JP2002534888A - マイクロパワーのキャパシタンスに基づく近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は電子デバイスのための近接検出器である。近接検出器は、共通電極を共有する２つのキャパシタを用いる。２つのキャパシタは電子デバイスのハウジングに配置される。キャパシタは、電子デバイスが通常動作で使用されるときにオペレータの体の一部が一方のキャパシタに密着し、他方のキャパシタが密着しないように、配置される。オペレータの体に近接するとキャパシタの周りの電界が変化する。従って、密着したキャパシタのキャパシタンスは、密着していないキャパシタと異なる。検出回路は、キャパシタと、デバイスの電源とへ結合される。この回路は非常に少ない電力を使用して、電子デバイスのスタンバイまたはパワー・ダウン・モードを維持する。回路が、２つのキャパシタによって生成されたキャパシタンスの差を検出したときのみ、電子デバイスへ最大電力が供給されることを許可する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 多くの現代の電子デバイスは、電力を供給するためにバッテリを用いる。バッ
テリを使用するのには利点がある。それは、バッテリは、デバイスを実質的にど
のような場所でも使用できるようにするからである。人々は、再充電可能な又は
簡単に廃棄可能なバッテリを使用するデバイスを使用することに慣れてしまって
いる。これらのデバイスは、デジタル・カメラ、ビデオ・レコーダ、ラップトッ
プ・コンピュータ、セルラ電話を含む。多くのこれらのデバイスに関しては、一
般に、電力消費は問題ではない。デバイスは、必要なときにターンオンされ、使
用され、終了した時にシャットダウンされる。即ち、バッテリは、デバイスが実
際に使用されているときにのみ、電力が流出される。

【０００２】 幾つかのデバイスでは、オペレータは、デバイスを、断続的ではあるが長時間
使用することを望むことがある。例えば、野外の環境で暗いところを移動すると
きに、人は、選択した対象物を明瞭に見るために、暗視望遠鏡を使用するかもし
れない。しかし、実際の移動の間、人は、デバイスを用いて絶えず見ているのは
不具合であることに気づくであろう。デバイスを最も効率的に使用するには、人
は、移動をやめ、デバイスを目のところへ持ってきて、それを通して見て、その
後にそれを搬送位置へ戻す。その後、人は移動を続ける。これはデバイスを効率
的に使用する方法であるが、電力を効率的に使用する方法ではない。なぜなら、
デバイスは、搬送位置にある時でさえ、絶えず電力を使用しているからである。

【０００３】 １つの簡単な解決法は、単に、デバイスのオンおよびオフを切り替えることで
ある。しかし、これは扱いにくく不便であるので、人の行動を遅くさせ、他のタ
スクをできないようにする。更に、多くのバッテリ給電されるデバイスは、パワ
ー・アップ期間とパワー・ダウン期間とが比較的長い。より高度なデバイスでは
、ブートせねばならないソフトウエア・アプリケーションを有する。これらの全
ては、そのようなデバイスを一貫して手動でオンおよびオフすることを、非実用
的なものとする。

【０００４】 この問題を解決するために、幾つかのデバイスは、アイピースの近くにスイッ
チを組み込んでいる。オペレータがデバイスを通して見るとき、オペレータの頭
はアイピースに接触し、それによりスイッチが電力をオンにする。パワー・アッ
プ（始動）時間の長いデバイスでは、アイピースはデバイスを完全にオンおよび
オフしないが、低電力状態から高電力状態へ切り替える。

【０００５】 このようなスイッチは、問題に対して比較的簡単で経済的な解決法を提供する
が、それらのスイッチの使用には多くの欠点がある。スイッチは、快適に使用さ
れるためには、比較的容易に係合しなければならない。そのため、多くの種類の
意図していない接触により、デバイスをオンおよびオフしてしまう。例えば、暗
視望遠鏡を手で運ぶとき、人は、アイピースを足や体の他の部分にぶつけること
があり、それにより不注意にデバイスをオンにする。このような不注意な接触が
頻繁にある場合、かかるスイッチを導入しても、電力消費を節約できない。デバ
イスを使用するユーザが眼鏡を着用する場合には更なる問題もある。デバイスの
アイピースは、眼鏡に強く押しつける必要があり、そのため、眼鏡がオペレータ
の頭を押すことになり、苦痛や不快感を与える。

