR
Raphael MACK
Benjamin Dietz
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • H03K2217/9401—Calibration techniques
    • H03K2217/94026—Automatic threshold calibration; e.g. threshold automatically adapts to ambient conditions or follows variation of input

Definitions

  • the present invention relates to a method and a calibration device for calibrating a touch sensor system having a plurality of capacitive touch sensors, in particular when it is activated, as well as the corresponding touch sensor system itself, having the touch sensors and the calibration device.
  • the invention also relates to a computer program configured to carry out the method.
  • Capacitive touch sensors are sensors that work on the basis of the change in the electrical capacitance of an individual capacitor or a capacitor system in order to detect an approach of an object, in particular a human finger, to the sensor or, in particular, a touch of the sensor by the object.
  • the ability of such touch sensors to correctly detect an approach or touch often depends heavily on external influences and conditions, in particular on temperature, humidity and aging processes.
  • touch is to be understood as an approach of the object, in particular a human finger, to a touch sensor in addition to an actual touch, in which there is no actual contact, but a the object is so close to the touch sensor that this approach can be detected as a touch according to a specification or configuration of the touch sensor system.
  • a specification or configuration of the touch sensor system typically, according to such configuration specifications, approximations to a distance of only a few millimeters, e.g. 5 mm or less, are also included. Nonetheless, touch sensor systems are also possible in which only an actual touch is evaluated as a touch.
  • a touch sensor system based on such capacitive touch sensors is activated, especially if it is started up (i.e. when starting up) or if one or more touch-dependent functionalities are started afterwards, the external influences acting on it on the touch sensors are usually not the touch sensor system itself known in detail, so that the case may arise that no reliable detection possible contact. Accordingly, the reliability in touch recognition is often insufficient.
  • the present invention is based on the object of further improving the reliability of a capacitive touch sensor system.
  • a first aspect of the invention relates to a, in particular computer-implemented, method for calibrating a touch sensor system having a plurality of capacitive touch sensors, in particular when it is activated.
  • the method comprises: (i) measuring a respective individual electrical capacitance value of the touch sensors, wherein the measurement for the various touch sensors can take place in particular simultaneously or within a defined measurement period (eg 5 seconds or less, preferably 1 second or less); (ii) for each of the touch sensors, determination of a respective comparison value that indicates the size of any deviation (in particular as a difference or ratio or based on it) between the respective measured capacitance value and an initial, in particular individual or global, determined for this touch sensor in advance all touch sensors are the same, represent the baseline capacitance value and positively correlate with the size of the deviation; (iii) Determining a compensation value based on the comparison values, whereby the compensation value is determined in such a way that it lies between the largest and the smallest of the comparison values or is equal to that of the comparison values which
  • a “touch sensor system” in the sense of the invention is to be understood as a sensor system having a plurality of capacitive touch sensors, which is designed to use the touch sensors to perform a touch detection based on the change in the electrical capacitance of a capacitor or capacitor system in the respective touch sensor.
  • the touch sensor system can in particular be configured in such a way that each touch sensor is capable of detecting its contact with an object. Using the majority of the touch sensors present in the touch sensor system, it is possible in this case to detect differently localized contacts corresponding to the different positions of the individual touch sensors.
  • a “capacitance value” is to be understood as a, in particular numerical, value which represents an absolute or relative variable of an electrical capacitance provided as a measuring capacitance in an associated touch sensor to which the capacitance value is assigned.
  • a “baseline capacitance value” is also to be understood as a, in particular numerical, value which represents an absolute or relative variable of an electrical capacitance provided as a measuring capacitance in an associated touch sensor to which the capacitance value is assigned.
  • the baseline capacitance value is already determined in advance. This can take place in particular on the basis of a capacitance measurement of the measuring capacitance under certain standard conditions or by other pre-definition, for example on the basis of the specific Touch sensor sensor designs.
  • a baseline capacitance value can therefore be understood in particular as a reference capacitance value for the touch sensor, which represents a setpoint value for the electrical capacitance of the measuring capacitance of the touch sensor that is free from the external influences that usually occur in real use of the touch sensor system and are usually variable.
  • a “capacity excess of the initial baseline capacitance value compared to the associated measured capacitance value” for a specific touch sensor thus relates to the case that the electrical capacitance represented by the initial baseline capacitance value for the touch sensor is greater than the electrical capacitance measured by this touch sensor as part of the method Capacity value is represented.
  • "excess capacitance of the associated measured capacitance value compared to the initial baseline capacitance value” for a specific touch sensor relates to the case that the electrical capacitance represented by the initial baseline capacitance value for the touch sensor is smaller than the electrical capacitance that corresponds to the capacitance value measured by this touch sensor as part of the process is represented. If both values are the same, the excess capacity is zero.
  • the compensation value is determined on the basis of the comparison values in such a way that the compensation value is determined such that it is smaller than the largest of the comparison values and at the same time greater than or equal to the smallest of the comparison values.
  • the compensation value is then determined on the basis of the comparison values in such a way that the compensation value is determined in such a way that it is greater than the smallest of the comparison values and at the same time less than or equal to the largest of the comparison values.
  • the determined compensation value when using the touch sensor system for touch detection can in particular already relate to the capacitance measured values measured in accordance with the method thus at the same time represent a first measurement for contact detection. Additionally or alternatively, it can refer to a further subsequent use of the touch sensor system for touch detection, in particular also to such use over a longer period of time, which can in particular last until the next subsequent (re) activation of the touch sensor system.
  • the touch sensor system be calibrated in a simple manner, but also at the time of calibration, in particular when the touch sensor system is activated, reliable detection of a touch or non-touch for each of the touch sensors, and thus, for example, a correct one Achieve finger position on a control panel having a plurality of the touch sensors, using the correction based on the compensation value determined according to the method.
  • the method is based in particular on the approach that external influences that affect all touch sensors of the touch sensor system are differentiated from individual influences that can occur on the touch sensors through individual touches or object approaches
  • the system is calibrated on the basis of a compensation value which is the same for all touch sensors and which was determined on the basis of the external influences that are essentially the same for all touch sensors.
  • the compensation value is determined in such a way that that of the comparison values is defined as the compensation value which has the largest excess capacity of the initial baseline capacity value compared to the associated measured capacity value or otherwise the smallest excess capacity of the associated measured capacity value (C) compared to the initial baseline capacity value (BO). represents.
  • the compensation value is determined on the basis of the comparison values in such a way that the compensation value is determined in such a way that it is equal to (signed) is the smallest of the comparison values.
  • the compensation value is determined in such a way that that of the comparison values is set as the compensation value which most likely corresponds to a non-touched state of the corresponding touch sensor, since in this case the excess capacitance of the initial baseline capacitance value compared to the associated measured capacitance value of the touch sensor is greatest. That way you can turn one into one Achieve particularly reliable contact detection leading calibration, in particular baseline adjustment, of the touch sensor system.
  • the compensation value is determined in such a way that an average value or a median value of the distribution of the comparison values is established as the compensation value.
  • determining the compensation value can include: (i) setting an average value or a median value of the distribution of the comparison values as a preliminary value for the compensation value; (ii) determining those touch sensors whose measured capacitance values indicate the absence of a touch in accordance with a correction of the measurements on the basis of the preliminary value for the compensation value as untouched touch sensors; (iii) setting the average value or the median value of the distribution of the comparison values for the determined untouched touch sensors as the final value for the compensation value.
  • the determined compensation value is taken into account when using the touch sensor system for touch detection by correcting the capacitance values measured in the process or the baseline capacitance values of the touch sensors on the basis of the final compensation value.
  • only those comparison values from the distribution of the comparison values can be used to determine the average value or median value which, according to a predetermined filter criterion, do not represent extreme values within the distribution of the comparison values.
  • Extreme values within the distribution of the comparison values in particular extreme values that are based on an extreme measured capacitance value, are more likely to be caused by an incorrect measurement or by external influences specific to the sensor, comparison results used in the determination of the compensation value can be more reliable by means of such a filtering of the determination of the compensation value thus increased reliability of the touch sensor system calibrated on the basis of the compensation value can be achieved.
  • the touch sensor system can further comprise a capacitive reference sensor which is arranged in the touch sensor system so that it cannot be touched at all or at least not easily touched by a user of the touch sensor system with the same hand as one of the touch sensors.
  • the method here also has: (i) measuring an electrical capacitance value of the reference sensor; (ii) Determining a comparison value for the reference sensor which represents the size of a possible deviation between the measured capacitance value of the reference sensor and an initial baseline capacitance value determined in advance for the reference sensor and which correlates positively with the size of the deviation. To determine the average value or median value, in addition to the comparison values from the distribution of the comparison values for the touch sensors, the comparison value for the reference sensor is also used.
  • the capacitive reference sensor is arranged in the touch sensor system in such a way that it cannot be touched at all by a user of the touch sensor system if contact is structurally prevented. This can be the case, for example, if (i) the reference sensor is arranged in such a way that none of the electrodes used for capacitance measurement is on a surface of the touch sensor system or directly below it (i.e. in such a way that contact with the surface above it could still be reliably detected) , or if (ii) even if at least one of the electrodes is on or directly below the surface, this electrode or the surface section immediately above it cannot be reached with a finger.
  • the capacitive reference sensor cannot easily be touched with the same hand as one of the touch sensors if the reference sensor is basically arranged to be touchable and can therefore also detect touches, but its arrangement relative to the touch sensors of the touch sensor system is designed in such a way that due to the Distance or the geometry of the touch sensor system a simultaneous unintentional touching of the reference sensor and one of the touch sensors with the same hand of a user of the touch sensor system is at least almost impossible.
  • the touch sensors are combined in a control panel and the reference sensor is arranged at a distance from the control panel and configured to detect touches.
