专利名称：用于检测手持式装置被手紧握的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于电动手持式装置的装置，所述装置用于检测手持式装置被手紧握，以使得在手紧握手持式装置期间，手持式装置例如可从休眠模式转移到活动模式。此夕卜，本发明涉及一种包括根据本发明的检测装置的电动手持式装置，以及一种用于检测手对电动手持式装置的紧握的方法。
背景技术：
在现有技术中，电动装置的技术且明确地说，电动手持式装置的技术需要改进的能量效率。明确地说，在便携式手持式装置的情况下，如例如遥控器或手机(其提供电池或蓄电池用于能量供应)，此要求以增强方式存在，这是因为电池或蓄电池快速耗尽。增加的能量效率将降低电流消耗，此情形导致电池或蓄电池的较高耐久性。另外，改进的能量效率将带来有利的生态效应，这是由于较少电池或蓄电池分别不得不被引入为废物处理。从现有技术已知当不使用时将电动手持式装置转移到所谓的休眠模式。在休眠模式中，去活手持式装置的仅在手持式装置的操作阶段期间才需要的所有功能。在进行此操作中，可大大减少电动手持式装置的功率消耗。在手持式装置的使用期间，手持式装置转移到活动模式中，在活动模式中，装置的完整功能性或可操作性可用。一方面为了将手持式装置转移到休眠模式中且另一方面为了将手持式装置从休眠模式转移到活动模式中，已知在手持式装置处提供开关和按钮，可借助于所述开关和按钮手动地激活相应模式。此情形具有缺点在于:也当未使用时(如例如在计算机鼠标中)，手持式装置常常处于活动模式中，这是由于活动模式的手动激活或去活看来似乎相对不便利或仅仅忘记了。因此，未达到最大程度的能量效率的所要改进。
发明内容
本发明的目标因此，本发明的目标是提供解决方案，可借助于所述解决方案可靠地改进电动手持式装置的能量效率且同时可改进所述电动手持式装置的操作舒适性。根据本发明的解决方案根据本发明，通过用于电动手持式装置的检测装置、包括根据本发明的检测装置的手持式装置以及通过根据独立技术方案的用于检测手对手持式装置的紧握的方法来达到此目标。在相应附属技术方案中给出本发明的有利实施例。根据本发明，提供用于电动手持式装置的装置，所述装置用于检测手对所述手持式装置的紧握，所述装置包括-至少一个发射电极，可从所述至少一个发射电极发射交变电场，以及-至少一个接收电极,所述交变电场可至少部分地稱合到所述至少一个接收电极中，其中所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极可布置于所述手持式装置处，以使得当所述手正抓握所述手持式装置时，所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极各自至少部分地被所述手覆盖，其中当所述手正抓握所述手持式装置时，从所述发射电极发射的所述交变电场的第一部分可经由所述手耦合到所述接收电极中，且其中所述交变电场的所述第一部分为所述手对所述手持式装置的紧握的代表性特性。实质上有利的是，根据本发明的装置自身仅需要非常少的能量来可靠地检测手对所述手持式装置的紧握。另外，分别显著地简化了所述手持式装置的操作和使用，这是因为不再需要按钮的激活，以便一方面将所述手持式装置从休眠模式转移到操作模式或活动模式中，且另一方面将所述手持式装置从操作模式或活动模式转移到休眠模式中。在进行此操作中，已证明了以下情形为尤其有利的:可省略根据现有技术的经提供用于切换操作模式的开关，此情形为所述手持式装置的设计带来额外的创新自由度。所述装置进一步可具有至少一个导电结构，所述至少一个导电结构可与所述电动手持式装置的接地电位耦合，其中所述导电结构相对于所述发射电极且相对于所述接收电极布置，以使得在所述手持式装置的非紧握期间，实质上防止了从所述发射电极发射的所述交变电场到所述接收电极中的耦合。此外，所述装置可具有至少一个导电结构，所述至少一个导电结构可与所述电动手持式装置的所述接地电位耦合，其中所述导电结构可相对于所述发射电极且相对于所述接收电极布置，以使得-所述交变电场的第二部分可耦合到所述导电结构中，且-绝对值小于所述第二部分的所述交变电场的第三部分可耦合到所述接收电极中，为了在所述手持式装置的非紧握期间，实质上防止从所述发射电极发射的所述交变电场到所述接收电极中的耦合，其中在所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场的所述第一部分的绝对值。在进行此操作中，可非常精确地区别耦合到所述接收电极中的所述交变电场是由于手对所述手持式装置的紧握造成(即，经由所述手耦合到所述接收电极中)，还是由于导电架空间造成(例如，所述手持式装置已存放到所述导电架空间上)。此方式可分别有效率地避免错误解译和误操作，这是因为耦合到所述接收电极中的所述交变电场在存放状态下比在抓握状态下小得多。所述交变电场的所述第一部分可在所述接收电极中产生第一电流且所述交变电场的所述第三部分可在所述接收电极中产生第二电流，其中另外，所述交变电场的所述第三部分集成到所述代表性特性中，而所述代表性特性是由由所述第一电流和所述第二电流产生的总电流形成。高于预定阈值的总电流可指示对所述手持式装置的紧握。可依据所述装置来调整此阈值。另外，绝对值大于预定阈值的所述总电流可指示对所述手持式装置的紧握。所述手持式装置可包括外壳，其中所述发射电极和所述接收电极可布置于所述外壳的表面上或接近所述表面下方。所述发射电极可布置于所述手持式装置的外壳的第一侧壁处，且所述接收电极可布置于所述手持式装置的所述外壳的第二侧壁处。所述第一侧壁可与所述第二侧壁相对布置。在进行此操作中，以特别简单的方式确保:在手对所述手持式装置的紧握期间，所述手至少部分地覆盖所述发射电极和所述接收电极，且在所述手持式装置的所述存放状态下，大多数情况下防止了所述交变电场经由所述架空间到所述接收电极中的耦合。