DE112020005668T5 - Kapazitiver Sensor, Kapazitätserfassungsverfahren und Kapazitätserfassungsprogramm - Google Patents

Abstract

Es werden ein kapazitiver Sensor, ein Kapazitätserfassungsverfahren und ein Kapazitätserfassungsprogramm bereitgestellt, die in der Lage sind, die Stärke eines Filters in Abhängigkeit von dem S/N-Verhältnis vorzugeben. Der kapazitive Sensor beinhaltet eine Sensoreinheit mit einer Erfassungselektrode, eine Kapazitätserfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Kapazitätswert der Erfassungselektrode der Sensoreinheit zu erfassen, eine Differenzwert-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Differenzwert zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert zu berechnen, eine Filterberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines Filterparameters an dem Differenzwert auszuführen und einen Filterberechnungswert zu berechnen, eine Bestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Bedingung um die Sensoreinheit herum auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit berechneten Filterberechnungswerts zu bestimmen, und eine Filterparameter-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Filterparameter auf der Basis des von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechneten Differenzwerts zu berechnen.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor, ein Kapazitätserfassungsverfahren und ein Kapazitätserfassungsprogramm.
• Hintergrund der Erfindung
• Das Erfassungsprinzip für einen kapazitiven Sensor wird hauptsächlich bei Berührungs-Eingabegeräten, wie Touchpanels und Touchpads, verwendet. Da der kapazitive Sensor im Wesentlichen ein Sensor ist, der einen Wert in Abhängigkeit von der Kapazität zwischen dem Sensor und GND (dem menschlichen Körper) erfasst, kann ein Objekt auch dann erfasst werden, wenn das Objekt den Sensor nicht berührt (das Objekt befindet sich in der Luft). Daher wurden z.B. handschuhkompatible Touchpads und Sensoren entwickelt, die die Betätigung durch in der Luft stattfindende Gesten ermöglichen und eine hochempfindliche Erfassungsschaltung verwenden. Da jedoch der Kapazitätswert mit dem Abstand des kapazitiven Sensors zu dem Objekt abnimmt, ist ein hohes S/N-Verhältnis (Signal/ Rausch-Verhältnis) erforderlich, um ein entferntes Objekt stabil zu erfassen.
• Das Patentdokument 1 beschreibt ein Touchpanel bzw. ein Berührungsfeld, das einen Schwellenwert für die Feststellung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Berührung in Abhängigkeit von dem Ausmaß an Rauschen ändert. D.h., wenn der Rauschpegel niedrig ist, wird der Schwellenwert verringert, so dass das Touchpanel in einen bedienungsfreundlichen Modus übergeht, der eine leichte Berührungsbetätigung ermöglicht. Ist der Rauschpegel dagegen hoch, kann der Schwellenwert erhöht werden, so dass das Touchpanel in einen Modus mit hoher Rauschimmunität übergeht.
• Ferner beschreibt das Patentdokument 2 ein Lenkrad, das eine Berechnung des gleitenden Durchschnitts an einer vorbestimmten Anzahl der letzten Erfassungswerte von einem kapazitiven Sensor ausführt. Das Lenkrad verhindert Rauschen, das durch Fahrzeugvibration oder dergleichen verursacht wird, indem es den erfassten Wert anhand des gleitenden Durchschnitts korrigiert, selbst wenn eine Störung auftritt.
• Das Patentdokument 3 beschreibt eine Filtereinheit, die die Rauschdämpfungscharakteristik bei einem Tiefpassfiltervorgang derart verändert, dass das Rauschdämpfungsausmaß mit steigendem Rauschausmaß zunimmt und mit sinkendem Rauschausmaß abnimmt.
• Liste des Standes der Technik
• Patentliteratur
• Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2019-71020
• Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2019-23012
• Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2015-141557
• Kurzbeschreibung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei dem in dem Patentdokument 1 beschriebenen Touchpanel tritt jedoch ein Problem auf, das dem Benutzer ein anderes Betätigungsgefühl vermittelt (die Reaktion ist anders als am Vortag), da der Schwellenwert mit zunehmendem Rauschen (zunehmendem Erfassungsabstand) steigt. Darüber hinaus kann bei dem in Patentdokument 2 beschriebenen Lenkrad das Rauschen durch Mittelwertbildung reduziert werden. Es ist jedoch bekannt, dass bei der zeitgerichteten Filterberechnung, wie dem gleitenden Mittelwert bzw. Durchschnitt, ein Kompromiss zwischen der Rauschreduzierung und der Reaktionsfähigkeit bzw. dem Ansprechverhalten besteht. Aus der Sicht des Benutzers ist die Betätigung verzögert. Darüber hinaus kann bei der in Patentdokument 3 beschriebenen Filtereinheit das S/ N-Verhältnis zwar konstant gehalten werden, indem der Parameter in Abhängigkeit vom Rauschen geändert wird, doch besteht ein Problem dahingehend, dass die Filtereinheit in einer Umgebung mit konstantem Rauschen unwirksam ist. Um das S/N-Verhältnis zu verbessern, werden die Daten im Allgemeinen mit Hilfe eines digitalen Tiefpassfilters gemittelt. Bei einem digitalen Tiefpassfilter gibt es jedoch einen Kompromiss zwischen der Stärke des Filters, die durch die Grenzfrequenz bestimmt wird, und dem Ansprechverhalten des Filters. Als Folge hiervon muss im Falle eines festen Parameters (einer festen Grenzfrequenz) entweder der Rauschabstand oder das Ansprechverhalten geopfert werden.
• Daher stellt die vorliegende Erfindung einen kapazitiven Sensor, ein Kapazitätserfassungsverfahren und ein Kapazitätserfassungsprogramm bereit, die die Fehlbedienungsrate reduzieren, wenn ein zu erfassendes Objekt weit entfernt ist, und die das Ansprechverhalten nicht beeinträchtigen, wenn sich ein zu erfassendes Objekt nahe bei dem kapazitiven Sensor befindet.
• Lösung des Problems
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt der kapazitive Sensor eine Sensoreinheit mit einer Erfassungselektrode, eine Kapazitätserfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Kapazitätswert der Erfassungselektrode der Sensoreinheit zu erfassen, eine Differenzwert-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Differenzwert zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert zu berechnen, eine Filterberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines Filterparameters an dem Differenzwert auszuführen und einen Filterberechnungswert zu berechnen, eine Bestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Bedingung um die Sensoreinheit herum auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit berechneten Filterberechnungswerts zu bestimmen, und eine Filterparameter-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Filterparameter auf der Basis des von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechneten Differenzwerts zu berechnen.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Mit der vorliegenden Erfindung können ein kapazitiver Sensor, ein Kapazitätserfassungsverfahren und ein Kapazitätserfassungsprogramm bereitgestellt werden, die die Fehlbedienungsrate verringern, wenn ein zu erfassendes Objekt entfernt vorhanden ist, und die das Ansprechverhalten nicht beeinträchtigen, wenn sich ein zu erfassendes Objekt in der Nähe des kapazitiven Sensors befindet.
• Figurenliste
• [1] 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines kapazitiven Sensors 100 gemäß einer Ausführungsform.
• [2] 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses zur Berechnung eines Filterparameters α und eines Filterberechnungswerts Vf(t).
• [3] 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Prozesses, der in einem in 2 dargestellten Schritt S100 ausgeführt wird.
• [4] 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Prozesses, der von einer Bestimmungseinheit 127 ausgeführt wird.
• [5] 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Charakteristik eines Differenzwerts V(t) und eines Filterberechnungswerts Vf(t).
• [6] 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Charakteristik des Filterparameters α.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Im Folgenden werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen ein kapazitiver Sensor, ein Kapazitätserfassungsverfahren und ein Kapazitätserfassungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
• <Ausführungsformen>