  • the distance can be selected to be so large that the reference sensor cannot be operated, or at least not easily operated at the same time as the control panel with the same hand of a user.
  • a capacitive sensor already present for another reason, namely contact detection, as a reference sensor in the sense of multiple use (“multi-use” or “dual use”), which increases the efficiency of the touch sensor system .
  • the reference sensor can be a capacitive sensor of a second control panel which has a plurality of capacitive sensors and the method furthermore comprises: (i) measuring a respective individual electrical capacitance value of the sensors of the second control panel; (ii) for each of the sensors of the second control panel, determining a respective comparison value which represents the size of a possible deviation between the measured capacitance value of the respective sensor and an initial baseline capacitance value determined for it in advance and which correlates positively with the size of the deviation; and (iii) selecting that one of the sensors of the second control panel as the reference sensor which has that comparison value among the comparison values for these sensors which represents the greatest excess capacitance of its initial baseline capacitance value compared to the associated measured capacitance value.
  • Touch detection means that each of the touch sensors is calibrated at least by means of one of the following corrective measures or a combination thereof: (i) determining a compensated baseline capacitance value assigned to the respective touch sensor by means of at least partial compensation of the initial baseline capacitance value assigned to this touch sensor based on the compensation value; (ii) Determination of a corrected touch detection threshold individually assigned to the respective touch sensor by means of at least partial compensation of an associated initial touch detection threshold established in advance, in particular individually or for all of the touch sensors, based on the compensation value.
  • the touch detection threshold defines a capacitance threshold for the detection of a touch of the touch sensor by an object.
  • the compensation can take place in particular by adding the compensation value to the respective initial baseline value. While variant (i) represents a baseline adjustment in the narrower sense, which allows the same touch detection threshold to be used for all touch sensors, variant (ii) allows the baseline values to be left unchanged, since sensor-specific touch detection thresholds are used instead.
  • the method further comprises: (i) determining those touch sensors whose capacitance values indicate the presence of a touch according to the calibration as touched touch sensors; and (ii) providing an output signal identifying the touched touch sensors.
  • an actual contact measurement also takes place here. In this way, both can take place, in particular, based on the same capacitance measurement results, so that a multiple measurement is not required for the calibration on the one hand and for an actual contact measurement on the other hand.
  • the method further comprises: high-pass filtering of the sensor signals generated by the individual touch sensors when measuring their respective individual electrical capacitance value, in order to filter out low-frequency signal components from the signal. Since low-frequency signals typically do not result from an object touching a touch sensor, signal components that are likely to be due to external influences and could potentially impair the measurement result, in particular also falsify, can be filtered out in advance so that they can be used as part of the calibration of the Touch sensor system no longer come into play. In this way, the achievable reliability of the system can be further increased.
  • a second aspect of the invention relates to a calibration device for calibrating a touch sensor system having a plurality of capacitive touch sensors.
  • the device is configured to carry out the method according to the first aspect.
  • a third aspect of the invention relates to a touch sensor system, having a plurality of capacitive touch sensors and a calibration device according to the second aspect, wherein the touch sensor system is configured, in particular when activated, to use the calibration device to calibrate the touch sensor system according to the method according to the first aspect.
  • the touch sensor system can in particular be configured as an input system for a user interface of a vehicle.
  • the touch sensor system can in particular be configured as an input system for a user interface arranged on a steering device of a vehicle.
  • a fourth aspect of the invention relates to a computer program, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, in particular by a processor of the calibration device according to the second aspect, cause the computer to execute the method according to the first aspect.
  • the computer program can in particular be stored on a non-volatile data carrier.
  • a non-volatile data carrier is preferably a data carrier in the form of an optical data carrier or a flash memory module.
  • the computer program can be saved as a file on a Data processing unit, in particular on a server, and be downloadable via a data connection, for example the Internet or a dedicated data connection, such as a proprietary or local network.
  • the computer program can have a plurality of interacting individual program modules.
  • the calibration device according to the second aspect or the touch sensor system according to the third aspect can therefore in particular have a program memory in which the computer program is stored.
  • the calibration device or the touch sensor system can also be set up to access an externally available computer program, for example on one or more servers or other data processing units, via a communication link, in particular to exchange data with it that are used during the course of the method or computer program or represent outputs of the computer program.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary touch sensor system according to a first embodiment, including a plurality of touch sensors and a calibration device according to an embodiment of the invention, and the exemplary arrangement of this touch sensor system on a steering device of a vehicle as a user interface for touch inputs;
  • FIG. 2 schematically shows an exemplary touch sensor system according to a second embodiment, in which the touch sensor system has two different control panels and is configured as a user interface on a steering device of a vehicle;
  • 3 shows a flow chart to illustrate a first preferred embodiment of the method according to the invention, which is based on a special selection of a comparison value as a compensation value;
  • FIG. 4 shows a diagram in accordance with a first example for illustrating a baseline correction in accordance with the method from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a diagram in accordance with a second example to illustrate a baseline correction in accordance with the method from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a diagram in accordance with a second example to illustrate a baseline correction in accordance with the method from FIG. 3;
  • 6A-C show a flowchart to illustrate a second preferred embodiment of the method according to the invention, which is based on averaging of comparison values for determining the compensation value;
  • FIG. 7 shows a diagram according to an example for illustrating a baseline correction according to the method from FIGS. 6A-C
  • An exemplary touch sensor system 100 has a plurality (in the present example four) capacitive touch sensors 110a to 110d, which can in particular be arranged in a (first) control panel 105 of touch sensor system 100. Furthermore, the touch sensor system 100 has a capacitive reference sensor 115, which is preferably arranged such that it cannot be touched directly by a user of the touch sensor system 100. This has the advantage that the reference sensor 115 can, to a good approximation, be viewed as not being influenced by external influences on its measuring capacitance emanating from a user, in particular his / her region. Furthermore, the touch sensor system 100 has a calibration device 120 which has a processor unit 125 and a program and data memory 130 coupled to it.
  • the processor unit 125 can in particular have one or more microprocessors and can in particular be designed as a microcontroller.
  • the method according to the invention can in particular be designed as a computer-implemented method and a corresponding program configured for its execution on the processor unit 125 can be stored in the memory 130 for this purpose.
  • the touch sensor system 100 according to FIG. 1 can in particular be configured as a user interface in a vehicle, for example for arrangement on a steering device 135, in particular on a steering wheel. An exemplary embodiment for this is shown in FIG.
  • a further control panel 140 is provided here as an extension of the touch sensor system 100 according to FIG .
  • the touch sensors of the first control panel 105 are specifically referred to as “touch sensors”, while for the purpose of better explanation, the capacitive sensors of the second control panel 140, which are technically also touch sensors, are not referred to as such.
  • the capacitive sensors of at least the first control panel 105 can be calibrated by the calibration device 120, in particular according to one of the methods described below with reference to FIGS. 3 to 7. This preferably applies equally to the capacitive sensors of the second control panel.
  • a selected touch sensor of the second control panel is used as a reference sensor 115 for calibrating the touch sensors 100a to 100d of the first control panel 105. Correspondingly, this can also be possible the other way around.
  • a first preferred embodiment 200 of a method according to the invention will now be explained with reference to the touch sensor system 100 from FIG. 1, which is based on a special selection of a comparison value as a compensation value.
  • the method 200 is preferably carried out when the touch sensor system is activated, in particular when it is started up, and accordingly begins with an activation of the touch sensor system 100 in a step 205. Instead, it can also be carried out at other times, in particular each time a measurement is to take place, or at regular intervals. Accordingly, “activating” the touch sensor system should be understood to mean, in particular, any triggering of a working or calibration operating mode of the touch sensor system.
  • the respective individual capacitance values C of the touch sensors 110a to 110d of the touch sensor system 100 are then measured in a step 210.
  • the sensor signals are preferably high-pass filtered.
  • FIGS. 4 (a) and 5 (a) show two different examples for determining these respective comparison values V for touch sensors 110a to 100d from a set of associated initial baseline capacitance values BO and capacitance values C measured in step 210 by means of such a difference formation.
  • a negative compensation value results.
  • step 220 the smallest (signed) comparison value Vmin is then determined from the set of comparison values V determined in step 215 and defined as compensation value C in step 225, which can coincide with step 220.
  • One motivation for this choice is that, depending on their type, external influences can have a positive or negative effect on a measured capacitance value C of a touch sensor and can thus increase or decrease it, while the influence of a touch of the touch sensor, in particular by a human finger, can usually only have a capacity-increasing effect.
  • Vmin the smallest of the comparison values is selected, ie Vmin, then this corresponds to the selection of that one of the capacitance values K measured in step 210 that is least likely or probably least likely to be affected by external influences. Since the compensation value is a measure of the external influences assumed to be approximately the same for all touch sensors in the absence of contact should represent, this selection represents a generally good estimate of the value of a compensation value that can be used for this purpose. In FIGS is chosen as the compensation value.
  • the respective initial baseline capacitance values BO of all touch sensors 110a to 110d of touch sensor system 100 can be corrected on the basis of the determined compensation value Vmin.
  • This can in particular take place in such a way that for this purpose there is a signed addition of the compensation value to the respective initial baseline capacitance value B0 in order to obtain corrected baseline capacitance values Bk.
  • the respective contact state of the touch sensors 110a to 110d can now be determined on the basis of the respective measured capacitance value C and the respective corrected baseline capacitance value Bk.
  • the respective contact state of each of the touch sensors can now be determined, a touch being detected as such if the associated corrected comparison value Vk for the relevant touch sensor reaches or exceeds the touch detection threshold T. Otherwise, non-contact is detected.
  • an output signal can finally be output which represents the respective determined contact states of the touch sensors 110a to 110d.