已证实以下情形特别有利:选择所述发射电极和所述接收电极的表面积，以使得其实质上对应于在所述外壳处的所述手的接触表面。所述接收电极可与电容性传感器耦合，所述电容性传感器包括信号产生器，其中所述电容性传感器的输出信号取决于在所述接收电极处的所述传感器的电容性负载，其中所述发射电极经由移相器与所述信号产生器耦合以对所述发射电极加载相对于所述信号产生器的信号移相的信号。所述接收电极和所述发射电极各自可与所述手持式装置电绝缘地布置于所述手持式装置处。在进行此操作中，包括金属外壳的电动手持式装置也可具备根据本发明的所述装置，其中主要通过所述绝缘避免或防止所述交变电场经由所述金属外壳到所述接收电极中的耦合。在所述接收电极与所述外壳之间和/或在所述发射电极与所述外壳之间，可布置与所述电动手持式装置的所述接地电位耦合的导电层，其中在每一情况下，所述导电层的表面积大于所述接收电极和/或所述发射电极的所述表面积。因此可进一步减少所述交变电场经由金属外壳到所述接收电极中的耦合。本发明也提供用于检测手对电动手持式装置的紧握的方法，所述电动手持式装置包括检测装置，所述检测装置具有至少一个发射电极和至少一个接收电极，其中所述至少一个发射电极加载有交变电压，以使得在所述至少一个发射电极处发射交变电场，其中-在手对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的第一部分经由所述手耦合到所述接收电极中，且-所述交变电场的所述第一部分在所述接收电极中产生第一电流，所述第一电流指示对所述手持式装置的紧握。所述检测装置可至少具有一个导电结构，所述一个导电结构可与所述电动手持式装置的所述接地电位耦合，其中-在所述手持式装置的非紧握期间，所述交变电场的第二部分耦合到所述导电结构中，且绝对值小于所述第二部分的所述交变电场的第三部分耦合到所述接收电极中，-在对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场的所述第一部分的绝对值，且-所述交变电场的所述第三部分在所述接收电极中产生第二电流，其中由所述第一电流和所述第二电流产生的总电流指示对所述手持式装置的紧握。当出现以下情形时为有利的-当所述总电流超过预定第一阈值时，导致所述手持式装置的接通模式和/或活动模式；和/或-当所述总电流降到预定第二阈值以下时，导致所述手持式装置的休眠模式。所述第一阈值和所述第二阈值可相同。然而，其也可不同。所述接收电极可与电容性传感器耦合，所述电容性传感器包括信号产生器且所述电容性传感器的输出信号取决于所述接收电极处的电容性负载，其中所述发射电极通过所述信号产生器而加载有交变信号，所述交变信号相对于所述信号产生器的信号而移相。
本发明也提供一种电动手持式装置，所述电动手持式装置包括根据本发明的检测装置，所述检测装置用于检测对所述手持式装置的紧握。所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极可布置于所述手持式装置处，以使得当抓握所述手持式装置时，所述手至少部分地覆盖所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极中的每一者。所述电动手持式装置可至少包括以下各者中的一者:手机、用于游戏控制台的输入构件、移动微型计算机、头戴式送受话器、助听器装置、计算机鼠标和遥控器。此外，本发明提供用于制造手持式装置的方法，所述手持式装置包括根据本发明的装置，所述装置用于检测手对所述手持式装置的紧握，其中-至少一个发射电极、至少一个接收电极以及至少一个导电结构布置于所述手持式装置处，可从所述至少一个发射电极发射交变电场，所述交变电场可至少部分地耦合到所述至少一个接收电极中，-所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极经布置以使得当所述手抓握所述手持式装置时，由所述发射电极发射的所述交变电场的第一部分可耦合到所述手中且通过所述手耦合到所述接收电极中，且-所述导电结构相对于所述发射电极且相对于所述接收电极而布置，以使得所述交变电场的第二部分可耦合到所述导电结构中且绝对值小于所述第二部分的所述交变电场的第三部分可耦合到所述接收电极中，以实质上防止在对所述手持式装置的非紧握期间由所述发射电极发射的所述交变电场到所述接收电极中的耦合，其中在对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场的所述第一部分的绝对值。也提供用于检测手对电动手持式装置的紧握的方法，所述电动手持式装置包括检测装置，所述检测装置具有至少一个发射电极和至少一个接收电极，其中所述至少一个发射电极加载有交变电信号，优选为交变电压，以使得在所述至少一个发射电极处发射交变电场，其中-在手对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的第一部分经由所述手耦合到所述接收电极中，且-所述交变电场的所述第一部分在所述接收电极中产生第一电流，所述第一电流指示对所述手持式装置的紧握。优选地，所述检测装置具有至少一个导电结构，所述至少一个导电结构可与所述电动手持式装置的接地电位耦合，其中所述导电结构相对于所述发射电极且相对于所述接收电极布置，以使得在对所述手持式装置的非紧握期间，实质上防止了在所述发射电极处发射的所述交变电场到所述接收电极中的耦合。 优选地，所述方法经设计以使得-在对所述手持式装置的非紧握期间，所述交变电场的第二部分耦合到所述导电结构中，且绝对值小于所述第二部分的所述交变电场的第三部分耦合到所述接收电极中，-在所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场的所述第一部分的绝对值，且-所述交变电场的所述第三部分在所述接收电极中产生第二电流，其中由所述第一电流和所述第二电流产生的总电流指示对所述手持式装置的紧握。此外，所述方法可经调适以使得-当所述总电流超过预定阈值时，导致所述手持式装置的接通模式和/或活动模式；和/或-当所述总电流降到预定阈值以下时，导致所述手持式装置的休眠模式。