• 1 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines kapazitiven Sensors 100 gemäß einer Ausführungsform. Der kapazitive Sensor 100 umfasst eine Sensoreinheit 110 und eine Verarbeitungsvorrichtung 120.
• Die Sensoreinheit 110 beinhaltet eine Erfassungselektrode 111. Die Sensoreinheit 110 kann in verschiedenen Teilen montiert werden, wie z.B. in einer Bedieneinheit eines Tablet-Computers, eines Smartphones und einer Spielevorrichtung oder in einer Bedieneinheit eines Fahrzeugtürgriffs oder einer Vorrichtung in einem Fahrzeuginnenraum.
• Die Erfassungselektrode 111 ist eine Elektrode mit einer Kapazität, die sich in Abhängigkeit von der Nähe eines Erfassungsziels, wie dem menschlichen Körper (z.B. einem Finger) oder einem Stift, ändert. In 1 ist eine einzelne Erfassungselektrode 111 dargestellt. Die Erfassungselektrode 111 ist mit der Verarbeitungsvorrichtung 120 über eine Verdrahtung 112 verbunden, die auf einem Substrat oder dergleichen angeordnet ist. Es können jedoch auch mehrere Elektroden 111 vorhanden sein, und die Erfassungselektrode 111 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der sich eine Mehrzahl linearer Elektroden, die entlang einer der sich in zwei Achsenrichtungen erstreckenden Achsen vorgesehen sind, und eine Mehrzahl Elektroden, die entlang der anderen Achse vorgesehen sind, dreidimensional kreuzen, wobei Kapazitätsänderungen an den Kreuzungspunkten von der Verarbeitungsvorrichtung 120 erfasst werden.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 120 ist unter Verwendung eines Computers implementiert, der eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), einen ROM (Nurlesespeicher), eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle, einen internen Bus und dergleichen aufweist.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 120 erfasst den Kapazitätswert der Erfassungselektrode 111, führt einen Filterprozess unter Verwendung eines digitalen Tiefpassfilters auf der Basis des erfassten Kapazitätswerts aus und bestimmt den Annäherungsgrad des Erfassungsziels an die Sensoreinheit 110 auf der Basis des durch den Filterprozess erhaltenen Ergebnisses.
• Außerdem besteht bei dem digitalen Tiefpassfilter ein Kompromiss zwischen der Grenzfrequenz und dem Ansprechverhalten, und der kapazitive Sensor 100 geht davon aus, dass der Kapazitätssignalbereich der Erfassungselektrode 111 groß ist. Aus diesem Grund ändert die Verarbeitungsvorrichtung 120 die Filtereigenschaften in Übereinstimmung mit dem S/N-Verhältnis der Kapazität, so dass ein stabiler Betrieb ausgeführt werden kann, selbst wenn das Signal niedrig ist. Genauer gesagt wird dann, wenn das S/N-Verhältnis der Kapazität hoch ist, die Grenzfrequenz erhöht (das Filter wird geschwächt), um das Ansprechverhalten zu verbessern, und wenn das S/N-Verhältnis der Kapazität niedrig ist, wird die Grenzfrequenz vermindert (das Filter wird verstärkt), um der Rauschunterdrückung Vorrang vor dem Ansprechverhalten zu geben.
• Es sei erwähnt, dass zu diesem Zeitpunkt nicht das S/N-Verhältnis der Kapazität ermittelt und dieses zur Änderung der Filtereigenschaften verwendet wird, sondern der Differenzwert zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert verwendet wird. Der Referenzwert ist der Kapazitätswert der Erfassungselektrode 111, der ermittelt wird, wenn die Verarbeitungsvorrichtung 120 feststellt, dass sich das Erfassungsziel nicht in der Nähe der Sensoreinheit 110 befindet.
• Wenn der unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Referenzwerts berechnete Differenzwert hoch ist, ist das S/N-Verhältnis hoch, und wenn der Differenzwert niedrig ist, ist das S/N-Verhältnis niedrig. Aus diesem Grund können die Filtereigenschaften in Abhängigkeit von dem S/N-Verhältnis der Kapazität geändert werden, wenn die Filtereigenschaften unter Verwendung des Differenzwerts geändert werden.
• Die Änderung der Filtereigenschaften erfolgt durch die Verarbeitungsvorrichtung 120, die den Filterparameter α auf der Basis des Differenzwerts berechnet. Die Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung 120 und ein bestimmter Prozess, der von der Verarbeitungsvorrichtung 120 durchgeführt wird, werden im Folgenden beschrieben.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 120 umfasst eine Hauptsteuereinheit 121, eine Kapazitätserfassungseinheit 122, eine Referenzwert-Ermittlungseinheit 123, eine Differenzwert-Berechnungseinheit 124, eine Filterparameter-Berechnungseinheit 125, eine Filterberechnungseinheit 126, eine Bestimmungseinheit 127 und einen Speicher 128.
• Die Hauptsteuereinheit 121, die Kapazitätserfassungseinheit 122, die Referenzwert-Ermittlungseinheit 123, die Differenzwert-Berechnungseinheit 124, die Filterparameter-Berechnungseinheit 125, die Filterberechnungseinheit 126 und die Bestimmungseinheit 127 sind Funktionsblöcke, die die Funktionen eines Kapazitätserfassungsprogramms darstellen, das von der Verarbeitungsvorrichtung 120 ausgeführt wird. Darüber hinaus stellt der Speicher 128 funktionsmäßig den Speicher der Verarbeitungsvorrichtung 120 dar.
• Bei der Hauptsteuereinheit 121 handelt es sich um eine Steuereinheit, die die Gesamtsteuerung der von der Verarbeitungsvorrichtung 120 durchgeführten Verarbeitung übernimmt. Die Hauptsteuereinheit 121 führt die Verarbeitung durch, bei der es sich nicht um die Verarbeitung handelt, die von der Kapazitätserfassungseinheit 122, der Referenzwert-Ermittlungseinheit 123, der Differenzwert-Berechnungseinheit 124, der Filterparameter-Berechnungseinheit 125, der Filterberechnungseinheit 126 und der Bestimmungseinheit 127 durchgeführt wird.
• Die Kapazitätserfassungseinheit 122 erfasst den Kapazitätswert der Erfassungselektrode 111 der Sensoreinheit 110. Genauer gesagt ist die Kapazitätserfassungseinheit 122 mit der Erfassungselektrode 111 verbunden, erfasst den Kapazitätswert zwischen der Erfassungselektrode 111 und dem Massepotentialpunkt (GND) und speichert Daten, die den erfassten Kapazitätswert darstellen, in dem Speicher 128.
• Die Referenzwert-Ermittlungseinheit 123 ermittelt einen Referenzwert auf der Basis des von der Kapazitätserfassungseinheit 122 erfassten Kapazitätswerts. Dabei ermittelt die Referenzwert-Ermittlungseinheit 123 als Referenzwert den Kapazitätswert, wenn sich das Erfassungsziel nicht in der Nähe der Erfassungselektrode 111 der Sensoreinheit 110 befindet, und speichert den Referenzwert in dem Speicher 128. Der Referenzwert wird verwendet, wenn die Differenzwert-Berechnungseinheit 124 den Differenzwert zwischen einem Kapazitätswert und dem Referenzwert berechnet.
• Die Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechnet den Differenzwert zwischen einem von der Kapazitätserfassungseinheit 122 erfassten Kapazitätswert und dem von der Referenzwert-Ermittlungseinheit 123 ermittelten Referenzwert und speichert den Differenzwert in dem Speicher 128.
• Die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 berechnet einen Filterparameter α auf der Basis des von der Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechneten Differenzwerts und speichert den Filterparameter α in dem Speicher 128. Der Filterparameter α ist eine Variable, die die Filtereigenschaften des kapazitiven Sensors 100 bestimmt.
• Die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 berechnet den Filterparameter α auf der Basis des Differenzwerts, der sich in Abhängigkeit von der Änderung des Annäherungsgrades des Erfassungsziels an die Sensoreinheit 110 dynamisch ändert. Der von der Filterparameter-Berechnungseinheit 125 berechnete Wert des Filterparameters α ändert sich dynamisch in Abhängigkeit von einer Änderung des Annäherungsgrades des Erfassungsziels an die Sensoreinheit 110. Genauer gesagt berechnet die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter α derart dass die Ansprechzeit mit zunehmendem Differenzwert, der von der Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechnet wird, abnimmt.
• Der Filterparameter α wird nach der folgenden Gleichung (1) berechnet. V(t) ist der Differenzwert, und A und B sind Koeffizienten, die die Eigenschaften des Filterparameters α entsprechend dem Differenzwert V(t) bestimmen. Zum Beispiel: A = 0,875, B = 0,125, und die Summe von A und B ist 1.
  [Formel 1] $$\alpha =A\ast V\left(t\right)+B$$