  • This output signal can in particular be used as a control signal to control one or more functionalities corresponding to the various touch sensors, such as for volume control for an entertainment system or for configuring an automatic vehicle control, in particular an ACC (Automatic Cruise Control).
  • ACC Automatic Cruise Control
  • a second preferred embodiment 300 of a method according to the invention will now be explained with reference to the touch sensor system 100 from FIG. which is based on a mean value formation (or alternatively a median formation) over the comparison values to determine the compensation value.
  • the method 300 is also preferably carried out when the touch sensor system is activated, in particular when it is started, and accordingly begins, as shown in FIG. 6A, with an activation of the touch sensor system 100 in a step 305 Points in time are carried out, in particular at regular time intervals or every time a measurement is to be carried out.
  • a measuring step 310 for measuring the individual capacitance values C of the touch sensors 100a to 100d, which corresponds to step 210 of the method 200.
  • a reference sensor 115 can be provided. This is explained below in particular with regard to a touch sensor system with two different control panels, as shown in particular in FIG. 2.
  • a capacitive sensor of the second control panel can be dynamically selected as the reference sensor, in particular as illustrated in FIG. 6B.
  • a step 311 for the capacitive sensors of the second control panel analogously to step 310, individual capacitance values are measured for the first control panel, with a high-pass filtering of the corresponding optionally also being able to be used again.
  • step 312 in analogy to step 215 of method 200, an individual comparison value is determined for each of the sensors of the second control panel as the difference between the respective associated measured capacitance value and a previously determined initial baseline capacitance value of the respective sensor.
  • step 313 that one of the sensors of the second control panel is selected as the reference sensor for the touch sensor system 100 which has the smallest comparison value among the sensors of the second control panel.
  • the motivation for selecting the sensor with the smallest comparison value as the reference sensor corresponds to the reasoning already explained above for method 200 with regard to the selection of the minimum comparison result Vmin as the compensation value.
  • an individual comparison value V is generated for each of the touch sensors 100a to 100d of the first control panel 105 as the difference between the respective associated measured capacitance value C. and a predetermined initial baseline capacitance value B0 of the respective touch sensors 100a to 100d.
  • extreme values can be filtered out in step 320 in accordance with a predetermined filter criterion in order to prevent the subsequent determination of the compensation value against potentially falsified comparison values, such as those caused by particular individual temperature fluctuations on individual of the Touch sensors could have been triggered (e.g. by selective solar radiation) to protect.
  • a preliminary value for the compensation value is first determined in step 325 by setting this equal to the average value of the determined fed comparison values of the touch sensors and, if applicable, of the reference sensor.
  • a preliminary correction of the respective baseline capacitance values B0 of all touch sensors 100a to 100d of touch sensor system 100 takes place in step 330 signed addition of the provisional value of the compensation value to the respective initial baseline capacitance value BO.
  • step 335 the respective preliminary contact state of the touch sensors 100a to 100d can be determined in each case on the basis of the respective measured capacitance value C and the respective provisionally corrected baseline capacitance value.
  • FIG. 6C A step 340 follows, in which, on the basis of the provisionally determined contact states, those touch sensors are determined which are detected as “unaffected” according to a comparison of the touch detection threshold T with the respective comparison value of the touch sensor. These untouched touch sensors are therefore those touch sensors whose comparison value is lower than the touch detection threshold T.
  • a final value for the compensation value can be determined as the average value M (alternatively median value, see above) (only) the filtered comparison values V determined for the untouched touch sensors and the reference sensor 115.
  • a final correction of the respective initial baseline capacitance values B0 of all touch sensors 100a to 100d of touch sensor system 100 can then take place in step 350.
  • the corresponding final corrected baseline capacitance value Bk of the respective touch sensor can in particular be determined on the basis of a signed addition of the final compensation value M to the initial baseline capacitance value B0 of the relevant touch sensor.
  • control panel in particular first control panel 110a-d touch sensors
  • processor unit 130 program and data memory 135 steering device of a vehicle, in particular a steering wheel

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems. Das Verfahren weist auf: Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Berührungssensoren; für jeden der Berührungssensoren, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; Ermitteln eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert repräsentiert; und Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des Kompensationswerts. Die Erfindung betrifft ferner das Berührungssensorsystem selbst sowie ein Computerprogramm, das zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert ist.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM KALIBRIEREN EINES KAPAZITIVEN
BERÜHRUNGSSENSORSYSTEMS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aktivierung, sowie das entsprechende, die Berührungssensoren und die Kalibriervorrichtung aufweisende Berührungssensorsystem selbst. Ferner betrifft die Erfindung ein zur Ausführung des Verfahrens konfiguriertes Computerprogramm.
Als kapazitive Berührungssensoren werden Sensoren bezeichnet, die auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeiten, um eine Annäherung eines Objekts, insbesondere eines menschlichen Fingers, an den Sensor oder insbesondere eine Berührung des Sensors durch das Objekt sensorisch zu erfassen. Die Fähigkeit solcher Berührungssensoren, eine Annäherung beziehungsweise Berührung korrekt zu erfassen, hängt dabei oftmals stark von externen Einflüssen und Bedingungen, insbesondere von Temperatur, Feuchtigkeit und auch Alterungsprozessen ab.
Im Folgenden soll, soweit im Einzelnen dazu nichts anderes ausgeführt ist, unter dem Begriff „Berührung“ neben einer tatsächlichen Berührung auch eine Annäherung des Objekts, insbesondere eines menschlichen Fingers, an einen Berührungssensor verstanden werden, bei der zwar keine tatsächliche Berührung stattfindet, jedoch eine so große Annäherung des Objekts an den Berührungssensor, dass diese Annäherung gemäß einer Spezifikation oder Konfiguration des Berührungssensorsystems als Berührung (engl. Touch) zu detektieren ist. Typischerweise sind hier gemäß solcher Konfigurationsvorgaben Annäherungen bis auf eine Entfernung von nur wenigen Millimetern, z.B. 5 mm oder darunter, mitumfasst. Nichtsdestotrotz sind auch Berührungssensorsysteme möglich, bei denen nur eine tatsächliche Berührung als Berührung gewertet wird.
Wenn ein auf solchen kapazitiven Berührungssensoren beruhendes Berührungssensorsystem aktiviert wird, insbesondere wenn es hochgefahren wird (d.h. beim Aufstarten) oder wenn danach eine oder mehrere berührungsabhängige Funktionalitäten gestartet werden, sind die auf es einwirkenden externen Einflüsse auf die Berührungssensoren in der Regel dem Berührungssensorsystem selbst noch nicht im Einzelnen bekannt, sodass der Fall auftreten kann, dass keine zuverlässige Detektion von etwaigen Berührungen möglich ist. Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit bei der Berührungserkennung oftmals unzureichend. Im Falle einer fehlerhaften Detektion, d. h. wenn eine tatsächlich stattfindende Berührung nicht erkannt wird oder eine Berührung erkannt wird, obwohl tatsächlich gar keine vorliegt, erhöht sich die Zuverlässigkeit der Berührungserkennung bei bekannten Systemen typischerweise erst ab der zweiten Berührung, wenn das System somit in der Lage war, auf Basis der bis dahin aufgetretenen unterschiedlichen Sensorsignale bei Berührung einerseits und Nichtberührung andererseits, die externen Einflüsse zu quantifizieren und im Sinne einer sogenannten Basislinienanpassung herauszurechnen. Eine zuverlässige Erkennung des korrekten Berührungsstatus (berührt oder nicht berührt) bereits unmittelbar nach der Systemaktivierung ist somit nicht gegeben. Dies gilt insbesondere dann, wenn der entsprechende Sensor bereits während der Systemaktivierung berührt wird. Dementsprechend wird in solchen Fällen die Benutzereingabe jedenfalls nicht sofort oder gar falsch detektiert, was zu einer entsprechenden schlechten Benutzererfahrung führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit eines kapazitiven Berührungssensorsystems weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aktivierung. Das Verfahren weist auf: (i) Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Berührungssensoren, wobei das Messen für die verschiedenen Berührungssensoren insbesondere simultan oder innerhalb eines definierten Messzeitraums (z.B. 5 Sekunden oder darunter, bevorzugt 1 Sekunde oder darunter) erfolgen kann; (ii) für jeden der Berührungssensoren, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung (insbesondere als Differenz oder Verhältnis oder beruhend darauf) zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen, insbesondere per Berührungssensor individuellen oder globalen für alle Berührungssensoren gleichen, Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; (iii) Ermitteln eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (BO) repräsentiert; und (iv) Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des Kompensationswerts.
Unter einem „Berührungssensorsystem“ im Sinne der Erfindung ist ein mehrere kapazitive Berührungssensoren aufweisendes Sensorsystem zu verstehen, welches dazu ausgelegt ist mithilfe der Berührungssensoren eine Berührungsdetektion durchzuführen, die Berührungsdetektion auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines Kondensators oder Kondensatorsystems in dem jeweiligen Berührungssensor beruht. Das Berührungssensorsystem kann insbesondere so konfiguriert sein, dass jeder Berührungssensor für sich in der Lage ist, seine Berührung durch ein Objekt zu detektieren. Anhand der Mehrzahl der im Berührungssensorsystem vorhandenen Berührungssensoren lassen sich in diesem Fall an zu den verschiedenen Positionen der einzelnen Berührungssensoren korrespondierenden verschiedenen Stellen des Berührungssensorsystems entsprechend verschieden lokalisierte Berührungen detektieren.
Unter einem „Kapazitätswert“ ist ein, insbesondere numerischer, Wert zu verstehen, der eine absolute oder relative Größe einer in einem zugehörigen Berührungssensor, dem der Kapazitätswert zugeordnet ist, als Messkapazität vorgesehenen elektrischen Kapazität repräsentiert.