【０００６】 別の電力低減デバイスは、電子デバイスの近くに組み込まれた赤外線センサを
使用するものである。アイ・デテクタ（eye detector）は、近くにいる人からの
熱を検出するか、又は赤外線ビームを放射してその反射を検出し、デバイスをパ
ワー・アップすべき時を決定する。人からの熱を単に検出するのは、常に効率的
であるという訳ではない。なぜなら、熱は体のあらゆる部分から発生されるから
である。これもまた、デバイスを使用することを実際に意図していない時にデバ
イスをパワー・アップさせることになり、電力を浪費する。赤外線ビームを放射
してその反射を検出することについては、２つの問題がある。第１に、エミッタ
−デテクタは、それ自体が比較的多くの量の電力を使用し、そのため、得られた
であろう多くの利点を損なう。第２に、投射された赤外線ビームは、多くの無関
係のソースにより検出される。これは、これらのデバイスを軍事的作戦で使用す
る場合には、特に考慮されるべきことである。

【０００７】 熱センサおよびエミッタ／デテクタ組の両方を用いた場合、眼鏡を装着する人
に関しては問題がある。なぜなら、眼鏡のレンズが赤外線放射を偏向させること
があり、それにより、検出器（デテクタ）が人の存在を示してデバイスをターン
・オンすることが、妨げられる。

【０００８】 幾つかの電子デバイスは、複雑なアイ・イメージング（eye imaging）・デテ
クタを用いる。そのようなデテクタもまた、比較的多量の電力を使用するという
ことに苦しんでいる。更に、そのようなイメージングを行うために必要な光学系
は、しばしば、デバイスの寸法を、商業的に望まれている寸法よりも大きくさせ
る。従って、デバイスを低電力使用段から高電力使用段へ切り替える、簡単で効
率的な近接検出器を提供する必要がある。

【０００９】 発明の概要 本デバイスは、電子デバイスのアイピースの近くに配置される容量性プレート
を用いる。容量性プレートは、最小量の電力を使用する比較的簡単な回路へ接続
される。２つのキャパシタを形成する３つの容量性プレートがアイピースの近く
に配置される。２つのキャパシタは中間のプレートを共用する。容量性プレート
は、オペレータがアイピースを見るときに、オペレータの鼻および頬が１つのみ
のキャパシタを覆うように、アイピースとアライメントされる。電子デバイスが
スタンバイまたはパワーダウン・モードにあるとき、何れのキャパシタの前にも
物が無い場合は、両方のキャパシタの出力は同じである。目の高さに持ち上げら
れ、１つのキャパシタがオペレータの顔で覆われたとき、その覆われたキャパシ
タの周りの電界が変化する。即ち、そのキャパシタの出力は、覆われていないキ
ャパシタとは異なる。このキャパシタンスの差が回路により表され、デバイスが
パワー・アップされる。デバイスがスタンバイ・モードにあり、オペレータが、
例えば、デバイスを足に置くなどして、不注意に両方のキャパシタを覆った場合
に、デバイスが、意図に反してパワー・アップされるというようなことはない。
なぜなら、両方のキャパシタが同じ物で覆われた場合、両方のキャパシタのキャ
パシタンスは同じになり、差がでないからである。

【００１０】 本発明の目的は、電力を節約して使用する電子デバイスのための近接検出器を
提供することである。 本発明の別の目的は、活性化されたときに、電子デバイスを低電力状態または
無電力状態からパワー・オン状態にする近接検出器を提供することである。

【００１１】 本発明の更なる目的は、電子デバイスを実際に使用することが意図されるとき
に、その電子デバイスを高い信頼性でパワー・オンする近接検出器を提供するこ
とである。

【００１２】 本発明の更に別の目的は、誤った検出を最小限にする近接検出器を提供するこ
とである。 本発明の更に別の目的は、非常に少ない電力を使用する近接検出器を提供する
ことである。

【００１３】 本発明の更に別の目的は、眼鏡の使用に影響されない近接検出器を提供するこ
とである。 本発明の更なる目的は、電子デバイス内で比較的少ない量の空間を占有する近
接検出器を提供することである。

【００１４】 好適な実施形態の詳細な説明 図１を参照すると、本発明の第１の実施形態が示されており、同じ参照番号は
同じエレメントを説明するために使用されている。電子デバイス１０は、ハウジ
ング１４と、その中央に配置されたアイピース１２とを有する。電子デバイス１
０は、多種の商業的に入手可能な電子製品を代表して表すことを意味する。例え
ば、示されている単眼の装置は、暗視スコープ、ビデオ・カメラ、デジタル・カ
メラ、または他の任意の形式の手持型のポータブルの電子ディスプレイで使用で
きる。示してはいないが、ハウジング１４は、双眼の装置で、又はセルラ電話の
ようなアイピースを全く使用しないデバイスで使用するように構成できる。第１
電極１７、第２電極１８、第３電極１９が、ハウジング１４内に間隔をあけて並
列に配置される。３つの電極１７、１８、１９は、第１キャパシタ２０および第
２キャパシタ２２を形成する。これらの個別のキャパシタは共通の１つの電極１
８を有する。