  
• Der Filterparameter α wird mit zunehmendem Differenzwert V(t) größer. Das Tiefpassfilter wird mit zunehmendem Filterparameter α stärker abgeschwächt (die Grenzfrequenz steigt), so dass die Reaktion auf den Eingang an dem Tiefpassfilter schneller wird. Im Gegensatz dazu wird das Tiefpassfilter mit abnehmendem Wert des Filterparameters α stärker verstärkt (die Grenzfrequenz nimmt ab), so dass die Ausgangsreaktion auf den Eingang an dem Tiefpassfilter langsamer wird.
• Normalerweise ist der Filterparameter α eine Variable, die die Bedingung 0 < α ≤ 1 erfüllt. In einigen Fällen korrigiert jedoch die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den unter Verwendung von Gleichung (1) berechneten Filterparameter α, so dass der Filterparameter α 0,125 ≤ α ≤ 1 erfüllt.
• Während die Ausführungsform hier unter Bezugnahme auf einen als lineare Funktion dargestellten Filterparameter α beschrieben wird, ist die zur Ableitung des Filterparameters α verwendete Gleichung nicht auf eine lineare Funktion beschränkt. Da sich der Wert des Filterparameters α kontinuierlich ändern muss, kann der Filterparameter α z.B. proportional zu dem Quadrat des Differenzwerts V(t) oder umgekehrt proportional zu dem Differenzwert V(t) oder zu dem Quadrat des Differenzwerts V(t) sein. Die Gleichung, die den Filterparameter α darstellt, kann eine Gleichung sein, die für die Verwendung des kapazitiven Sensors 100 und dergleichen geeignet ist.
• Die Filterberechnungseinheit 126 berechnet einen Filterberechnungswert Vf(t), indem sie einen zeitgerichteten Filterprozess an dem Differenzwert V(t) unter Verwendung des Filterparameters α ausführt. D.h., die Filterberechnungseinheit 126 verwendet den von der Filterparameter-Berechnungseinheit 125 berechneten Filterparameter α, um einen Filterprozess durchzuführen, um den gleitenden Durchschnitt der Differenzwerte V(t) zu erhalten, die von der Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechnet wurden. Auf diese Weise berechnet die Filterberechnungseinheit 126 den Filterberechnungswert Vf(t). Der Filterprozess zum Erhalten des gleitenden Durchschnitts der Differenzwerte ist ein Beispiel für die Anwendung des zeitgerichteten Filterprozesses auf den Differenzwert V(t). In dem vorliegenden Beispiel berechnet die Filterberechnungseinheit 126 den Filterberechnungswert Vf(t), indem sie einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines exponentiellen gleitenden Durchschnitts als gleitenden Durchschnitt ausführt. Außerdem ist der Filterberechnungswert ein Differenzwert, der dem Filterprozess unterzogen wird. Ferner erhöht die Filterparameter-Berechnungseinheit 125, wie vorstehend beschrieben, den Filterparameter α mit zunehmendem Differenzwert, der von der Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechnet wird. Es sei erwähnt, dass dies der Fall ist, wenn der Filterprozess unter Verwendung des exponentiellen gleitenden Durchschnitts ausgeführt wird.
• Im Spezielleren berechnet die Filterberechnungseinheit 126 den Filterberechnungswert Vf(t) unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (2).
  [Formel 2] $$Vƒ\left(t\right)=\alpha \ast V\left(t\right)+\left(1-\alpha \right)\ast Vƒ\left(t-1\right)$$