Unter einem „Basislinienkapazitätswert“ ist ebenfalls ein, insbesondere numerischer, Wert zu verstehen, der eine absolute oder relative Größe einer in einem zugehörigen Berührungssensor, dem der Kapazitätswert zugeordnet ist, als Messkapazität vorgesehenen elektrischen Kapazität repräsentiert. Anders als der erst im Rahmen des vorgenannten Verfahrens bestimmten „Kapazitätswert“ des Berührungssensors, wird der Basislinienkapazitätswert bereits vorab bestimmt. Dies kann insbesondere auf Basis einer Kapazitätsmessung der Messkapazität bei bestimmten Normbedingungen erfolgen oder aber durch sonstige Vorabdefinition, beispielsweise auf Basis des spezifischen Sensordesigns des Berührungssensors. Ein Basislinienkapazitätswert kann somit insbesondere als Referenzkapazitätswert für den Berührungssensor verstanden werden, der einen von den im realen Einsatz des Berührungssensorsystems meist auftretenden und in der Regel variablen externen Einflüssen freien Sollwert für die elektrische Kapazität der Messkapazität des Berührungssensors darstellt.
Ein „Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert“ für einen bestimmten Berührungssensor betrifft somit den Fall, dass die durch den initialen Basislinienkapazitätswert für den Berührungssensor repräsentierte elektrische Kapazität größer ist als die elektrische Kapazität, die den durch diesen Berührungssensor im Rahmen des Verfahrens gemessenen Kapazitätswert repräsentiert wird. Entsprechend betrifft „Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswert“ für einen bestimmten Berührungssensor den Fall, dass die durch den initialen Basislinienkapazitätswert für den Berührungssensor repräsentierte elektrische Kapazität kleiner ist als die elektrische Kapazität, die den durch diesen Berührungssensor im Rahmen des Verfahrens gemessenen Kapazitätswert repräsentiert wird. Falls beide Werte gleich sind beträgt der Kapazitätsüberschuss Null.
Da die elektrische Kapazität stets eine positive Größe ist, ist es zweckmäßig, auch die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv zu definieren. In diesem Fall erfolgt somit das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er kleiner als der größte der Vergleichswerte und zugleich größer oder gleich dem kleinsten der Vergleichswerte ist. Grundsätzlich ist jedoch auch der umgekehrte Fall denkbar, bei dem die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte negativ definiert sind. In jenem Fall erfolgt dann das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er größer als der kleinste der Vergleichswerte und zugleich kleiner oder gleich dem größten der Vergleichswerte ist. Ohne dass dies als Beschränkung aufzufassen wäre, wird im Folgenden stets der Fall betrachtet, dass die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv definiert sind.
Das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion kann sich insbesondere bereits auf die im Rahmen der verfahrensgemäß gemessenen Kapazitätsmesswerte beziehen, die somit zugleich eine erste Messung zur Berührungsdetektion darstellen. Zusätzlich oder alternativ kann sie sich auf eine weitere nachfolgende Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion, insbesondere auch auf eine solche Benutzung über einen längeren Zeitraum hinweg beziehen, der insbesondere bis zum nächsten nachfolgenden (Re-)Aktivieren des Berührungssensorsystems andauern kann.
Mithilfe des vorgenannten Verfahrens lässt sich nicht nur auf einfache Weise eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems vornehmen, sondern es kann auch bereits zum Kalibrierungszeitpunkt, insbesondere bei der Aktivierung des Berührungssensorsystems, eine zuverlässige Detektion einer Berührung bzw. Nichtberührung für jeden der Berührungssensoren, und somit beispielsweise einer korrekten Fingerposition an einem mehrere der Berührungssensoren aufweisenden Bedienungsfeld, unter Nutzung der Korrektur anhand des verfahrensgemäß bestimmten Kompensationswerts erreichen. Wenn also beispielsweise bereits beim Aufstart des Berührungssensorsystems einer oder mehrere der Berührungssensoren berührt werden (oder eben nicht), so kann dies jeweils schon unmittelbar beim Aufstart bereits auf Basis der Korrektur und der ersten Kapazitätsmessungen zuverlässig erkannt werden („True power on“), ohne dass erst noch weitere, d.h. zweite (oder dritte usw.) Berührungen bzw. Nichtberührungen der Berührungssensoren zum Zwecke der Kalibrierung gemessen werden müssten.
Darüber hinaus ist es im Hinblick auf andere Lösungsmöglichkeiten zur Erreichung des „True power on“ verfahrensgemäß auch nicht erforderlich, im deaktivierten Zustand des Berührungssensorsystems, insbesondere regelmäßige, (Re-)Kalibrierungen durchzuführen, um dabei entsprechend wiederholt einen Basislinienanpassung vorzunehmen. So können ein damit verbundener Kalibrierungsaufwand und insbesondere ein damit einhergehender Energieverbrauch vermieden werden. Zudem kann die verfahrensgemäße Kalibrierung, anders als die genannte alternative Lösungsmöglichkeit, somit auch dann die „True power on“-Bedingung erfüllen, wenn es im deaktivierten Zustand des Berührungssensorsystem zu einer Unterbrechung seiner Energieversorgung kam.
Das Verfahren beruht insbesondere auf dem Ansatz, dass externe Einflüsse, die sich auf alle Berührungssensoren des Berührungssensorsystems auswirken von individuellen Einflüssen, wie sie an den Berührungssensoren durch individuelle Berührungen oder Objektannäherungen auftreten können, differenziert werden und die Kalibrierung des Systems anhand eines für alle Berührungssensoren gleichen Kompensationswerts erfolgt, der auf Basis der für alle Berührungssensoren im Wesentlichen gleichen externen Einflüsse ermittelt wurde.
Nachfolgend werden nun bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Ermitteln des Kompensationswerts so, dass derjenige der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (BO) repräsentiert. Wie schon vorausgehend erläutert, erfolgt gemäß diesen Ausführungsformen speziell in dem Fall, dass die Kapazitätswerte und die Basislinienkapazitätswerte positiv definiert sind, das Ermitteln des Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte auf solche Weise, dass der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er gleich dem (vorzeichenbehaftet) kleinsten der Vergleichswerte ist.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass externe Einflüsse auf die kapazitive Messung sich je nach Art des Einflusses im Sinne einer Erhöhung oder aber einer Verringerung des gemessenen Kapazitätswerts auswirken können, während die Annäherung oder Berührung eines kapazitiven Berührungssensors durch einen menschlichen Finger sich stets nur in eine Richtung auswirkt. Speziell im Falle einer positiven Definition des Kapazitätswerts wirkt sich eine solche Annäherung oder Berührung stets positiv im Sinne einer Erhöhung des gemessenen Kapazitätswerts aus (bei entgegengesetzter, d.h. negativer Definition entsprechend andersherum).
Gemäß diesen Ausführungsformen wird somit der Kompensationswert so ermittelt, dass derjenige der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird, der am wahrscheinlichsten einem nichtberührten Zustand des entsprechenden Berührungssensors entspricht, da in diesem Fall der Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert des Berührungssensors am größten ist. Auf diese Weise lässt sich eine zu einer besonders zuverlässigen Berührungsdetektion führende Kalibrierung, insbesondere Basislinienanpassung, des Berührungssensorsystems erreichen.
Gemäß anderen Ausführungsformen erfolgt dagegen das Ermitteln des Kompensationswerts so, dass ein Durchschnittswert oder ein Medianwert der Verteilung der Vergleichswerte als Kompensationswert festgelegt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine relative Unterdrückung von Extremwerten der Verteilung auftritt, so dass entsprechend auf etwaigen Messfehlern oder nur individuell bei einem oder einer Untermenge der Berührungssensoren auftretenden besonderen externen Einflüsse beruhende Messergebnisse weniger wahrscheinlich die Bestimmung des Kompensationswerts und somit die Kalibrierung als Ganzes verfälschen können, so dass diese somit robuster wird.
Insbesondere kann gemäß verwandter Ausführungsformen das Ermitteln des Kompensationswerts aufweisen: (i) Festlegen eines Durchschnittswerts bzw. eines Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte als vorläufigen Wert für den Kompensationswert; (ii) Bestimmen derjenigen Berührungssensoren, deren gemessene Kapazitätswerte gemäß einer Korrektur der Messungen auf Basis des vorläufigen Werts für den Kompensationswert die Abwesenheit einer Berührung indizieren, als unberührte Berührungssensoren; (iii) Festlegen des Durchschnittswerts oder des Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte für die bestimmten unberührten Berührungssensoren als finalen Wert für den Kompensationswert. Dabei erfolgt das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte oder der Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren anhand des finalen Kompensationswerts. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit der Kalibrierung, insbesondere der Basislinienanpassung, anhand der mehrstufigen Bestimmung des Kompensationswerts erreicht werden, indem dabei abschließend vor allem diejenigen Vergleichswerte herangezogen werden, die zuvor als zu einem wahrscheinlich nicht berührten Zustand korrespondierend erkannt wurden und somit als Referenz zur Bestimmung der durch den Kompensationswert verkörperten Korrektur besonderes geeignet sind.
Des Weiteren können gemäß verwandter Ausführungsformen zum Bestimmen des Durchschnittswerts bzw. Medianwerts nur solche Vergleichswerte aus der Verteilung der Vergleichswerte herangezogen werden, die gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium keine Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte darstellen. Da Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte, insbesondere Extremwerte die auf einem extremen gemessenen Kapazitätswert beruhen, mit erhöhter Wahrscheinlichkeit durch eine fehlerhafte Messung oder durch sensorindividuelle externe Einflüsse bedingt sind, kann mittels einer solchen Filterung der Ermittlung des Kompensationswerts herangezogenen Vergleichsergebnisse eine weitere Zuverlässigkeit bei dessen Bestimmung und somit eine erhöhte Zuverlässigkeit des auf Basis des Kompensationswerts kalibrierten Berührungssensorsystems erreicht werden.