【００１５】 図２に近接検出回路２４が示され、近接検出回路２４は電源またはバッテリ１
５に接続されている。近接検出回路２４は、キャパシタ２０とキャパシタ２２の
間のキャパシタンスの差を検出するように働く。その差が検出された場合に、電
力がバッテリまたは電源１５から流れることを可能にして、電子デバイス１０を
パワー・アップ（電源投入）する。

【００１６】 図３のブロック図を参照して、近接検出回路２４の一般的動作を説明する。ク
ロック回路／ロジック・ゲート２６は、ロジック信号を、第１キャパシタ２０お
よび第２キャパシタ２２へ提供する。第１キャパシタ２０および第２キャパシタ
２２のキャパシタンスは電流に変換され、それぞれの増幅器／フィルタ回路２８
および３０へ送られる。次に、第１キャパシタ２０からの信号がインバータ回路
２２を通って流れる。その反転された信号と、キャパシタ２２からの信号とが加
算回路３４へ送られる。スタンバイ・モードでは、キャパシタ２０とキャパシタ
２２とからの出力は同じはずである。従って、一方の信号が反転され、他方の信
号と加算されたとき、最終結果は０になる。最終結果が０のとき、加算回路３４
は所定の出力３６を出力する。第１キャパシタ２０と第２キャパシタ２２のキャ
パシタンスが同じではない場合には、一方の信号が反転されて両方の信号が加算
されたときに、最終結果は０以外のものとなり、加算回路３４の出力は、電子デ
バイス１０をパワー・アップさせるようにトリガする。

【００１７】 図４を参照して、近接検出回路２４の一実施形態の詳細な動作を説明する。キ
ャパシタ２０に関して、クロック２６からのロジック信号がハイのとき、上側の
スイッチ３８の組が閉じ、下側のスイッチ４０の組が開く。また、ローのとき、
下側のスイッチ４０の組が閉じ、上側のスイッチ３８の組が開く。従って、スイ
ッチ３８、４０の左側が電源Ｖに接続され、スイッチの右側は仮想接地にある。
キャパシタ２０を充電するときに流れる電流は、第１加算接合部４２に向けて流
れる。クロック２６からの制御信号がローになったとき、キャパシタ２０の左側
が接地に接続され、右側は仮想接地にとどまる。キャパシタ２０での極性を反転
するために必要な電流は、第２加算接合部４４から来る。従って、２つの増幅器
４６、４８の出力での電圧は、キャパシタ２０から転送された電荷に応答して反
対の方向へ進む。

【００１８】 キャパシタ２０とキャパシタ２２は１つの電極１８を共有し、その電極は２つ
のキャパシタの中間に配置されている。キャパシタ２０に関する説明は、キャパ
シタ２２にも適用できるが、電荷の転送の極性が反転されていることが異なる。
第１の対の電極（キャパシタ２０）は、電流を上側の加算接合部へ注入し、第２
の対の電極（キャパシタ２２）は、電流をこの加算接合部から抽出する。即ち、
この差動的な構成は、キャパシタ２０および２２に共通のキャパシタンスを拒否
し、差のみを示す。もちろん、同様の構成を、２つの分かれた別個のキャパシタ
を用いて、各キャパシタからの１つの電極を電気的に結合して同じ共有型の電気
的構成にすることにより、作ることもできる。

【００１９】 キャパシタンスを表す単一出力を生成するために、増幅器４６からの信号がイ
ンバータ３２により反転（仮想接地に関して）される。次に、それが、加算回路
３４により、増幅器４８からの信号へ加算される。増幅器４６、４８が接続され
る限りは、スイッチがもたらすクロック・フィードスルーおよび電荷注入エラー
はコモンモード信号であり、そのため、これらのエラーは、一方の信号が反転さ
れて他方へ加算されたときに相殺される。