  
• Die Gleichung (2) ist eine Gleichung zum Erhalten des Filterberechnungswerts Vf(t) als exponentiell gleitenden Durchschnitt der Differenzwerte V(t). Vf(t-1) ist ein Filterberechnungswert, der in der unmittelbar vorhergehenden Berechnung erhalten wird, und ist ein Filterberechnungswert, der alle vorherigen Differenzwerte bis zur unmittelbar vorhergehenden Berechnung widerspiegelt.
• Da das Gewicht des Durchschnittswerts der Differenzwerte bis zur unmittelbar vorhergehenden Berechnung mit abnehmendem Wert des Filterparameters α zunimmt, wird das Tiefpassfilter verstärkt, so dass die Reaktion des Ausgangs (Vf(t)) auf den Eingang (V(t)) langsam ist. Da dagegen das Gewicht des Durchschnittswerts der Differenzwerte bis zur unmittelbar vorhergehenden Berechnung mit steigendem Wert des Filterparameters α abnimmt, wird das Tiefpassfilter geschwächt und somit ist die Reaktion des Ausgangs (Vf(t)) auf den Eingang (V(t)) schnell.
• Die Bestimmungseinheit 127 bestimmt den Zustand um die Sensoreinheit 110 auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit 126 berechneten Filterberechnungswerts. Genauer gesagt bestimmt die Bestimmungseinheit 127 den Annäherungsgrad zwischen der Erfassungselektrode 111 und dem Erfassungsziel auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit 126 berechneten Filterberechnungswerts und gibt Daten aus, die das Bestimmungsergebnis darstellen. Es sei erwähnt, dass der Annäherungsgrad beispielsweise eine der folgenden Bedingungen anzeigt: Das Erfassungsziel befindet sich in Kontakt mit der Sensoreinheit 110 (ein Berührungsmodus), das Erfassungsziel befindet sich an einer Position, die geringfügig (z.B. einige cm) von der Sensoreinheit 110 entfernt ist (ein Schwebemodus), und das Erfassungsziel befindet sich nicht in der Nähe der Sensoreinheit 110 (ein Nicht-Annäherungsmodus).
• Der Speicher 128 speichert Programme und Daten, die von der Verarbeitungsvorrichtung 120 verwendet werden, wenn die Verarbeitungsvorrichtung 120 die Verarbeitung durchführt.
• Die von der Verarbeitungsvorrichtung 120 durchgeführte Verarbeitung wird im Folgenden beschrieben. Die Verarbeitungsvorrichtung 120 führt ein Kapazitätserfassungsprogramm aus und führt somit die nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschriebene Verarbeitung durch. Darüber hinaus handelt es sich bei einem von der Verarbeitungsvorrichtung 120 implementierten Verfahren, das das Kapazitätserfassungsprogramm ausführt, um das Kapazitätserfassungsverfahren.
• D.h., gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Kapazitätserfassungsverfahren einen Kapazitätserfassungsschritt zum Erfassen des Kapazitätswerts der Erfassungselektrode 111 der Sensoreinheit 110, die die Erfassungselektrode 111 aufweist, einen Differenzwert-Berechnungsschritt zum Berechnen des Differenzwerts V(t) zwischen dem Kapazitätswert und dem Referenzwert, einen Filterberechnungsschritt zum Berechnen des Filterberechnungswerts Vf(t) durch Ausführen eines zeitgerichteten Filterprozesses an dem Differenzwert V(t) unter Verwendung des Filterparameters α, einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen einer Bedingung um die Sensoreinheit 110 herum auf der Basis des in dem Filterberechnungsschritt berechneten Filterberechnungswerts Vf(t), und einen Filterparameter-Berechnungsschritt zum Berechnen des Filterparameters auf der Basis des in dem Differenzwert-Berechnungsschritt berechneten Differenzwerts V(t).
• Ferner veranlasst gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Kapazitätserfassungsprogramm einen Computer, eine Verarbeitung durchzuführen, die einen Kapazitätserfassungsschritt zum Erfassen des Kapazitätswerts der Erfassungselektrode 111 der die Erfassungselektrode 111 aufweisenden Sensoreinheit 110, einen Differenzwert-Berechnungsschritt zum Berechnen des Differenzwerts V(t) zwischen dem Kapazitätswert und dem Referenzwert, einen Filterberechnungsschritt zum Berechnen des Filterberechnungswerts Vf(t) durch Ausführen eines zeitgerichteten Filterprozesses an dem Differenzwert V(t) unter Verwendung des Filterparameters α, einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen einer Bedingung um die Sensoreinheit 110 herum auf der Basis des in dem Filterberechnungsschritt berechneten Filterberechnungswerts Vf(t), und einen Filterparameter-Berechnungsschritt zum Berechnen des Filterparameters α auf der Basis des in dem Differenzwert-Berechnungsschritt berechneten Differenzwerts V(t) beinhaltet.
• 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Verarbeitung, die ausgeführt wird, wenn die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 und die Filterberechnungseinheit 126 den Filterparameter α bzw. den Filterberechnungswert Vf(t) berechnen.
• Wie in 2 dargestellt, berechnet die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 zu Beginn der Verarbeitung zunächst den Filterparameter α auf der Basis von Gleichung (1) (Schritt S100). Es sei erwähnt, dass wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 bei der Berechnung des Filterparameters α die Berechnung derart ausführt, dass der Filterparameter α in einem vorbestimmten Bereich liegt.
• Anschließend berechnet die Filterberechnungseinheit 126 den Filterberechnungswert Vf(t) auf der Basis von Gleichung (2) unter Verwendung des in dem Schritt S100 berechneten Filterparameters (Schritt S101).
• Durch die vorstehend beschriebenen Schritte wird der Prozess zum Berechnen des Filterparameters α und des Filterberechnungswerts Vf(t) abgeschlossen (Ende).
• Die Details des Prozesses in dem Schritt S100 sind in 3 dargestellt. 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des in 2 dargestellten Prozesses in dem Schritt S100.
• Zu Beginn des Prozesses berechnet die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter α unter Verwendung der Gleichung (1) (Schritt S110).
• Die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 bestimmt, ob der berechnete Filterparameter α größer als α_max ist (Schritt S111). Der Wert α_max ist der maximale Wert, den der Filterparameter α annehmen kann. In dem vorliegenden Beispiel beträgt der Wert α_max zum Beispiel 1.
• Wenn die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 feststellt, dass der berechnete Filterparameter α nicht größer als α_max ist (S111: Nein), stellt die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 fest, ob der berechnete Filterparameter α kleiner als α_min ist (Schritt S112). Der Wert α_min ist der Minimalwert, den der Filterparameter α annehmen kann. In diesem Beispiel ist der Wert α_min zum Beispiel 0,125.
• Wenn die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 feststellt, dass der berechnete Filterparameter α nicht kleiner als α_min ist (S112: Nein), gibt die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den berechneten Filterparameter α aus (Schritt S113).
• Der Ablauf fährt mit einem Schritt S113, wenn der berechnete Filterparameter α größer als oder gleich 0,125 und kleiner als oder gleich 1 ist.
• Wenn jedoch die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 in dem Schritt S111 feststellt, dass der berechnete Filterparameter α größer als α_max ist (S111: Ja), setzt die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter α auf α_max und gibt den Filterparameter α aus (Schritt S114). Durch den Prozess in dem Schritt S114 wird der Filterparameter α auf 1 korrigiert. Der Wert α_max ist der Maximalwert des Filterparameters unter der Bedingung, dass das Ansprechverhalten (die Ansprechgeschwindigkeit) und nicht die Rauschimmunität bzw. Störfestigkeit erforderlich ist.
• Wenn die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 in dem Schritt S112 feststellt, dass der berechnete Filterparameter α kleiner als α_min ist (S112: Ja), setzt die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter α auf α_min und gibt den Filterparameter α aus (Schritt S1 15). Durch den Prozess in dem Schritt S115 wird der Filterparameter α auf 0,125 korrigiert. Der Wert α_min ist der Minimalwert des Filterparameters α, wenn die Störfestigkeit und nicht das Ansprechverhalten (die Ansprechgeschwindigkeit) erforderlich ist. Der Minimalwert kann z.B. als Wert gewählt werden, der die minimal erforderliche Ansprechgeschwindigkeit ergibt, auch wenn das Ansprechen am langsamsten ist.