Bei noch weiteren verwandten Ausführungsformen kann das Berührungssensorsystem des Weiteren einen kapazitiven Referenzsensor aufweisen, der in dem Berührungssensorsystem so angeordnet ist, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem gar nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres mit derselben Hand wie einer der Berührungssensoren berührt werden kann. Zudem weist hier das Verfahren des Weiteren auf: (i) Messen eines elektrischen Kapazitätswerts des Referenzsensors; (ii) Bestimmen eines Vergleichswerts für den Referenzsensor, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert des Referenzsensors und einem für den Referenzsensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert. Dabei wird zum Bestimmen des Durchschnittswerts bzw. Medianwerts zusätzlich zu den Vergleichswerten aus der Verteilung der Vergleichswerte für die Berührungssensoren auch der Vergleichswert für den Referenzsensor herangezogen.
Der kapazitive Referenzsensor ist dabei in dem Berührungssensorsystem insbesondere dann so angeordnet, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem gar nicht berührt werden kann, wenn eine Berührung konstruktiv verhindert ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn (i) der Referenzsensor so angerordnet ist, dass keine der zur Kapazitätsmessung eingesetzten Elektroden an einer Oberfläche des Berührungssensorsystems oder unmittelbar darunter (d.h. so, dass eine Berührung der darüber liegenden Oberfläche noch zuverlässig detektiert werden könnte) liegt, oder wenn (ii) selbst wenn zumindest eine der Elektroden an oder unmittelbar unter der Oberfläche liegt, diese Elektrode oder der unmittelbar darüber liegende Oberflächenabschnitt nicht mit einem Finger erreicht werden kann. Der kapazitive Referenzsensor kann insbesondere dann nicht ohne Weiteres mit derselben Hand wie einer der Berührungssensoren berührt werden, wenn der Referenzsensor zwar grundsätzlich berührbar angeordnet ist und somit ebenfalls Berührungen detektieren kann, seine Anordnung relativ zu den Berührungssensoren des Berührungssensorsystems jedoch so gestaltet ist, dass aufgrund der Entfernung oder der Geometrie des Berührungssensorsystems eine gleichzeitige unabsichtliche Berührung des Referenzsensors und eines der Berührungssensoren mit derselben Hand eines Benutzers des Berührungssensorsystems, zumindest nahezu, ausgeschlossen ist.
Bei weiteren verwandten Ausführungsformen sind die Berührungssensoren in einem Bedienfeld zusammengefasst und der Referenzsensor sit von dem Bedienfeld beabstandet angeordnet und zur Detektion von Berührungen konfiguriert. Insbesondere kann der Abstand so groß gewählt sein, dass der Referenzsensor das nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres gleichzeitig mit dem Bedienfeld mit derselben Hand eines Benutzers bedient werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, als Referenzsensor einen bereits aus einem anderen Grund, nämlich der Berührungsdetektion, vorhandenen kapazitiven Sensor im Sinne einer Mehrfachverwendung („Multi-use“ bzw. „Dual-use“) zu nutzen, was die Effizienz des Berührungssensorsystems erhöht.
Insbesondere kann dabei gemäß verwandter Ausführungsformen der Referenzsensor ein kapazitiver Sensor eines zweiten Bedienfelds sein, das eine Mehrzahl von kapazitiven Sensoren aufweist und das Verfahren des Weiteren aufweisen: (i) Messen eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts der Sensoren des zweiten Bedienfelds; (ii) für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds, Bestimmen eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert des jeweiligen Sensors und einem für ihn vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; und (iii) Auswählen desjenigen der Sensoren des zweiten Bedienfelds als den Referenzsensor, der denjenigen Vergleichswert unter den Vergleichswerten für diese Sensoren aufweist, der den größten Kapazitätsüberschuss seines initialen Basislinienkapazitätswerts gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert repräsentiert. Das vorausgehend zur Messung der Kapazitätswerte, zur Bestimmung der Vergleichswerte der Berührungssensoren (hier des ersten Bedienfelds), und zum Kapazitätsüberschuss Gesagte, gilt hier sinngemäß. Auf diese Weise kann die erreichbare Zuverlässigkeit des Berührungssensorsystems noch weiter erhöht werden, da als Referenzsensor ein aufgrund seines mit hoher Wahrscheinlichkeit „unberührt“- Berührungszustands besonders gut als Referenzsensor geeigneter kapazitiver Sensor des zweiten Bedienfelds ausgewählt wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems zur Berührungsdetektion auf, dass jeder der Berührungssensoren zumindest mittels einer der folgenden Korrekturmaßnahmen oder einer Kombination daraus kalibriert wird: (i) Bestimmen eines dem jeweiligen Berührungssensor zugeordneten kompensierten Basislinienkapazitätswerts mittels, zumindest anteiligen, Kompensierens des diesem Berührungssensor zugeordneten initialen Basislinienkapazitätswerts anhand des Kompensationswerts; (ii) Bestimmen einer dem jeweiligen Berührungssensor individuell zugeordneten korrigierten Berührungsdetektionsschwelle mittels, zumindest anteiligen, Kompensierens einer zugehörigen vorab, insbesondere individuell oder für sämtliche der Berührungssensoren, festgelegten initialen Berührungsdetektionsschwelle anhand des Kompensationswerts. Dabei definiert die Berührungsdetektionsschwelle einen Kapazitätsschwel Iwert für die Detektion einer Berührung des Berührungssensors durch ein Objekt. Die Kompensation kann insbesondere mittels Addition des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienwert erfolgen. Während Variante (i) eine Basislinienanpassung im engeren Sinne darstellt, was es erlaubt, eine für alle Berührungssensoren gleiche Berührungsdetektionsschwelle zu verwenden, erlaubt es Variante (ii) die Basislinienwerte unverändert zu lassen, da stattdessen sensorindividuelle Berührungsdetektionsschwellen verwendet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren auf: (i) Bestimmen derjenigen Berührungssensoren, deren Kapazitätswerte gemäß der Kalibrierung die Anwesenheit einer Berührung indizieren, als berührte Berührungssensoren; und (ii) Ausgeben eines die berührten Berührungssensoren identifizierenden Ausgangssignals. Neben der eigentlichen Kalibrierung erfolgt hier somit auch bereits eine tatsächliche Berührungsmessung. Beides kann auf diese Weise insbesondere beruhend auf denselben Kapazitätsmessergebnissen erfolgen, so dass eine Mehrfachmessung für die Kalibrierung einerseits und für eine tatsächliche Berührungsmessung andererseits, nicht erforderlich ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren auf: Hochpass- Filtern der von den einzelnen Berührungssensoren beim Messen ihres jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts erzeugten Sensorsignale, um niederfrequente Signalanteile aus dem Signal herauszufiltern. Da niederfrequente Signale typischerweise nicht aus einer Berührung eines Berührungssensors durch ein Objekt resultieren, lassen sich so Signalanteile, die wahrscheinlich auf externe Einflüsse zurückgehen und das Messergebnis potentiell beeinträchtigen, insbesondere auch verfälschen, könnten, vorab herausfiltern, so dass sie im Rahmen der Kalibrierung des Berührungssensorsystems nicht weiter zum Tragen kommen. So lässt sich die Erreichbare Zuverlässigkeit des Systems weiter erhöhen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren aufweisenden Berührungssensorsystems. Die Vorrichtung ist konfiguriert, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Berührungssensorsystem, aufweisend eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren und eine Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt, wobei das Berührungssensorsystem konfiguriert ist, insbesondere bei seiner Aktivierung, mittels der Kalibriervorrichtung eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems gemäß dem Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Gemäß einiger Ausführungsformen kann das Berührungssensorsystem insbesondere als ein Eingabesystem für eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs konfiguriert sein. Speziell kann das Berührungssensorsystem dabei insbesondere als ein Eingabesystem für eine an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs angeordneten Benutzerschnittstelle konfiguriert sein. Diese fahrzeugbezogenen Ausführungsformen ermöglichen eine Verbesserung der Bedienungszuverlässigkeit bei der Verwendung des Berührungssensorsystems als Eingabeschnittstelle in einem Fahrzeug und können dabei zugleich zur Erreichung eines Sicherheitsgewinns führen, da langwierige, den Fahrer ablenkende Mehrfacheingaben aufgrund von fehlerhaften oder verzögerten Berührungserkennungen reduziert oder gar vermieden werden können.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, insbesondere durch einen Prozessor der Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert sein. Bevorzugt ist dies ein Datenträger in Form eines optischen Datenträgers oder eines Flashspeichermoduls. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogramm als solches unabhängig von einer Prozessorplattform gehandelt werden soll, auf der das ein bzw. die mehreren Programme auszuführen sind. In einer anderen Implementierung kann das Computerprogramm als eine Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere auf einem Server vorliegen, und über eine Datenverbindung, beispielsweise das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie etwa ein proprietäres oder lokales Netzwerk, herunterladbar sein. Zudem kann das Computerprogramm eine Mehrzahl von zusammenwirkenden einzelnen Programmodulen aufweisen.