本发明的其它细节和特性从结合图式的以下描述得到。图1展示被手紧握的电动手持式装置，作为对根据本发明的检测装置的功能的原理的描述；图2展示存放于非导电架空间上的手持式装置处的电通量线的表现；图3展示存放于导电架空间上的手持式装置处的场表现；图4展示分别依据手持式装置存放于非导电架空间上还是导电架空间上以及手持式装置是否被手紧握的传感器信号的时间表现；图5展示手持式装置中的检测装置的根据本发明的装置，其中与接地电位耦合的导电结构也可布置于手持式装置的外壳的上部壳体处；图6展不用于信号产生和用于分析的电路的框图；图7展示图6中所展示的电路的替代实施例；图8展不用于信号产生和用于分析的电路的另一实施例；图9展不用于信号产生和用于分析的电路装置的有利实施例；图10展示外壳处的电极布置，其中PCB用作电极布置的接地电位；图11展示电动手持式装置的与接地电位耦合的导电结构的可能的布置，所述导电结构用于抑制外壳内部的电通量线的传播；图12展示在外壳处的根据本发明的电极布置，包括布置于外壳内部的电流供应器，所述电流供应器用作接地电位；图13展示在外壳处的根据本发明的电极布置，包括额外屏蔽电极；图14展示在外壳处的根据本发明的电极布置，包括在外壳处的额外电极，所述额外电极与电动手持式装置的接地电位耦合；图15展示金属外壳处的电极的实施例，所述金属外壳具有与手持式装置的接地电位的耦合；图16展示金属外壳处的电极实施例，所述金属外壳不具有与手持式装置的接地电位的耦合；图17展示不与手持式装置的接地电位耦合的金属外壳的电极束的横截面；图18展示电动手持式装置的检测装置的另一实施例，所述检测装置用于检测手持式装置被手紧握；图19展示根据本发明的检测装置，所述检测装置包括接收电极和若干个发射电极；图20展示外壳表面处的两个电极的示范性布置；图21展示在手未接近的情况下两个电极之间的电通量线的表现；
图22展示在手接近期间两个电极之间的电通量线的表现；图23a到23c展示外壳表面处的发射电极和接收电极的三个替代布置；图24a展示通过时分多路复用方法进行的两个发射电极的操作；以及图24b展示通过频分多路复用方法进行的两个发射电极的操作；
具体实施例方式图1以横截面图展示电动手持式装置，所述电动手持式装置包括根据本发明的检测装置，其中所述手持式装置被手H紧握。发射电极SE布置于电动手持式装置的侧壁处，且接收电极EE布置于与此侧壁相对布置的侧壁处。在此情况下，发射电极SE和接收电极EE布置于手持式装置的彼此相对的侧壁处，以使得在手对外壳紧握期间，两个电极至少部分地被手覆盖。发射电极SE与信号产生器G f禹合,所述信号产生器G产生低频交变电压。发射电极SE加载有此交变电压。在进行此操作中，交变电场20形成于发射电极SE处。由产生器G提供的交变电压大致具有在IOkHz与300kHz之间的频率。优选地，交变电压具有在75kHz与150kHz之间的频率。如从图1可见，手H对手持式装置的紧握导致发射电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合。在手对手持式装置的紧握期间的发射电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合大于在手未紧握手持式装置的情况下或在手持式装置的存放状态下的电容性耦合。不需要手对手持式装置的完全紧握，即，手完全封闭手持式装置。当手邻接两个侧壁时，即，分别在发射电极区域以及接收电极区域中，使得手至少部分地覆盖发射电极和接收电极便足够。由发射电极SE发射的交变电场被手H接收且转移到接收电极并耦合到接收电极中。与接收电极耦合的电容性传感器S接收信号且将信号馈送到解译装置A。传感器电极和接收电极的表面积优选经选择以使得其分别对应于紧握状态下外壳10处手和手指的邻接区域。总的来说，电动手持式装置处的检测装置经设计以使得在手H未紧握的情况下分别最小化或防止传感器电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合。另夕卜，系统经设计以使得也分别减少或防止在外壳内部的传感器电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合，如参看以下各图更详细地描述。因为手H对电动手持式装置的紧握导致发射电极SE与接收电极EE之间的强电容性耦合且因为分别在存放状态下或在手H的非紧握期间这两个电极之间的电容性耦合分别非常小或不存在，所以对紧握的特别可靠的检测是可行的，这是由于手的紧握导致电容性耦合的强烈增加，此情形又导致在接收电极EE处产生的电流的强烈增加，如参看图4更详细地描述。当电动手持式装置被存放时，电动手持式装置因此未被手H紧握，于是发射电极SE与接收电极EE之间的强电容性耦合失去，即，仅发射电极SE处发射的交变电场的非常小的部分耦合到接收电极EE中。因此，可安全地区分对电动手持式装置的非紧握与对电动手持式装置的紧握。图2以横截面图展示电动手持式装置，所述电动手持式装置存放于非导电表面35上。导电结构GE布置于电动手持式装置的外壳10内部，所述导电结构GE与电动手持式装置的接地电位耦合。提供导电结构GE，以分别减少发射电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合且主要防止电通量线20从发射电极SE —直扩展到接收电极EE，当在发射电极SE处发射的交变电场20通过已经在发射电极SE的较接近附近区域中的结构GE而最大程度地被导电结构GE吸收时，即，在发射电极SE处发射的交变电场20耦合到导电结构GE中。