• Wenn die Prozesse in den Schritten S113, S114 und S115 abgeschlossen sind, beendet die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 die Abfolge der Prozesse (Ende).
• Der Grund dafür, dass in Gleichung (1), die in Schritt S110 verwendet wird, A auf 0,875 und B auf 0,125 gesetzt wird, ist folgender. Zum Beispiel ist die Zählnummer des Differenzwerts V(t), der erhalten wird, wenn das Erfassungsziel die Sensoreinheit 110 berührt, 100, und die Zählnummer des Differenzwerts V(t), der erhalten wird, wenn das Erfassungsziel nicht erfasst wird, ist 0. Wenn der Wert α_min, der der Minimalwert des Filterparameters α ist, wenn Rauschimmunität wie vorstehend beschrieben erforderlich ist, auf 0,125 gesetzt wird, beträgt α_max 1. Aus diesem Grund werden A und B auf 0,875 bzw. 0,125 gesetzt.
• Wenn der Kapazitätswert hoch ist und der Differenzwert V(t) hoch ist, kann durch die in 3 dargestellte Verarbeitung ein ausreichend hohes S/N-Verhältnis erzielt werden. Daher wird der Filterparameter α auf einen hohen Wert eingestellt, um das Filter zu schwächen. Dadurch wird die Grenzfrequenz erhöht und das Ansprechverhalten wird verbessert.
• Wenn der Kapazitätswert niedrig ist und der Differenzwert V(t) niedrig ist, ist das S/N-Verhältnis niedrig. Daher wird der Filterparameter α auf einen niedrigen Wert gesetzt, um das Filter zu verstärken. Dadurch wird die Grenzfrequenz verringert und das Ansprechverhalten wird verschlechtert.
• D.h.,es ist beabsichtigt, dass unter der Bedingung, dass das S/N-Verhältnis hoch ist, das Ansprechverhalten Priorität hat und das Filter geschwächt wird. Unter der Bedingung, dass das S/N-Verhältnis niedrig ist, wird das Filter verstärkt, auch wenn das Ansprechverhalten zu einem gewissen Grad geopfert wird.
• 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des von der Bestimmungseinheit 127 durchgeführten Prozesses. Die Bestimmungseinheit 127 trifft die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel in einem Berührungsmodus befindet, wenn der von der Filterberechnungseinheit 126 berechnete Filterberechnungswert Vf(t) größer als oder gleich einem vorbestimmten ersten Schwellenwert Th_T ist, trifft die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel in einem Schwebemodus befindet, wenn der Filterberechnungswert Vf(t) kleiner als der erste Schwellenwert Th_T und größer als oder gleich einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert Th_H ist, und trifft die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel in einem Nicht-Annäherungsmodus befindet, wenn der Filterberechnungswert Vf(t) kleiner als der zweite Schwellenwert Th_H ist.
• Im Spezielleren stellt die Bestimmungseinheit 127 zu Beginn des Prozesses fest, ob der Filterberechnungswert Vf(t) größer als oder gleich dem Schwellenwert Th_T ist (Schritt S200). Der Schwellenwert Th_T ist ein Schwellenwert, der für die Bestimmung verwendet wird, ob sich das Erfassungsziel im Berührungsmodus befindet, und ist ein Beispiel für den ersten Schwellenwert.
• Wenn die Bestimmungseinheit 127 die Feststellung trifft, dass der Filterberechnungswert Vf(t) größer als oder gleich dem Schwellenwert Th_T ist (S200: Ja), trifft die Bestimmungseinheit 127 die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel im Berührungsmodus befindet (Schritt S201).
• Wenn die Bestimmungseinheit 127 jedoch in Schritt S200 feststellt, dass der Filterberechnungswert Vf(t) nicht größer als und nicht gleich dem Schwellenwert Th_T ist (S200: Nein), stellt die Bestimmungseinheit 127 fest, ob der Filterberechnungswert Vf(t) größer als oder gleich dem Schwellenwert Th_H ist (Schritt S202). Der Schwellenwert Th_H ist ein Schwellenwert, der für die Bestimmung verwendet wird, ob sich das Erfassungsziel im Schwebemodus befindet, und ist ein Beispiel für den zweiten Schwellenwert.
• Wenn die Bestimmungseinheit 127 feststellt, dass der Filterberechnungswert Vf(t) größer als oder gleich dem Schwellenwert Th_H ist (S202: Ja), trifft die Bestimmungseinheit 127 die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel im Schwebemodus befindet (Schritt S203).
• Wenn die Bestimmungseinheit 127 jedoch feststellt, dass der Filterberechnungswert Vf(t) nicht größer als und nicht gleich dem Schwellenwert Th_H ist (S202: Nein), trifft die Bestimmungseinheit 127 die Feststellung, dass sich das Erfassungsziel im Nicht-Annäherungsmodus befindet (Schritt S204).
• Wenn die Prozesse in den Schritten S201, S203 und S204 abgeschlossen sind, beendet die Bestimmungseinheit 127 die Abfolge der Vorgänge (Ende).
• 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Charakteristik des Differenzwerts V(t) und des Filterberechnungswerts Vf(t). In 5 ist ein Filterberechnungswert Vf(t) aufgetragen, wenn der Modus des Erfassungsziels vom Nicht-Annäherungsmodus zum Schwebemodus und dann zum Berührungsmodus wechselt. Entlang der Abszisse ist die Zeit aufgetragen (0 Sekunden bis 100 Sekunden), und entlang der Ordinate ist der Zählwert aufgetragen.
• Zusätzlich zu dem Filterberechnungswert Vf(t) sind die Wellenform des Differenzwerts, der ideal ist (der ideale Differenzwert), und des Filterberechnungswerts aufgetragen, wenn der Filterparameter α auf 0,125 festgelegt ist (α = 0,125 fest). Der Differenzwert V(t) ist eine Wellenform, die durch Hinzufügen von Zufallsrauschen zu dem idealen Differenzwert erhalten wird. Ferner sind ein Schwellenwert Th_T, der zur Bestimmung des Berührungsmodus verwendet wird, und ein Schwellenwert Th_H dargestellt, der zur Bestimmung des Schwebemodus verwendet wird.
• Außerdem wird der Filterberechnungswert Vf(t) unter Bezugnahme auf 6 zusätzlich zu 5 beschrieben. In 6 ist die Charakteristik des Filterparameters α dargestellt.
• Wie in 5 dargestellt, basiert der ideale Differenzwert auf den Daten, wenn das Zielobjekt bei 30 Sekunden in den Schwebemodus und bei 60 Sekunden in den Berührungsmodus übergeht. Der ideale Differenzwert beträgt 0 Zählungen von 0 Sekunden bis 29 Sekunden, 30 Zählungen von 30 Sekunden bis 59 Sekunden und 120 Zählungen bei 60 Sekunden oder später.
• Der Differenzwert V(t), der Rauschen beinhaltet, fällt während eines Zeitraums im Berührungsmodus (60 Sekunden oder später) nicht unter den Berührungsschwellenwert Th_T, so dass bei der Berührungsbestimmung kein Problem auftritt. Allerdings gibt es einen Zeitpunkt, an dem der Differenzwert V(t) den Schwebeschwellenwert Th_H überschreitet, obwohl sich das Zielobjekt nicht in der Nähe befindet, und einen Zeitpunkt, an dem der Differenzwert V(t) unter den Schwebeschwellenwert Th_H fällt, obwohl sich das Zielobjekt im Schwebemodus befindet.
• Darüber hinaus wird, wie in 5 dargestellt, der Filterberechnungswert, der erhalten wird, wenn der Filterparameter α auf 0,125 festgelegt ist, einer Rauschmittelwertverarbeitung unterzogen, die auf der exponentiellen gleitenden Mittelwertverarbeitung mit einem schwereren Filterparameter α (0,125) basiert. Aus diesem Grund überschreitet der Filterberechnungswert den Schwebeschwellenwert Th_H während des Zeitraums des Nicht-Annäherungsmodus (von 0 Sekunden bis 29 Sekunden) nicht. Während der ersten 30 bis 38 Sekunden des Zeitraums des Schwebemodus (von 30 Sekunden bis 59 Sekunden) übersteigt der Filterberechnungswert den Schwebeschwellenwert Th_H nicht, da sich das Ansprechverhalten verschlechtert, was ein Kompromiss für die Stärke des Filters ist; nachdem jedoch der Filterberechnungswert den Schwebeschwellenwert Th_H bei 39 Sekunden übersteigt, fällt der Filterberechnungswert nicht mehr unter den Schwebeschwellenwert Th_H.
• Der Filterberechnungswert, wenn der Filterparameter α auf 0,125 festgelegt ist, führt jedoch auch im Berührungsmodus bei 60 Sekunden und später zu einer Abnahme des Ansprechverhaltens, und es tritt eine Verzögerung von etwa 7 Sekunden ein, bevor der Filterberechnungswert den Berührungsschwellenwert Th_T überschreitet.
• Hinsichtlich des Filterberechnungswerts Vf(t) hingegen wird der Filterparameter α im Bereich von 0,125 bis 1 in Abhängigkeit von dem Differenzwert V(t) dynamisch umgeschaltet. Aus diesem Grund hat der Filterparameter α, wie in dem in 5 dargestellten Nicht-Annäherungsmodus (von 0 Sekunden bis 30 Sekunden), während des Zeitraums, in dem V(t) nahe bei 0 liegt, einen sehr niedrigen Wert, wie dies in 6 dargestellt ist, und daher überschneidet sich der Filterberechnungswert Vf(t) fast mit dem Filterberechnungswert, wenn der Filterparameter α auf 0,125 festgelegt ist.