Die Kalibriervorrichtung nach dem zweiten Aspekt bzw. das Berührungssensorsystem nach dem dritten Aspekt können daher insbesondere entsprechend einen Programmspeicher aufweisen, in dem das Computerprogramm abgelegt ist. Alternativ können die Kalibriervorrichtung bzw. das Berührungssensorsystem auch eingerichtet sein, über eine Kommunikationsverbindung auf ein extern, beispielsweise auf einem oder mehreren Servern oder anderen Datenverarbeitungseinheiten verfügbares Computerprogramm zuzugreifen, insbesondere um mit diesem Daten auszutauschen, die während des Ablaufs des Verfahrens bzw. Computerprogramms Verwendung finden oder Ausgaben des Computerprogramms darstellen. Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch ein beispielhaftes Berührungssensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform, einschließlich einer Mehrzahl von Berührungssensoren und einer Kalibriervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie die beispielhafte Anordnung dieses Berührungssensorsystem an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs als Benutzerschnittstelle für Berührungseingaben;
Fig. 2 schematisch ein beispielhaftes Berührungssensorsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der das Berührungssensorsystem ein zwei verschiedene Bedienfelder aufweist und als Benutzerschnittstelle an einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs konfiguriert ist; Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer speziellen Auswahl eines Vergleichswerts als Kompensationswert beruht;
Fig. 4 ein Diagramm gemäß einem ersten Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus Fig. 3; und
Fig. 5 ein Diagramm gemäß einem zweiten Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus Fig. 3;
Fig. 6A-C ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die auf einer Mittelwertbildung von Vergleichswerten zur Bestimmung des Kompensationswerts beruht; und
Fig. 7 ein Diagramm gemäß einem Beispiel zur Illustration einer Basislinienkorrektur gemäß dem Verfahren aus Fig. 6A-C
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
Ein beispielhaftes Berührungssensorsystem 100 gemäß Fig. 1 weist eine Mehrzahl (im vorliegenden Beispiel vier) kapazitiver Berührungssensoren 110a bis 110d auf, die insbesondere in einem (ersten) Bedienfeld 105 des Berührungssensorsystems 100 angeordnet sein können. Des Weiteren weist das Berührungssensorsystem 100 einen kapazitiven Referenzsensor 115 auf, der bevorzugt so angeordnet ist, dass er nicht durch einen Benutzer des Berührungssensorsystems 100 unmittelbar berührt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Referenzsensor 115 in guter Näherung als nicht durch von einem Benutzer, insbesondere dessen Fland, ausgehende externe Einflüsse auf seine Messkapazität beeinflusst angesehen werden kann. Des Weiteren weist das Berührungssensorsystem 100 eine Kalibriervorrichtung 120 auf, welche über eine Prozessoreinheit 125 und einen daran gekoppelten Programm- und Datenspeicher 130 verfügt. Die Prozessoreinheit 125 kann insbesondere einen oder mehrere Mikroprozessoren aufweisen und kann insbesondere als Mikrocontroller ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere als computerimplementiertes Verfahren ausgebildet sein und ein entsprechendes zu seiner Ausführung auf der Prozessoreinheit 125 konfiguriertes Programm kann dazu im Speicher 130 abgelegt sein. Das Berührungssensorsystem 100 gemäß Fig. 1 kann insbesondere als Benutzerschnittstelle in einem Fahrzeug beispielsweise zur Anordnung an einer Lenkvorrichtung 135, insbesondere an einem Lenkrad, konfiguriert sein. Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in Fig. 2 dargestellt.
In Erweiterung des Berührungssensorsystems 100 gemäß Fig. 1 ist hier neben einem ersten Bedienfeld 105 ein weiteres Bedienfeld 140 vorgesehen, wobei die beiden Bedienfelder jeweils über eine Mehrzahl, im vorliegenden Beispiel jeweils vier, kapazitive Sensoren verfügen, die je Bedienfeld beispielhaft in einer matrixartigen Anordnung vorliegen. Im Folgenden werden speziell die Berührungssensoren des ersten Bedienfelds 105 als „Berührungssensoren“ bezeichnet, während zum Zwecke der besseren Erläuterung in Abgrenzung hierzu die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds 140, bei denen es sich technisch jedoch ebenfalls um Berührungssensoren handelt, nicht als solche bezeichnet werden. Die kapazitiven Sensoren zumindest des ersten Bedienfelds 105 sind durch die Kalibriervorrichtung 120 kalibrierbar, insbesondere gemäß einem der nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 beschriebenen Verfahren. Vorzugsweise gilt dies gleichermaßen für die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds. Zusätzlich oder anstelle eines dedizierten Referenzsensors wird bei dem Berührungssensorsystem gemäß Fig. 2 ein ausgewählter Berührungssensor des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor 115 für die Kalibrierung der Berührungssensoren 100a bis 100d des ersten Bedienfelds 105 eingesetzt. Spiegelbildlich kann dies entsprechend auch andersherum möglich sein.
Anhand des Flussdiagramms aus Fig. 3 sowie den Beispielen aus den Figuren 4 und 5 wird nun eine erste bevorzugte Ausführungsform 200 eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter beispielhafter Bezugnahme auf das Berührungssensorsystem 100 aus Fig. 1 erläutert, das auf einer speziellen Auswahl eines Vergleichswerts als Kompensationswert beruht. Das Verfahren 200 wird vorzugsweise beim Aktivieren des Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aufstart, durchgeführt und beginnt entsprechend mit einem Aktivieren des Berührungssensorsystems 100 in einem Schritt 205. Es kann stattdessen aber auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden insbesondere jedes Mal, wenn eine Messung erfolgen soll, oder in regelmäßigen Zeitabständen. Dementsprechend soll als „Aktivieren“ des Berührungssensorsystems insbesondere jedwede Auslösung eines Arbeits- oder Kalibrierbetriebsmodus des Berührungssensorsystems verstanden werden. Sodann werden in einem Schritt 210 die jeweiligen individuellen Kapazitätswerte C der Berührungssensoren 110a bis 110d des Berührungssensorsystems 100 gemessen. Um mutmaßlich von externen Einflüssen herrührende niederfrequente Signalanteile in den von den Berührungssensoren 110a bis 110d jeweils gelieferten Messsignalen zu unterdrücken, findet dabei vorzugsweise eine Hochpassfilterung der Sensorsignale statt.
Auf Basis der im Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerte C und der für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d vorab festgelegten, typischerweise bereits werkseitig bei der Charakterisierung des Berührungssensorsystems vor seiner Auslieferung unter Normbedingungen ermittelten, individuellen Basislinienkapazitätswerte BO wird nun im Schritt 215 für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d ein individueller Vergleichswert V bestimmt. Dies kann insbesondere so erfolgen, dass als Vergleichswert V die Differenz zwischen dem gemessenen Kapazitätswert C und dem initialen Basislinienkapazitätswert BO des jeweiligen Berührungssensors gewählt wird, d.h. V = C - BO.
Die Figuren 4(a) und 5(a) zeigen zwei verschiedene Beispiele für die Bestimmung dieser jeweiligen Vergleichswerte V für die Berührungssensoren 110a bis 100d aus einem Satz von zugehörigen initialen Basislinienkapazitätswerten BO und von im Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerten C mittels einer solchen Differenzbildung. Im Falle der Figur 4(a) ergibt sich ein negativer Kompensationswert.
In einem weiteren Schritt 220 wird sodann aus der Menge der im Schritt 215 bestimmten Vergleichswerte V der (vorzeichenbehaftet) kleinste Vergleichswert Vmin ermittelt und im Schritt 225, der mit dem Schritt 220 zusammenfallen kann, als Kompensationswert C festgelegt. Eine Motivation für diese Wahl besteht darin, dass externe Einflüsse sich je nach ihrer Art positiv oder negativ auf einen gemessenen Kapazitätswert C eines Berührungssensors auswirken können und diesen somit steigern oder senken können, während der Einfluss einer Berührung des Berührungssensors, insbesondere durch einen menschlichen Finger, in der Regel nur kapazitätserhöhend wirken kann.
Wählt man nun, wie hier vorgeschlagen, den kleinsten der Vergleichswerte aus, d.h. Vmin, so korrespondiert dies zur Auswahl desjenigen unter den in Schritt 210 gemessenen Kapazitätswerten K, der am wenigsten wahrscheinlich beziehungsweise vermutlich am geringsten von externen Einflüssen betroffen ist. Da der Kompensationswert ein Maß für die näherungsweise als für alle Berührungssensoren gleich groß angenommenen externen Einflüsse bei Abwesenheit einer Berührung darstellen soll, stellt diese Auswahl eine in der Regel gute Abschätzung für den Wert eines zu diesem Zweck einsetzbaren Kompensationswerts dar. In den Figuren 4(a) und 5(a) stellt jeweils der Vergleichswert V zum Berührungssensor 110b diesen kleinsten Vergleichswert Vmin dar, der als Kompensationswert gewählt wird.
Nunmehr können im Schritt 230 die jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswerte BO aller Berührungssensoren 110a bis 110d des Berührungssensorsystems 100 auf Basis des ermittelten Kompensationswerts Vmin korrigiert werden. Dies kann insbesondere so erfolgen, dass zu diesem Zweck eine vorzeichenbehaftete Addition des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswert B0 erfolgt, um korrigierte Basislinienkapazitätswerte Bk zu erhalten. Dies ist in den Figuren 4(b) und 5(b) illustriert, wo unter Beibehaltung der gemessenen Kapazitätswerte C korrigierte Basislinienkapazitätswerte Bk anhand der ermittelten Kompensationswerts Vmin mittels Addition desselben zu den entsprechende initialen Basislinienkapazitätswerten B0 ermittelt wurden, d.h. Bk = B0 + Vmin.