那么几乎无电流流入到接收电极EE中，此情形分别指示以下事实:手持式装置处于存放状态下且未被手H紧握。图3中展示存放于导电架空间30上的电动手持式装置。在电动手持式装置存放于导电架空间上期间，存在以下危险:在发射电极SE处发射的交变电场20经由导电架空间耦合到接收电极EE中且在那里产生电流，所述电流实质上对应于在手对手持式装置的紧握期间在接收电极EE中产生的电流。为了主要避免接收电极EE处的交变电场经由导电架空间的耦合，根据本发明的发射电极SE和接收电极EE各自布置于电动手持式装置的外壳10的侧壁处。另外，与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构GE经形成以使得耦合到导电架空间30中的交变电场20的主要部分另外耦合到导电结构GE中。由此产生的交变电场到接收电极EE中的剩余耦合非常小，使得基于到接收电极EE中的剩余其余耦合，仅非常少的电流在流动，如参看图4更详细地描述。在电动手持式装置的侧壁处的发射电极SE和接收电极EE的布置以及导电结构GE的成形确保可安全地执行在导电架空间上的处于存放状态的手持式装置与手H的紧握的区分。图4展示在不同应用情景下在接收电极EE处的传感器信号的时间表现。举例来说，可通过流入到接收电极EE中的电流来表示传感器的信号。直到时间tl，电动手持式装置存放于非导电架空间上。由于在存放于非导电架空间上的手持式装置的情况下在发射电极与接收电极之间仅存在非常小的电容性耦合或不存在电容性耦合，因此仅非常小的接收电流流入到电极EE中。当手持式装置现在固持于手中或被手紧握以使得手至少部分地覆盖布置于外壳处的电极SE和EE时，由于发射电极SE与接收电极EE之间的现在非常强的电容性耦合，因此此情形导致流入到接收电极EE中的电流的逐步上升的增加。在时间点tl与t2之间绘制对应于处于紧握状态下的手持式装置的信号曲线。当电动手持式装置现在在时间t2存放到导电架空间上时，发射电极SE与接收电极EE之间的电容性耦合以逐步上升的方式减小。由于发射电极SE与接收电极EE之间经由导电架空间的特定(非常小)电容性耦合，在手持式装置存放于导电架空间上的情况下流入到接收电极EE中的电流可能比手持式装置存放于非导电架空间上的情况下的电流大。当传感器信号和流入到接收电极中的电流分别超过预定检测阈值60时，可在手持式装置中触发预定动作。以类似方式，当降到检测阈值60以下时，可在手持式装置中触发另一预定动作。举例来说，当超过检测阈值60时，此情况为手对手持式装置紧握期间的情况，手持式装置可从所谓的休眠模式转移到活动模式中。在活动模式中，可提供完全功能性。当检测阈值60减小时，手持式装置再次可从活动模式转移到休眠模式中，其中在休眠模式中，例如，去活手持式装置的不需要的所有功能或不向不需要的电动子组合件供
应能量。
在根据本发明的检测装置的应用中，降到检测阈值以下可用以完全切断显示装置，例如，手机的显示装置。根据本发明的检测装置因此允许电动手持式装置在实际上被手紧握时随后仅转移到活动模式中。通过根据本发明的传感器电极和接收电极以及与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构GE的布置，还可靠地避免错误解译，所述错误解译根据现有技术可发生于电动手持式装置存放于导电架空间上时。为了更简单的表示，参看图4假定固定检测阈值60。然而，事实上可提供浮动检测阈值60，浮动检测阈值60适合于分别在特定极限内的测量值和传感器信号。而且，可提供若干个不同的检测阈值，超过检测阈值和降到检测阈值以下分别造成不同动作。可提供此处未展示的第二检测阈值，第二检测阈值低于此处所展示的检测阈值60。超过下检测阈值例如可导致在电动手持式装置中执行初始化程序，以使得在超过上检测阈值60的情况下，电动手持式装置的完全功能性已经可用。图5展示包括根据本发明的检测装置的电动手持式装置的横截面图。在图5中所展示的实施例中，与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构GE也分别布置于外壳10的上部壳体区域中或外壳的上侧中，以使得分别对于对手的紧握的安全检测或电动手持式装置在架空间上的存放来说，电动手持式装置是以下侧还是上侧存放于架空间上无任何意义。也可提供与电动手持式装置的接地电位耦合的第二导电结构GE用于外壳10的上部壳体，来代替如图5中所展示的圆周导电结构。图6到9中描绘用于产生信号(通过所述信号对发射电极SE进行加载)且用于评估接收电极EE处的信号的可行的概念。图6展示包括峰值整流器和同步整流器以及微控制器的评估电路。产生器G产生交变电信号，通过所述交变电信号对电极SE进行加载。产生器G可与微控制器耦合。可将存在于接收电极EE处的交变信号(S卩，耦合到接收电极EE中的交变电场)馈送到包括下游滤波器E的整流器装置。将用滤波器进行整流和平滑的DC信号馈送到模/数转换器。模/数转换器可为微控制器的部分。微控制器经设计以评估由模/数转换器提供的数字信号以便检测手对手持式装置的紧握。可由微控制器将评估的结果作为(数字)检测器信号DS而提供，以用于电动手持式装置中的进一步处理。也可提供微控制器以用于控制信号产生器G。图7展不图6中所展不的用于信号产生和评估的电路的替代实施例。作为图6中所展示且包括模/数转换器的微控制器的替代，提供比较器，所述比较器正像根据图6的微控制器一样提供(数字)检测器信号DS以用于电动手持式装置中的进一步处理。图8展示根据本发明的用于信号产生和评估的另一电路。作为对存在于接收电极EE处的信号的整流的替代，此处通过直接对接收电极处的信号进行取样来执行评估。