• Im Schwebemodus (von 30 Sekunden bis 60 Sekunden) ist der Wert des Filterparameters α größer als 0,125, wie in 6 dargestellt, ist jedoch ein relativ kleiner Wert. Daher kann der Filterberechnungswert Vf(t), wie in 5 dargestellt, die Wirkung des exponentiellen gleitenden Durchschnitts erzielen. Wie in 5 dargestellt, gibt es im Nicht-Annäherungsmodus (von 0 Sekunden bis 30 Sekunden) und im Schwebemodus (von 30 Sekunden bis 60 Sekunden) keinen großen Unterschied zwischen dem Filterberechnungswert Vf(t) und dem Filterberechnungswert, der sich ergibt, wenn der Filterparameter α auf 0,125 festgelegt ist.
• Anschließend, nach 60 Sekunden, bei denen das Erfassungsziel die Sensoreinheit 110 berührt, nimmt der Wert des Filterparameters α einen Wert nahe 1 an, wie in 6 dargestellt, und das Filter ist nahezu unwirksam. Aus diesem Grund ist im Berührungsmodus bei 60 Sekunden und danach der Filterberechnungswert Vf(t) im Wesentlichen der gleiche wie der Differenzwert V(t), wie dies in 5 dargestellt ist, und es ist zu sehen, dass das Ansprechverhalten zum Zeitpunkt der Berührung verbessert ist.
• Wie vorstehend beschrieben, wird der Filterberechnungswert Vf(t) als exponentieller gleitender Durchschnitt des Differenzwerts V(t) unter Verwendung des Filterparameters α berechnet, der auf der Basis des Differenzwerts V(t) berechnet wird. Wenn der Differenzwert V(t) niedrig ist, ist folglich auch der Filterparameter α niedrig, so dass das Tiefpassfilter verstärkt wird und Rauschen reduziert wird. Wenn der Differenzwert V(t) dagegen hoch ist, ist der Filterparameter α hoch und das Tiefpassfilter wird somit geschwächt, was das Ansprechverhalten verbessert. Ferner ist, wenn der Differenzwert hoch ist, das S/N-Verhältnis hoch, und wenn der Differenzwert niedrig ist, ist das S/N-Verhältnis ebenfalls niedrig.
• Daher können der kapazitive Sensor 100, das Kapazitätserfassungsverfahren und das Kapazitätserfassungsprogramm bereitgestellt werden, die die Fehlbedienungsrate reduzieren, wenn ein zu erfassendes Objekt von dem kapazitiven Sensor 100 entfernt vorhanden ist, und die das Ansprechverhalten nicht verschlechtern, wenn sich das zu erfassende Objekt in unmittelbarer Nähe befindet.
• Der Filterberechnungswert Vf(t), der durch den kapazitiven Sensor 100, das Kapazitätserfassungsverfahren und das Kapazitätserfassungsprogramm gemäß der Ausführungsform erhalten wird, verbessert das Ansprechverhalten der Bestimmung dahingehend, ob sich das zu erfassende Objekt im Berührungsmodus, im Schwebemodus oder im Nicht-Annäherungsmodus befindet, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Filterparameter α ein fester Wert ist. Darüber hinaus kann der Filterberechnungswert Vf(t) das Risiko einer fehlerhaften Bestimmung verringern.
• Außerdem berechnet die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter α derart, dass das Ansprechverhalten mit zunehmendem Differenzwert V(t) stärker verbessert wird (die Ansprechzeit wird verkürzt). Wenn der Differenzwert V(t) hoch ist, ist der Kapazitätswert hoch, und das S/N-Verhältnis ist ausreichend hoch. Infolgedessen kann das Ansprechverhalten durch Verringerung der Stärke des Tiefpassfilters verbessert werden. Wenn dagegen der Differenzwert V(t) niedrig ist, ist der Kapazitätswert niedrig und ist das S/N-Verhältnis niedrig. Infolgedessen ist es möglich, einen fehlerhaften Betrieb zu vermeiden, indem die Stärke des Tiefpassfilters erhöht wird, um Rauschen zu eliminieren.
• Da der kapazitive Sensor 100 außerdem die Referenzwert-Ermittlungseinheit 123 enthält, die einen Referenzwert auf der Basis des Kapazitätswerts ermittelt, kann ein geeigneter Referenzwert unabhängig von einer Änderung der äußeren Umgebung, wie z.B. einer Temperatur, verwendet werden.
• Da außerdem der Kapazitätswert als Referenzwert ermittelt wird, wenn sich das Erfassungsziel nicht in der Nähe der Erfassungselektrode 111 der Sensoreinheit 110 befindet, kann der Referenzwert unter einer vorgegebenen Bedingung stabil ermittelt werden.
• Da der Annäherungsgrad zwischen der Erfassungselektrode 111 und dem Erfassungsziel auf der Basis des Filterberechnungswerts Vf(t) bestimmt werden kann, kann der Annäherungsgrad außerdem auf der Basis des Filterberechnungswerts bestimmt werden, der entsprechend dem Kapazitätswert zwischen der Erfassungselektrode 111 und dem Erfassungsziel berechnet wird.
• Da der Annäherungsgrad unter Verwendung des Schwellenwerts Th_T und des Schwellenwerts Th_H bestimmt wird, kann die Bestimmung von einem von dem Berührungsmodus, dem Schwebemodus und dem Nicht-Annäherungsmodus stabil erfolgen.
• Da der Filterberechnungswert durch Ausführen des Filterprozesses auf der Basis des exponentiellen gleitenden Durchschnitts des Differenzwerts V(t) berechnet wird, kann außerdem Rauschen reduziert werden, so dass der Annäherungsgrad angemessen bestimmt werden kann. Darüber hinaus erfordert der auf einem exponentiellen gleitenden Durchschnitt basierende Filterprozess, dass als vorheriger Berechnungswert nur der unmittelbar vorhergehende Filterberechnungswert Vf(t-1) in dem Speicher 128 gespeichert wird. Somit ist nur ein einziger vorheriger Wert ausreichend, was die Kapazität des Speichers 128 für die Speicherung vorheriger Werte reduziert. Dadurch können Berechnungen schnell durchgeführt werden.
• Außerdem wird der Filterparameter α mit zunehmendem Differenzwert V(t) erhöht. Aus diesem Grund kann durch eine Erhöhung des Filterparameters α bei einem hohen Differenzwert V(t) die Filterstärke verringert werden und somit das Ansprechverhalten verbessert werden. Im Gegensatz dazu wird der Filterparameter α mit abnehmendem Differenzwert V(t) verringert. Aus diesem Grund wird durch die Verringerung des Filterparameters bei einem niedrigen Differenzwert die Stärke des Filters erhöht und somit Rauschen reduziert. Auf diese Weise kann das S/ N-Verhältnis erhöht werden.
• Außerdem wird bei der Berechnung des Filterparameters α die Berechnung derart ausgeführt, dass der Filterparameter α in einen vorbestimmten Bereich fällt. Dadurch kann der exponentielle gleitende Durchschnitt stabil berechnet werden, und es kann ein geeigneter Filterberechnungswert Vf(t) erzielt werden.
• Da der Minimalwert des Filterparameters α ein Parameter ist, wenn der Differenzwert niedrig ist (wenn das Erfassungsziel weit entfernt ist), sollte ein niedriger Wert vorgegeben werden, um Fehlfunktionen aufgrund von Rauschen zu vermeiden. Ein niedriger Wert verschlechtert jedoch das Ansprechverhalten stärker.
• Dementsprechend wird der niedrigste Wert eingestellt, der ein für den Kunden zufriedenstellendes Ansprechverhalten bietet. Da im Gegensatz dazu der Maximalwert des Filterparameters α ein Parameter ist, wenn der Differenzwert hoch ist (wenn das Erfassungsziel in Kontakt ist), ist das S/N-Verhältnis ausreichend hoch, so dass eine zu hohe Rauschimmunität nicht erforderlich ist. Infolgedessen kann der Maximalwert des Filterparameters α auf einen hohen Wert gesetzt werden.
• Die Ausführungsform ist zwar vorstehend unter Bezugnahme auf den mittels der Gleichung (1) ermittelten Filterparameter α beschrieben wurde, jedoch kann bei der Berechnung des Filterparameters α ein digitaler Tiefpassfilterprozess durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, dass der digitale Tiefpassfilterprozess eine plötzliche Änderung des Filterparameters α verhindern kann.
• Während die Ausführungsform vorstehend unter Bezugnahme auf die Berechnung des Filterberechnungswerts Vf(t) unter Verwendung des exponentiellen gleitenden Durchschnitts beschrieben wurde, kann die Filterberechnungseinheit 126 den Filterberechnungswert Vf(t) auch berechnen, indem sie einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung des einfachen gleitenden Durchschnitts durchführt. Zum Beispiel werden der Differenzwert V(t - 1), der vor einer Berechnung erhalten wurde, und der Differenzwert V(t - (N - 1)), der vor (N - 1) Berechnungen erhalten wurde, im Speicher 128 gespeichert, und der Durchschnitt von N Differenzwerten, einschließlich des jüngsten Differenzwerts V(t), kann als Filterberechnungswert Vf(t) erhalten werden. Der Durchschnitt der N Differenzwerte kann unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (3) berechnet werden.
  [Formel 3] $$Vf\left(t\right)=\frac{V\left(t\right)+V\left(t-1\right)+\cdots +V\left(t-\left(N-1\right)\right)}{N}$$