In einem weiteren Schritt 235 kann nun der jeweilige Berührungszustand der Berührungssensoren 110a bis 110d auf Basis des jeweiligen gemessenen Kapazitätswerts C und des jeweiligen korrigierten Basislinienkapazitätswerts Bk bestimmt werden. Dazu wird die Differenz zwischen beiden gebildet, um einen jeweiligen individuellen korrigierten Vergleichswert Vk für jeden der Berührungssensoren 110a bis 110d zu bestimmen, d.h. Vk = C - Bk. Durch Vergleich des korrigierten Vergleichswerts Vk mit einer im vorliegenden Beispiel global für alle Berührungssensoren gleich definierten Detektionsschwelle T kann nun der jeweilige Berührungszustand jedes der Berührungssensoren bestimmt werden, wobei eine Berührung als solche detektiert wird, wenn für den betreffenden Berührungssensor der zugehörige korrigierte Vergleichswert Vk die Berührungsdetektionsschwelle T erreicht oder überschreitet. Andernfalls wird eine Nichtberührung detektiert. Im abschließenden Schritt 240 kann schließlich ein Ausgangssignal ausgegeben werden, das die jeweiligen ermittelten Berührungszustände der Berührungssensoren 110a bis 110d repräsentiert. Dieses Ausgangssignal kann insbesondere als Steuerungssignal zur Ansteuerung einer oder mehrerer zu den verschiedenen Berührungssensoren korrespondierenden Funktionalitäten genutzt werden, wie beispielsweise zur Lautstärkeregelung für ein Entertainment-System oder zur Konfiguration einer automatischen Fahrzeugsteuerung, insbesondere einer ACC (Automatic Cruise control). Im Vergleich der beiden Figuren 4(a) und 4(b) lässt sich der Einfluss der vorgenommenen Kalibrierung des Kompensationswerts Vmin erkennen. Während vor der Kalibrierung für die Sensoren 110a bis 110c jeweils eine Nichtberührung und nur für den Berührungssensor 100d eine Berührung detektiert würde, wird nach der Kalibrierung sowohl für den Berührungssensor 110a als auch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert, für alle anderen Berührungssensoren 100b und 100c jedoch eine Nichtberührung.
Im weiteren Beispiel gemäß den Figuren 5 (a) und 5 (b) werden vor der Kalibrierung für die beiden Berührungssensoren 110c und 110d jeweils Berührungen detektiert, während nach der Kalibrierung nur noch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert wird, für alle anderen Berührungssensoren 100a bis 100c jedoch eine Nichtberührung.
Anhand des Flussdiagramms aus den mittels der Konnektoren A, B und C miteinander verknüpften Figuren 6A bis 6C sowie dem Beispiel aus den Fig. 7 wird nun eine zweite bevorzugte Ausführungsform 300 eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter beispielhafter Bezugnahme auf das Berührungssensorsystem 100 aus Fig. 1 erläutert, das auf einer Mittelwertbildung (oder alternativ Medianbildung) über die Vergleichswerte zur Bestimmung des Kompensationswerts beruht. Auch das Verfahren 300 wird vorzugsweise beim Aktivieren des Berührungssensorsystems, insbesondere bei dessen Aufstart, durchgeführt und beginnt entsprechend, wie in Fig. 6A dargestellt, mit einem Aktivieren des Berührungssensorsystems 100 in einem Schritt 305. Wie das Verfahren 200 kann es stattdessen aber auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen oder jedes Mal, wenn eine Messung erfolgen soll.
Es folgt ein Messschritt 310 zum Messen der individuellen Kapazitätswerte C der Berührungssensoren 100a bis 10Od, der dem Schritt 210 des Verfahrens 200 entspricht. Optional kann zusätzlich, wie in den Figuren 6A-C und Fig. 7 beispielhaft illustriert, die Verwendung eines Referenzsensors 115 vorgesehen sein. Dies wird nachfolgend insbesondere im Hinblick auf ein Berührungssensorsystem mit zwei verschiedenen Bedienfeldern erläutert, wie es insbesondere Fig. 2 zeigt.
In diesem Fall kann anstelle eines vorbestimmten kapazitiven Referenzsensors eine dynamische Auswahl eines kapazitiven Sensors des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor erfolgen, insbesondere wie dies in Fig. 6B illustriert ist. Dort werden in einem Schritt 311 für die kapazitiven Sensoren des zweiten Bedienfelds analog zu Schritt 310 für das erste Bedienfeld jeweils individuelle Kapazitätswerte gemessen, wobei auch wieder eine Hochpassfilterung der entsprechenden optional zur Anwendung kommen kann. Sodann wird im Schritt 312 in Analogie zum Schritt 215 des Verfahrens 200 für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds ein individueller Vergleichswert als Differenz zwischen dem jeweiligen zugehörigen gemessenen Kapazitätswert und einem vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert des jeweiligen Sensors bestimmt. Zur Festlegung eines Referenzsensors, wird sodann im Schritt 313 derjenige der Sensoren des zweiten Bedienfelds als Referenzsensor für das Berührungssensorsystem 100 ausgewählt, der den kleinsten Vergleichswert unter den Sensoren des zweiten Bedienfelds aufweist. Die Motivation für die Auswahl des Sensors mit dem kleinsten Vergleichswert als Referenzsensor entspricht dabei der bereits vorausgehend zum Verfahren 200 erläuterten Begründung bezüglich der Auswahl des minimalen Vergleichsergebnisses Vmin als Kompensationswert.
Nun wieder bezugnehmend auf Fig. 6A, wird in einem weiteren Schritt 315, wiederum in Analogie zum Schritt 215 des Verfahrens 200, für jeden der Berührungssensoren 100a bis 100d des ersten Bedienfelds 105 jeweils ein individueller Vergleichswert V als Differenz zwischen den jeweiligen zugehörigen gemessenen Kapazitätswert C und einem vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert B0 des jeweiligen Berührungssensors 100a bis 100d bestimmt. Aus der so erhaltenen Verteilung von Vergleichswerten V der Berührungssensoren sowie optional auch dem Vergleichswert des Referenzsensors können im Schritt 320 Extremwerte gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium herausgefiltert werden, um die nachfolgende Bestimmung des Kompensationswerts gegen potenziell verfälschte Vergleichswerte, wie sie beispielsweise durch besondere individuelle Temperaturschwankungen auf einzelne der Berührungssensoren ausgelöst worden sein könnten (etwa durch selektive Sonneneinstrahlung), zu schützen.
Sodann beginnt die eigentliche Bestimmung des Kompensationswerts, die hier im vorliegenden beispielhaften Verfahren 300 mehrstufig erfolgt. Dazu wird zunächst im Schritt 325 ein vorläufiger Wert für den Kompensationswert dadurch ermittelt, indem dieser gleich dem Durchschnittswert der ermittelten gefütterten Vergleichswerte der Berührungssensoren und gegebenenfalls des Referenzsensors gesetzt wird. Auf Basis dieses Kompensationswerts erfolgt in Schritt 330 ein vorläufiges Korrigieren der jeweiligen Basislinienkapazitätswerte B0 aller Berührungssensoren 100a bis 100d des Berührungssensorsystems 100. Dies kann insbesondere anhand einer vorzeichenbehafteten Addition des vorläufigen Werts des Kompensationswerts zum jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswert BO erfolgen.
Nun kann im Schritt 335 der jeweilige vorläufige Berührungszustand der Berührungssensoren 100a bis 100d jeweils auf Basis des jeweiligen gemessenen Kapazitätswerts C und des jeweiligen vorläufig korrigierten Basislinienkapazitätswerts bestimmt werden. Der weitere Verfahrensverlauf ist in Fig. 6C illustriert. Es folgt ein Schritt 340, bei dem auf Basis der vorläufig ermittelten Berührungszustände diejenigen Berührungssensoren bestimmt werden, die gemäß einem Vergleich der Berührungsdetektionsschwelle T mit dem jeweiligen Vergleichswert des Berührungssensors, als „unberührt“ detektiert werden. Diese unberührten Berührungssensoren sind also diejenigen Berührungssensoren, deren Vergleichswert geringer ist als die Berührungsdetektionsschwelle T.
Nun kann in einem Schritt 345 ein finaler Wert für den Kompensationswert als Durchschnittswert M (alternativ Medianwert, s.o.) (nur) der ermittelten gefilterten Vergleichswerte V für die unberührten Berührungssensoren und den Referenzsensor 115 bestimmt werden. Auf Basis dieses finalen Werts für den Kompensationswert kann sodann im Schritt 350 ein finales Korrigieren der jeweiligen initialen Basislinienkapazitätswerte B0 aller Berührungssensoren 100a bis 100d des Berührungssensorsystems 100 erfolgen. Der entsprechend final korrigierte Basislinienkapazitätswert Bk des jeweiligen Berührungssensors kann insbesondere anhand einer vorzeichenbehafteten Addition des finalen Kompensationswerts M zum initialen Basislinienkapazitätswert B0 des betreffenden Berührungssensors bestimmt werden.
Nun kann im Schritt 355 auf Basis des jeweiligen gemäßen Kapazitätswerts C und des jeweiligen final korrigierten Basislinienkapazitätswerts Bk in Analogie zu Schritt 235 des Verfahrens 200 der jeweilige Berührungszustand eines jeden der Berührungssensoren 100a bis 100d bestimmt werden, indem mittels Differenzbildung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert C und dem final korrigierten Basislinienkapazitätswert Bk ein korrigierter Vergleichswert Vk berechnet (Vk = C - Bk) und dieser mit der Berührungsdetektionsschwelle T verglichen wird.