为了进行此操作，首先将接收电极处的交变信号馈送到放大器。将放大的信号提供到模/数转换器，模/数转换器可为微控制器的一部分。微控制器可包括方波产生器，方波产生器提供信号，通过所述信号对发射电极SE进行加载。为了改进电磁容限，可将由微控制器提供的方波信号转换成包括较小带宽的信号，例如，转换成包括类似于正弦波的信号波形的信号。在图6到8中所展示的信号产生和评估的实施例中，可使评估与信号产生器同步，在图6到8中使用，，synch “来表示所述情形。所述同步为任选的。在图6和7中所展示的实施例中，作为同步下峰值整流的替代，可执行同步整流，所述同步整流关于改进的故障容限为有利的。参看图8展示基于数字的同步整流的原理，其中模/数转换器的取样和保持部分与信号产生器的信号同步地操作。图9展示基于电容性传感器S的用于信号产生和评估的电路布置。电容性传感器S(其传感器电极同时构成根据本发明的检测装置的接收电极EE)根据加载方法而操作，即，电容性传感器S的输出信号分别取决于传感器电极的电容性负载或接收电极EE的电容性负载。在此情况下，电容性传感器S是评估传感器信号的振幅变化、频率变化还是相位调整都没有关系。然而，仅电容性传感器S无法确定分别造成传感器电极处或接收电极EE处的负载的对象是否为紧握手持式装置的手，或手持式装置是否以传感器电极或接收电极EE分别所处的侧存放于架空间上。根据本发明，在位于与布置有接收电极EE的外壳壁相对的侧壁处，提供发射电极SE。将由电容性传感器S的信号产生器提供的信号放大并将信号馈送到发射电极SE。可通过在信号产生器G与发射电极SE之间提供移相器对馈送到发射电极SE的信号(如果可适用)进行移相。然后，在发射电极SE处发射交变电场，所述交变电场的相位调整是相对于由信号产生器G提供的信号的相位调整来移位。当手紧握电动手持式装置时，根据本发明，在发射电极SE处发射的交变电场经由手分别传递到传感器电极和接收电极EE，且在那里注入。取决于在发射电极SE处发射的交变电场的相位调整，由此造成两种不同效应:-在较大相位调整偏移(90°到270°)的情况下，造成负反馈，使得在接收电极EE处测得的电容强烈地上升。手紧握电动手持式装置由此造成接收电极EE处的实质上更强的电容增加，如无发射电极SE的情况。-在较小相位调整偏移(0°到90。和270。到360。)的情况下，造成正反馈。正反馈展示以下效应:在手对电动手持式装置的紧握期间，接收电极EE处的电容强烈减少。因此，可特别容易地区分分别位于传感器电极处或接收电极EE处的对象与手对手持式装置的紧握。分别在传感器电极处或接收电极EE处的对象因此导致电容的上升，而手对手持式装置的紧握导致电容的减小。电容传感器S可提供数字输出信号，可将数字输出信号馈送到微控制器以用于评估。控制器又可提供(数字)检测器信号DSJf (数字)检测器信号DS提供到电动手持式装置以用于进一步处理。传感器电极SE和接收电极EE关于彼此的布置以及与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构经选择以使得以直接方式(因此不经由手)达到发射电极与接收电极之间的优选小的电容性耦合。首要的是，通过与接地电位耦合的导电结构来确保此情形。为了在外壳10内部达到此情形，根据本发明，在外壳10内部提供与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构，如参看图11所展示。另外，可在外壳10的上部壳体处提供与电动装置的接地电位耦合的第二导电结构。作为添加与接地电位耦合的导电结构的替代方案，也可使用电动手持式装置的现有组件。图12中展示实例，其中，例如，与电动手持式装置的接地电位耦合的电池B用以至少部分地抑制电通量线在外壳10内部的传播。图13和14各自展示外壳10，在外壳10的侧壁处各自布置有发射电极和接收电极，发射电极和接收电极各自被与手持式装置的接地电位耦合的电极结构包围。因此，可减少在手持式装置附近的导电对象的影响。然而，必须以更精确方式将手放置于发射电极和接收电极上。图15和16展不电极的实施例,此时其可用于布置包括金属外壳的电动手持式装置的电极SE和EE。图15中展示手持式装置的金属外壳10，金属外壳10与电动手持式装置的接地电位耦合。此处电极SE和EE以与金属外壳10隔离的方式附接。图16展不金属外壳10,金属外壳10不与电动手持式装置的接地电位稱合。此处，另外，分别在电极SE与EE之间以及金属外壳10之间施加与电动手持式装置的接地电位耦合的导电层。导电层以与电极隔离且与金属外壳10隔离的方式布置，如图17中所描绘。在进行此操作中，导电结构GE优选大于电极，以主要防止发射电极SE的交变电场经由金属外壳10到接收电极EE中的耦合。图18展示用于检测手对手持式装置的紧握的解决方案，其中提供两个电容性传感器SI和S2。相应传感器电极SEl和SE2各自布置于电动手持式装置的侧壁处。两个电容性传感器S1、S2的输出信号由逻辑“与”链路处理。由此，可评估左电极SEl的电容以及右电极S2的电容是否大于正常情况。当为此情况时，可按以下假定动作:电动手持式装置被手紧握。图19展示用于电动手持式装置的根据本发明的检测装置的另一实施例。在图19中所展示的实施例中，彼此分离的两个发射电极SEl和SE2布置于手持式装置的侧壁处。在与此侧壁相对的手持式装置的侧壁处布置接收电极EE。根据本发明，对于每一发射电极SEU SE2，可提供相应信号产生器Gl和G2，信号产生器Gl和G2各自提供具有不同频率的信号。因此，发射电极SI和S2各自加载有具有不同频率的信号。在手对电动手持式装置的紧握期间，在发射电极SEl和SE2处发射的具有不同频率的交变电场经由手耦合到共享的接收电极EE中。分别与接收电极耦合的传感器单元或解译装置可经设计以使得其可通过频率分析分离不同频率分量且可将不同频率分量指派给相应发射电极。