  
• In diesem Fall ist der Filterparameter N, und im Gegensatz zu dem Fall des exponentiellen gleitenden Durchschnitts verringert die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 den Filterparameter N mit zunehmendem Differenzwert V(t), der von der Differenzwert-Berechnungseinheit 124 berechnet wird. D.h., die Filterparameter-Berechnungseinheit 125 kann einen niedrigeren Wert N ausgeben, wenn der Differenzwert V(t) steigt. Ein niedrigerer Wert N erhöht das Verhältnis des letzten bzw. neuesten Differenzwerts V(t), so dass ein schwächeres Tiefpassfilter vorliegt, und ein größerer Wert von N verringert das Verhältnis des letzten Differenzwerts V(t), und somit ist das Tiefpassfilter verstärkt.
• Wenn der Differenzwert V(t) hoch ist, kann das Tiefpassfilter schwach sein, und wenn der Differenzwert V(t) niedrig ist, muss das Tiefpassfilter verstärkt werden. Daher muss das Tiefpassfilter mit zunehmendem Differenzwert V(t) einen niedrigeren Wert N ausgeben.
• Durch Ausführen eines Filterprozesses auf der Basis eines einfachen gleitenden Durchschnitts kann Rauschen reduziert werden, und der Annäherungsgrad kann angemessen bestimmt werden.
• Während der kapazitive Sensor, das Kapazitätserfassungsverfahren und das Kapazitätserfassungsprogramm gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Spezielleren beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne dass man den Umfang der Ansprüche verlässt.
• Die vorliegende internationale Anmeldung beansprucht die Vorteile der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-209025 , die am 19. November 2019 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019 - 209025 wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
• Bezugszeichenliste