Im Vergleich der beiden Figuren 4(b) und 7(b), die beide ausgehend von derselben initialen Werteverteilung für die initialen Basislinienwerte B0 und die gemessenen Kapazitätswerte C (vgl. Fig. 4(a) und Fig. 7(a)) bestimmt wurden, lässt sich der unterschiedliche Einfluss der gemäß den beiden erläuterten beispielhaften Ausführungsformen des Verfahrens verschiedenen Festlegungen des Kompensationswerts erkennen. Während vor der Korrektur für die Sensoren 110a bis 110c jeweils eine Nichtberührung und nur für den Berührungssensor 100d eine Berührung detektiert würde, wird im Fall der Fig. 4(b) nach der Korrektur sowohl für den Berührungssensor 110a als auch für den Berührungssensor 110d eine Berührung detektiert, für alle anderen Berührungssensoren 100b und 100c jedoch eine Nichtberührung. Im Fall der der Fig. 7(b) dagegen wird nach der Korrektur für sämtliche Berührungssensoren 100b und 100c eine Nichtberührung detektiert. Schließlich kann im Schritt 360 noch in Analogie zum Schritt 240 ein Ausgangssignal ausgegeben werden, dass die jeweiligen final ermittelten Berührungszustände eines oder mehrerer, insbesondere sämtlicher der Berührungssensoren repräsentiert.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Berührungssensorsystem
105 Bedienfeld, insbesondere erstes Bedienfeld 110a - d Berührungssensoren
115 kapazitiver Referenzsensor 120 Kalibriervorrichtung 125 Prozessoreinheit 130 Programm- und Datenspeicher 135 Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere Lenkrad
140 zweites Bedienfeld
200 erste Ausführungsform eines Kalibrierverfahrens
205 - 240 Verfahrensschritte des Verfahrens 200
300 zweite Ausführungsform eines Kalibrierverfahrens
305 - 360 Verfahrensschritte des Verfahrens 300
B0 initialer Basislinienkapazitätswert Bk (final) korrigierter Basislinienkapazitätswert C (gemessener) Kapazitätswert V Vergleichswert Vk korrigierter Vergleichswert Vmin kleinster Vergleichswert, zugleich Kompensationswert T Berührungsdetektionsschwelle M Mittelwert der Vergleichswerte

Claims

ANSPRÜCHE
Verfahren (200; 300) zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (100a,...,100d) aufweisenden Berührungssensorsystems, wobei das Verfahren aufweist:
Messen (210; 310) eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) der Berührungssensoren (100a,...,100d); für jeden der Berührungssensoren (100a,...,100d), Bestimmen (215; 315) eines jeweiligen Vergleichswerts (V), der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem betreffenden gemessenen Kapazitätswert (C) und einem für diesen Berührungssensor vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (B0) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert;
Ermitteln (225; 325, ...,345) eines Kompensationswerts auf Basis der Vergleichswerte, wobei der Kompensationswert so bestimmt wird, dass er zwischen dem größten und dem kleinsten der Vergleichswerte (V) liegt oder gleich demjenigen der Vergleichswerte (V) ist, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert; und Berücksichtigen (235; 355) des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion mittels Korrektur der dabei gemessenen Kapazitätswerte (C) oder der initialen Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren (100a,...,100d) anhand des Kompensationswerts.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 , wobei das Ermitteln (225) des Kompensationswerts so erfolgt, dass derjenige der Vergleichswerte (V) als Kompensationswert (Vmin) festgelegt wird, der den größten Kapazitätsüberschuss des initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) oder andernfalls den kleinsten Kapazitätsüberschuss des zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) gegenüber dem initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) repräsentiert.
Verfahren (300) nach Anspruch 1 , wobei das Ermitteln (325,...,345) des Kompensationswerts so erfolgt, dass ein Durchschnittswert (M) oder ein Medianwert der Verteilung der Vergleichswerte (V) als Kompensationswert festgelegt wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln (325,..., 345) des Kompensationswerts aufweist:
Festlegen (325) eines Durchschnittswerts (M) bzw. eines Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte (V) als vorläufigen Wert für den Kompensationswert;
Bestimmen (340) derjenigen Berührungssensoren (100a,...,100d), deren gemessene Kapazitätswerte (C) gemäß einer Korrektur (330) der Messungen auf Basis des vorläufigen Werts für den Kompensationswert die Abwesenheit einer Berührung indizieren, als unberührte Berührungssensoren;
Festlegen (345) des Durchschnittswerts oder des Medianwerts der Verteilung der Vergleichswerte (V) für die bestimmten unberührten Berührungssensoren (100a,...,100d) als finalen Wert für den Kompensationswert; wobei das Berücksichtigen (355) des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion mittels Korrektur (350) der dabei gemessenen Kapazitätswerte (C) oder der Basislinienkapazitätswerte der Berührungssensoren (100a,...,100d) anhand des finalen Kompensationswerts erfolgt.
Verfahren (300) nach Anspruch 3 oder 4, wobei zum Bestimmen des Durchschnittswerts (M) bzw. Medianwerts nur solche Vergleichswerte (V) aus der Verteilung der Vergleichswerte (V) herangezogen werden (320), die gemäß einem vorbestimmten Filterkriterium keine Extremwerte innerhalb der Verteilung der Vergleichswerte (V) darstellen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das
Berührungssensorsystem (100) des Weiteren einen kapazitiven Referenzsensor (115) aufweist, der in dem Berührungssensorsystem (100) so angeordnet ist, dass er von einem Benutzer des Berührungssensorsystem (100) gar nicht oder zumindest nicht ohne Weiteres mit derselben Fland wie einer der
Berührungssensoren (110a,...,100d) berührt werden kann, und wobei das Verfahren des Weiteren aufweist:
Messen (311) eines elektrischen Kapazitätswerts (C) des Referenzsensors (115); Bestimmen eines Vergleichswerts (V) für den Referenzsensor (115), der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert (C) des Referenzsensors (115) und einem für den Referenzsensor (115) vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (BO) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert; wobei zum Bestimmen des Durchschnittswerts (M) bzw. Medianwerts zusätzlich zu den Vergleichswerten aus der Verteilung der Vergleichswerte (V) für die Berührungssensoren (110a,...,100d) auch der Vergleichswert (V) für den Referenzsensor (115) herangezogen wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 6, wobei die Berührungssensoren (100a,...,100d) in einem Bedienfeld (105) zusammengefasst sind und der Referenzsensor (115) von dem Bedienfeld (105) beabstandet angeordnet und zur Detektion von Berührungen konfiguriert ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 7, wobei der Referenzsensor (115) ein kapazitiver Sensor eines zweiten Bedienfelds (140) ist, das eine Mehrzahl von kapazitiven Sensoren aufweist und das Verfahren des Weiteren aufweist: Messen (311) eines jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) der Sensoren des zweiten Bedienfelds; für jeden der Sensoren des zweiten Bedienfelds, Bestimmen (312) eines jeweiligen Vergleichswerts, der die Größe einer etwaigen Abweichung zwischen dem gemessenen Kapazitätswert (C) des jeweiligen Sensors und einem für ihn vorab bestimmten initialen Basislinienkapazitätswert (B0) repräsentiert und der positiv mit Größe der Abweichung korreliert;
Auswählen (313) desjenigen der Sensoren des zweiten Bedienfelds (140) als den Referenzsensor, der denjenigen Vergleichswert (Vmin) unter den Vergleichswerten für diese Sensoren aufweist, der den größten Kapazitätsüberschuss seines initialen Basislinienkapazitätswerts (B0) gegenüber dem zugehörigen gemessenen Kapazitätswert (C) repräsentiert.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das Berücksichtigen des ermittelten Kompensationswerts bei der Benutzung des Berührungssensorsystems (100) zur Berührungsdetektion aufweist: jeder der Berührungssensoren (110a,...,100d) wird zumindest mittels einer der folgenden Korrekturmaßnahmen oder einer Kombination daraus kalibriert: Bestimmen eines dem jeweiligen Berührungssensor (100a,...,100d) zugeordneten kompensierten Basislinienkapazitätswerts (Bk) mittels Kompensierens des diesem Berührungssensor zugeordneten initialen Basislinienkapazitätswerts (BO) anhand des Kompensationswerts;
Bestimmen einer dem jeweiligen Berührungssensor (100a,...,100d) individuell zugeordneten korrigierten Berührungsdetektionsschwelle mittels Kompensierens einer zugehörigen vorab festgelegten initialen Berührungsdetektionsschwelle anhand des Kompensationswerts, wobei die Berührungsdetektionsschwelle einen Kapazitätsschwellwert für die Detektion einer Berührung des Berührungssensors durch ein Objekt definiert.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend:
Bestimmen (235; 355) derjenigen Berührungssensoren, deren Kapazitätswerte (C) gemäß der Kalibrierung die Anwesenheit einer Berührung indizieren, als berührte Berührungssensoren; und
Ausgeben (240; 360) eines die berührten Berührungssensoren identifizierenden Ausgangssignals.
Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend:
Hochpass-Filtern der von den einzelnen Berührungssensoren (110a,...,100d) beim Messen ihres jeweiligen individuellen elektrischen Kapazitätswerts (C) erzeugten Sensorsignale, um niederfrequente Signalanteile aus dem Signal herauszufiltern;
Kalibriervorrichtung (120) zum Kalibrieren eines eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (110a,...,100d) aufweisenden Berührungssensorsystems (100), wobei die Kalibriervorrichtung (120) konfiguriert ist, das Verfahren (200; 300) nach einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.
Berührungssensorsystem, aufweisend eine Mehrzahl von kapazitiven Berührungssensoren (110a,...,100d) und eine Kalibriervorrichtung (120) nach Anspruch 11 , wobei das Berührungssensorsystem (100) konfiguriert ist, bei seiner Aktivierung mittels der Kalibriervorrichtung (120) eine Kalibrierung des Berührungssensorsystems (100) gemäß dem Verfahren (200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
14. Berührungssensorsystem (100) nach Anspruch 13, wobei das
Berührungssensorsystem (100) als ein Eingabesystem für eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs konfiguriert ist.
15. Berührungssensorsystem (100) nach Anspruch 14, wobei das
Berührungssensorsystem (100) als ein Eingabesystem für eine an einer Lenkvorrichtung (135) eines Fahrzeugs angeordneten Benutzerschnittstelle konfiguriert ist.
16. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des
Computerprogramms durch einen Computer, insbesondere durch einen Prozessor der Kalibriervorrichtung (120) nach Anspruch 12, diesen veranlassen, das Verfahren (200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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