除检测手持式装置是否被手紧握之外，也可以此方式检测手持式装置的哪个区被手紧握。或者，作为单一接收电极EE的替代，也可提供若干个接收电极，其中优选在每一情况下，将一个发射电极指派给一个接收电极。提供若干个接收电极以及仅一个共同发射电极也是可行的。在若干个发射电极和/或若干个接收电极的情况下，可检测对手持式装置的紧握的不同类型。在一个实施例中，例如，第一发射电极可布置于手持式装置的侧壁处且第二发射电极可布置于手持式装置的上侧处，以使得(例如)当手持式装置为手机时，也可区分手机是被手紧握还是手机抵靠着耳朵而被固持。在此处所展示的所有实施例中，电极可布置于外壳内部。而且，电极可附接到外壳外部，然而，此情形在机械应力方面是不利的。电极可实现为导电结构，例如，呈导电涂层的形式。举例来说,手持式装置可为手机或计算机鼠标,其中手机或计算机鼠标在被手紧握之后可从休眠模式切换到活动模式中且在移除手之后可从活动模式切换到休眠模式中。作为实例，图20展示外壳表面处的两个电极的替代布置。发射电极SE和接收电极EE布置于外壳表面70处,外壳表面70由非导电材料构成。另一电极GE布置于非导电表面70的下方，所述另一电极GE与电动手持式装置的接地电位耦合。发射电极SE和接收电极EE例如可具有在数mm2到数cm2之间的范围内的表面积。电极SE、EE的明确大小的选择取决于电动手持式装置的外壳的表面处可用的空间。传感器电极SE和接收电极EE可在非导电表面70处彼此非常接近地布置。举例来说，发射电极SE与接收电极EE之间的距离可为一毫米直到数毫米。发射电极SE和接收电极EE各自与微控制器μ C耦合。在此处所展示的实施例中，微控制器P C经设计以使得其提供方波信号，通过所述方波信号对发射电极SE进行加载。方波信号优选具有在IOkHz与300kHz之间的频率。方波信号的振幅可达到数伏。方波信号经电压驱动，此情形意味着发射电极SE处的电容性负载对信号曲线无影响。可使方波信号的频率和/或工作循环变化，此操作可例如通过微控制器μ C来执行。或者，可将正弦形信号应用到发射电极SE。接收电极EE与信号放大器的输入耦合。信号放大器对照电动手持式装置的接地电位而测量流入到接收电极EE中的电流。信号放大器的输出处的电值为电压。信号放大器的输出处的相关信号信息的峰-峰值(其由发射电极SE经由接收电极EE形成)表现为与发射电极SE处的信号的改变成比例。举例来说，可提供转移阻抗放大器作为信号放大器。将存在于信号放大器的输出处的信号馈送到微控制器μ C，微控制器μ C可测量并评估相关信号信息的强度。为了进行此操作，可提供模/数转换器。分别通过所测量的信号或所评估的信号，微控制器μ c现在可作出以下决策:将哪一信息DS馈送到控制手持式装置的控制装置。参看以下图21到23c描述电极SE和EE的设计，以便在手朝向电极的接近方面达到最大可能的灵敏度以及在电扰动和物理扰动方面达到最大可能的不灵敏性。图21展示在不存在手接近电极期间在发射电极SE与接收电极EE之间的电通量线的表现。图22展示在手指朝向电极接近期间发射电极SE朝向接收电极EE的电通量线的表现。从图21和22可见，在手指接近期间或手接近期间，发射电极与接收电极EE之间的电通量线的数目比手指或手不存在于电极处期间的数目大。从此结果可见:根据图22流入到接收电极EE中的电流大于根据图21在接收电极EE中流动的电流。还从此结果得到:在手指或手朝向电极连续接近期间，流入到接收电极中的电流也连续地增加。图20到22中所展示的传感器装置必须经设计以使得可检测到接收电极EE中的电流的尽可能低的绝对改变。通过存在于微控制器μC中的模/数转换器的分辨率给出分别针对最小可识别和可检测的变化的极限。为了从接收电极EE中的相对小的电流变化产生尽可能大的绝对值反映，在手未朝向电极接近的情况下，接收电极EE中的电流必须已经处于其上容许极限(参见图21)。因此必须选择发射电极SE和接收电极EE的电极设计，以使得在手指或手未接近的情况下，已经存在两个电极之间的高电容性基本耦合。应尽可能地避免反向场电流。可通过(复数)电导(转移导纳Si)描述发射电极SE处的电压对接收电极EE中的电流的转移比。可通过(复数)电阻(转移阻抗Si)描述信号放大器的输入处的电流(即，流入到接收电极EE中的电流)对信号放大器的输出处的电压的转移比。通过组合(S卩，这两个转移比Si和Ei的互连)，信号放大器处的输出变量具有与输入变量相同的类型，通过输入变量对发射电极SE进行加载，因此此处为电压。测试已展示:当转移导纳的绝对值与转移阻抗的绝对值的乘积(leil*lEil)位于
0.7与0.8之间时，达到对接近的特别好的检测。此情形意味着信号放大器几乎处于完全传导。尽可能大地选择转移导纳的绝对值是有利的。可达到此情形，因为在每一情况下电极SE和EE的电极表面积被选择为最大的。在进行此操作中，转移导纳的绝对值可变得尽可能地小。当转移导纳的绝对值与转移阻抗的绝对值的乘积对于所有商品装置来说不相同时，例如，可基于环境影响而校正例如由信号产生器的频率的变化引起的偏差。为了能够可靠地且动态地在根据本发明的传感器装置中配置检测阈值，有利的是，通过减少的激活人工地减少所得场电流，然后当系统借助于合适频率已经处于其理想操作点且不存在手的接近时，以有利的方式执行减少的激活。原始值与新值之间的差可分别用作用于计算和用于确定所有所要检测阈值的参考值，这是由于此差的绝对值包括所有场特性。可通过发射电极SE处电压的减小来执行场电流的减小。或者，也可改变方波信号的工作循环，从而形成方波信号的对称性，可使用微控制器μ c来执行此操作。在图20到图22中所展示的实施例中，特别有利的是，发射电极和接收电极的表面积被均匀地分裂到手持式装置的可用表面上，此情形导致测量灵敏度的有效增加。