100

kapazitiver Sensor

110

Sensoreinheit

111

Erfassungselektrode

120

Verarbeitungsvorrichtung

122

Kapazitätserfassungseinheit

123

Referenzwert-Ermittlungseinheit

124

Differenzwert-Berechnungseinheit

125

Filterparameter-Berechnungseinheit

126

Filterberechnungseinheit

127

Bestimmungseinheit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 201971020 [0005]
• JP 201923012 [0005]
• JP 2015141557 [0005]
• JP 2019209025 [0094]
• JP 2019 [0094]
• JP 209025 [0094]

Claims (13)

1. Kapazitiver Sensor, aufweisend: eine Sensoreinheit mit einer Erfassungselektrode; eine Kapazitätserfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Kapazitätswert der Erfassungselektrode der Sensoreinheit zu erfassen; eine Differenzwert-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Differenzwert zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert zu berechnen; eine Filterberechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines Filterparameters an dem Differenzwert auszuführen und einen Filterberechnungswert zu berechnen; eine Bestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Bedingung um die Sensoreinheit herum auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit berechneten Filterberechnungswerts zu bestimmen; und eine Filterparameter-Berechnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Filterparameter auf der Basis des von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechneten Differenzwerts zu berechnen.
2. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, wobei die Filterparameter-Berechnungseinheit den Filterparameter derart berechnet, dass eine Ansprechzeit mit zunehmendem Differenzwert, der von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechnet wird, abnimmt.
3. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, der ferner eine Referenzwert-Ermittlungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Referenzwert auf der Basis des von der Kapazitätserfassungseinheit erfassten Kapazitätswerts zu ermitteln.
4. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 3, wobei die Referenzwert-Ermittlungseinheit als Referenzwert den Kapazitätswert ermittelt, wenn sich ein Erfassungsziel nicht in der Nähe der Erfassungselektrode der Sensoreinheit befindet.
5. Kapazitiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bestimmungseinheit einen Annäherungsgrad zwischen der Erfassungselektrode und einem Erfassungsziel auf der Basis des von der Filterberechnungseinheit berechneten Filterberechnungswerts bestimmt.
6. Kapazitiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bestimmungseinheit die Feststellung trifft, dass sich das Erfassungsziel in einem Berührungsmodus befindet, wenn der von der Filterberechnungseinheit berechnete Filterberechnungswert größer als oder gleich einem vorbestimmten ersten Schwellenwert ist, die Feststellung trifft, dass sich das Erfassungsziel in einem Schwebemodus befindet, wenn der Filterberechnungswert kleiner als der erste Schwellenwert und größer als oder gleich einem vorbestimmten zweiten Schwellenwert ist, und die Feststellung trifft, dass sich das Erfassungsziel in einem Nicht-Annäherungsmodus befindet, wenn der Filterberechnungswert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
7. Kapazitiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filterberechnungseinheit einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines exponentiellen gleitenden Durchschnitts ausführt und den Filterberechnungswert berechnet.
8. Kapazitiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filterberechnungseinheit einen zeitgerichteten Filterprozess unter Verwendung eines einfachen gleitenden Durchschnitts ausführt und den Filterberechnungswert berechnet.
9. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 7, wobei die Filterparameter-Berechnungseinheit den Filterparameter mit zunehmendem Differenzwert, der von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechnet wird, erhöht.
10. Kapazitiver Sensor nach Anspruch 8, wobei die Filterparameter-Berechnungseinheit den Filterparameter mit zunehmendem Differenzwert, der von der Differenzwert-Berechnungseinheit berechnet wird, verringert.
11. Kapazitiver Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Filterparameter-Berechnungseinheit bei der Berechnung des Filterparameters die Berechnung derart ausführt, dass der Filterparameter in einen vorbestimmten Bereich fällt.
12. Kapazitätserfassungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: einen Kapazitätserfassungsschritt zum Erfassen eines Kapazitätswerts einer Erfassungselektrode einer Sensoreinheit, die die Erfassungselektrode beinhaltet; einen Differenzwert-Berechnungsschritt zum Berechnen eines Differenzwerts zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert; einen Filterberechnungsschritt zum Ausführen eines zeitgerichteten Filterprozesses unter Verwendung eines Filterparameters an dem Differenzwert und zum Berechnen eines Filterberechnungswerts; einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen einer Bedingung um die Sensoreinheit herum auf der Basis des in dem Filterberechnungsschritt berechneten Filterberechnungswerts; und einen Filterparameter-Berechnungsschritt zum Berechnen des Filterparameters auf der Basis des in dem Differenzwert-Berechnungsschritt berechneten Differenzwerts.
13. Kapazitätserfassungsprogramm, aufweisend: einen Programmcode, um einen Computer zu veranlassen, einen Prozess auszuführen, der Folgendes beinhaltet: einen Kapazitätserfassungsschritt zum Erfassen eines Kapazitätswerts einer Erfassungselektrode einer die Erfassungselektrode aufweisenden Sensorelektrode; einen Differenzwert-Berechnungsschritt zum Berechnen eines Differenzwerts zwischen dem Kapazitätswert und einem Referenzwert; einen Filterberechnungsschritt zum Ausführen eines zeitgerichteten Filterprozesses unter Verwendung eines Filterparameters an dem Differenzwert und zum Berechnen eines Filterberechnungswerts; einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen einer Bedingung um die Sensoreinheit herum auf der Basis des in dem Filterberechnungsschritt berechneten Filterberechnungswerts; und einen Filterparameter-Berechnungsschritt zum Berechnen des Filterparameters auf der Basis des in dem Differenzwert-Berechnungsschritt berechneten Differenzwerts.

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