参看图23a到23c，其展示在手持式装置的表面处的发射电极SE和接收电极EE的布置的实例。图23a展示布置于电动手持式装置的外壳表面处的两个电极的第一实例。此处发射电极和接收电极分别形成为矩形。优选地将发射电极SE与接收电极EE之间的距离选择为非常小。发射电极SE和接收电极EE各自分别与传感器电子仪器S和解译装置A耦合。图23b展示布置于电动手持式装置的外壳表面处的电极的第二实例。此处，电极具有椭圆形式，此情形改进对接近的检测的灵敏度。图23c展示电动手持式装置的外壳表面处的电极布置的另一实例。此处发射电极SE和接收电极EE各自形成为半圆形。优选将发射电极SE与接收电极EE之间的距离选择为较小。传感器电子仪器S和解译装置A分别嵌入于发射电极SE与接收电极EE之间。在进行此操作中，以有利的方式，包括发射电极SE、接收电极EE和传感器电子仪器S或解译装置A的完整传感器装置可布置于电动手持式装置的外壳表面处。可以电流方式或电容方式执行从传感器电子仪器S或解译装置A到电动手持式装置的电子仪器的信号转移。电容性信号转移具有以下优点:不必在外壳表面处提供机械耦合点。图24a和24b展示根据本发明的装置的两个实例，所述装置包括接收电极和两个发射电极，其中发射电极是使用多路复用方法操作。图24a展示根据本发明的传感器装置，其包括接收电极和两个发射电极SEl和SE2。发射电极SEl和SE2使用时分多路复用方法而操作，即，在时间上接连地向发射电极SEl和SE2加载由信号产生器提供的交变信号。与接收电极EE耦合的传感器电子仪器S可唯一地将流入到接收电极EE中的电流指派给发射电极，这是由于一次仅一个发射电极发射交变电场。图24b展示根据本发明的装置，其包括接收电极EE和两个发射电极SEl和SE2。此处发射电极SEl和SE2使用频分多路复用方法而操作，即，借以向发射电极SEl加载的交变信号的频率不同于借以向发射电极SE2加载的交变信号的频率。第一交变信号的频率f I可为例如IOkHz，第二交变信号的频率f2可为例如50kHz。与接收电极EE耦合的传感器电子仪器S经设计以使得其可将流入到接收电极EE中的电流分离为其频率分量，以便能够将相应电流指派给相应发射电极。在简单实施例中，例如可通过快速傅立叶变换来执行此操作。也可使用两个以上发射电极来实现参看图24a和24b所展示的调制方法。提供发射电极和若干个接收电极EE也是可行的，其中可借助于合适的多路复用方法(例如，时分多路复用方法)分别测量和评估流入到相应接收电极EE中的电流。而且，使用多路复用方法操作若干个电极元件是可行的，所述若干个电极元件中的每一者由至少一个接收电极和至少一个传感器电极组成。参考数字10电动手持式装置的外壳20交变电场30由导电材料制成的架空间35由非导电材料制成的架空间40隔离50a用于发射电极的电极堆叠50b用于接收 电极的电极堆叠60检测阈值70导电表面积A解译装置B电池/蓄电池F滤波器G信号产生器H手K比较器S电容性传感器μ C微控制器Δφ移相器A/D模/数转换器DS检测器信号EE接收电极SE发射电极SE1、SE2传感器电极S1、S2 电容性传感器GE与电动手持式装置的接地电位耦合的导电结构PCB印刷电路板
权利要求
1.一种用于电动手持式装置的装置，所述装置用于检测手(H)对所述手持式装置的紧握，所述装置包括: 至少一个发射电极(SE)，可从所述至少一个发射电极(SE)发射交变电场，以及至少一个接收电极(EE)，所述交变电场可至少部分地耦合到所述至少一个接收电极(EE)中， 其中所述至少一个发射电极(SE)和所述至少一个接收电极(EE)可布置于所述手持式装置处，以使得当所述手持式装置正被所述手(H)抓握时，所述至少一个发射电极(SE)和所述至少一个接收电极(EE)各自至少部分地被所述手(H)覆盖， 其中当所述手持式装置正被所述手(H)抓握时，由所述发射电极(SE)发射的所述交变电场(20)的第一部分可经由所述手⑶耦合到所述接收电极(EE)中，且 其中所述交变电场(20)的所述第一部分为代表所述手(H)对所述手持式装置的紧握的特性。
2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括至少一个导电结构(GE)，所述至少一个导电结构(GE)可与所述电动手持式装置的接地电位耦合，其中所述导电结构(GE)以一方式相对于所述发射电极(SE)和所述接收电极(EE)布置，以在所述手持式装置未被紧握时，实质上防止了从所述发射电极(SE)发射的所述交变电场(20)到所述接收电极(EE)中的耦合。
3.根据权利要求2所述的装置，其中 所述交变电场(20)的第二部分可耦合到所述导电结构(GE)中，且绝对值小于所述第二部分的所述交变电场(20)的第三部分可耦合到所述接收电极(EE)中。
4.根据权利要求3所述的装置，其中在对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场(20)的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场(20)的所述第一部分的绝对值。
5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的装置，其中 所述交变电场(20)的所述第一部分在所述接收电极(EE)中产生第一电流(I1),所述交变电场(20)的所述第三部分在所述接收电极(EE)中产生第二电流(I2)，且所述交变电场(20)的所述第三部分另外并入到所述代表性特性中，其中所述代表性特性是由所述第一电流(I1)和所述第二电流(I2)所产生的总电流(Ie)构成。
6.根据权利要求5所述的装置，其中高于预定阈值￠0)的所述总电流(Ie)指示对所述手持式装置的紧握。
7.根据权利要求5所述的装置，其中绝对值大于预定阈值￠0)的所述总电流(Ie)指示对所述手持式装置的紧握。
8.根据权利要求6或7中任一权利要求所述的装置，其中 所述发射电极(SE)可布置于所述手持式装置的外壳(10)的第一侧壁上，且 所述接收电极(EE)可布置于所述手持式装置的所述外壳(10)的第二侧壁上， 其中所述第一侧壁与所述第二侧壁相对布置。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中 所述接收电极(EE)可与电容性传感器(S)耦合，所述电容性传感器(S)包括信号产生器(G)，所述电容性传感器(S)的输出信号取决于所述接收电极(EE)处的所述传感器(S)的电容性负载，且 所述发射电极(SE)经由移相器(Δφ)与所述信号产生器(G)耦合以给所述发射电极(SE)加载相对于所述信号产生器(G)的信号移相的信号。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中在所述接收电极(EE)与所述外壳之间和/或在所述发射电极(SE)与所述外壳(10)之间各自可布置与所述电动手持式装置的所述接地电位耦合的导电层，其中在每一情况下，所述导电层的表面积大于所述接收电极(EE)和/或所述发射电极(SE)的表面积。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其包括至少两个发射电极(SE1、SE2),其中所述第一发射电极(SEl)可加载有第一交变电信号且所述第二发射电极(SE2)可加载有第二交变电信号，其中所述第一交变电信号的频率不同于所述第二交变电信号的频率。
12.根据权利要求11所 述的装置，其中解译装置经形成以分离耦合到所述接收电极中的所述交变电场的频率分量且将所述频率分量分配给相应发射电极。
13.一种用于借助检测装置检测手对电动手持式装置的紧握的方法，所述检测装置具有至少一个发射电极(SE)和至少一个接收电极(EE)，其中给所述至少一个发射电极(SE)加载交变电压，以使得在所述至少一个发射电极(SE)处发射交变电场(20)，其中 在手对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场(20)的第一部分经由所述手(H)耦合到所述接收电极(EE)中，且 所述交变电场(20)的所述第一部分在所述接收电极(EE)中产生第一电流(I1)，所述第一电流(I1)指示对所述手持式装置的紧握。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述检测装置具有至少一个导电结构(GE)，所述至少一个导电结构(GE)可与所述电动手持式装置的接地电位耦合，且其中所述导电结构(GE)相对于所述发射电极(SE)和所述接收电极(EE)布置，以使得在对所述手持式装置的非紧握期间，实质上防止了在所述发射电极(SE)处发射的所述交变电场(20)到所述接收电极(EE)中的耦合。
15.根据权利要求14所述的方法，其中 在对所述手持式装置的非紧握期间，所述交变电场(20)的第二部分耦合到所述导电结构(GE)中，且绝对值小于所述第二部分的所述交变电场(20)的第三部分耦合到所述接收电极(EE)中， 在对所述手持式装置的紧握期间，所述交变电场(20)的所述第三部分的绝对值小于所述交变电场(20)的所述第一部分的绝对值，且 所述交变电场(20)的所述第三部分在所述接收电极(EE)中产生第二电流(I2)，其中由所述第一电流(I1)和所述第二电流(I2)产生的总电流(IG)指示对所述手持式装置的紧握。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中 当所述总电流(Ie)超过预定阈值时，导致所述手持式装置的接通模式和/或活动模式；和/或 当所述总电流(Ie)降到预定阈值以下时，导致所述手持式装置的休眠模式。
17.—种电动手持式装置，其包括至少一个根据权利要求1到12中任一权利要求所述的用于检测手(H)对所述手持式装置的紧握的装置。
18.根据权利要求17所述的电动手持式装置，其中所述至少一个发射电极(SE)和所述至少一个接收电极(EE)布置于所述手持式装置处，以使得当所述手持式装置正被所述手(H)抓握时，所述至少一个发射电极(SE)和所述至少一个接收电极(EE)各自至少部分地被所述手(H)覆盖。
19.根据权利要求17或18所述的电动手持式装置，其中所述电动手持式装置包括以下各者中的至少一者:手机、用于游戏控制台的输入构件、移动微型计算机、头戴式送受话器、助听器装置、计算机 鼠标和遥控器。
全文摘要
本发明涉及一种用于电动手持式装置的装置，所述装置用于检测所述手持式装置被手紧握，所述装置包括至少一个发射电极和至少一个接收电极，所述至少一个发射电极可发射交变电场，所述交变电场可至少部分地耦合于所述至少一个接收电极中，其中所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极可布置于所述手持式装置上，以使得当所述手持式装置正被所述手紧握时，所述至少一个发射电极和所述至少一个接收电极中的每一者至少部分地被所述手覆盖，其中当所述手持式装置正被所述手紧握时，由所述发射电极发射的所述交变电场的第一部分可经由所述手耦合到所述接收电极中，其中所述交变电场的至少所述第一部分为代表所述手持式装置被所述手紧握的特性。本发明进一步涉及一种用于检测所述手持式装置被手紧握的方法，以及一种用于生产包括根据本发明的检测单元的手持式装置的方法。
文档编号H03K17/96GK103181080SQ201080055951
公开日2013年6月26日 申请日期2010年12月13日 优先权日2009年12月11日
发明者克劳斯·卡尔特纳, 赖因哈德·翁特赖特迈尔 申请人:微晶片科技德国第二公司