【００２０】 再び図１を参照し、電子デバイス１０の動作を説明する。電子デバイス１０を
使用するために、マスタ電源スイッチがターン・オンされ、それにより近接検出
器回路２４へ電力が供給される。比較的長いパワー・アップ期間を要するデバイ
スでは、それをここで行い、次に、システムを電力節約スタンバイ・モードに切
り替える。オペレータが電子デバイス１０を使用したいときに、それを目の高さ
まで持ち上げる。オペレータがアイピース１２を通して見ると、彼の鼻および頬
がキャパシタ２０、２２の一方に密着する。その結果、密着されたキャパシタの
周りの電界が変化し、差が発生し、それが回路３４により検出される。これが回
路２４をトリガして、電子デバイスが最大電力を得て所定の機能を行うことがで
きるようにる。タスクが完了すると、オペレータは単に電子デバイス１０を下げ
る。それにより両方のキャパシタが再び同じ電界の条件となるので、もはや、回
路２４に検出される差はない。従って、回路２４は、デバイス１０をトリガして
、低電力または無電力状態へ戻す。

【００２１】 当業者は、本発明の精神および中心的特性から離れずに、本発明を他の特定的
な形式で実現できることを理解するであろう。本発明の上述の説明は、本発明の
例示的実施形態を示すのみであり、他の変形も本発明の範囲内にあることを意図
することが理解される。従って、本発明は、詳細に説明した特定の実施形態に制
限されるものではない。本発明の範囲および内容を示すものとしては、請求項を
参照すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、破線で示された本発明の差動キャパシタを用いる電子デバイスの正面
図を示す。

【図２】 図２は、本発明の差動キャパシタを用いる電子デバイスの平面図である。

【図３】 図３は、近接検出器の差動容量アナライザの回路のブロック図である。

【図４】 図４は、近接検出器の差動容量アナライザの回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J050 AA03 AA37 AA49 BB22 CC00 EE31 EE36 EE40 FF00 【要約の続き】

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のキャパシタのうちの１つに近接する物の存在を検出す
   るための、キャパシタンスに基づく接検出器であって、 第１キャパシタと、 前記第１キャパシタに結合された第２キャパシタと、 前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタのキャパシタンスを検出するた
   めに前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタに結合される回路であって、
   前記第１キャパシタのキャパシタンスと前記第２キャパシタのキャパシタンスが
   等しいときに第１出力を供給し、 前記第１キャパシタのキャパシタンスと前記第２キャパシタのキャパシタンスが
   等しくないときに第２出力を供給する回路と、 を備える近接検出器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の近接検出器であって、 電子デバイスと、 電源と、 前記電子デバイス、前記第１キャパシタ、前記第２キャパシタ、前記回路、お
   よび前記電源を収容するハウジングと、 を更に備え、 前記回路が前記電源と前記電子デバイスの間に結合され、前記回路が前記第２
   出力を供給するときのみ、電力が前記電子デバイスへ供給されるようにした、 近接検出器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の近接検出器であって、 前記ハウジングの１つの面を提供する外壁を更に備え、 前記外壁に前記第１キャパシタが前記第２キャパシタに近接して取り付けられ
   る、 近接検出器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の近接検出器であって、 前記外壁および前記電子デバイスに結合されるアイピースを更に備え、 前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタが前記外壁内に取り付けられ、
   オペレータがアイピースを通して見るときに、前記第１キャパシタと前記第２キ
   ャパシタの両方ではなく何れかが、前記オペレータの顔の一部と密着することに
   より、前記第１キャパシタの周りの電界と前記第２キャパシタの周りの電界とを
   異ならせる、 近接検出器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の近接検出器であって、前記電子デバイスは
   デジタル・カメラである、近接検出器。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の近接検出器であって、前記電子デバイスは
   ビデオ・カメラである、近接検出器。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の近接検出器であって、前記電子デバイスは
   単眼のスコープである、近接検出器。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の近接検出器であって、前記単眼のスコープ
   は暗視デバイスである、近接検出器。
9. 【請求項９】 請求項４に記載の近接検出器であって、前記電子デバイスは
   双眼のデバイスである、近接検出器。
10. 【請求項１０】 請求項４に記載の近接検出器であって、前記電子デバイス
    はポータブル・コンピュータ・ディスプレイである、近接検出器。
11. 【請求項１１】 請求項２に記載の近接検出器であって、前記電源はバッテ
    リである、近接検出器。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の近接検出器であって、前記バッテリは
    再充電可能である、近接検出器。
13. 【請求項１３】 電子デバイスのための近接検出器であって、 前記電子デバイスを収容するハウジングと、 前記ハウジング内に取り付けられ、前記電子デバイスへ電力を供給する電源し
    と、 前記ハウジングの外壁に取り付けられる第１電極、第２電極、および第３電極
    と、 前記第１電極および前記第２電極とを含む第１キャパシタと、 前記第２電極および前記第３電極とを含む第２キャパシタと、 前記電子デバイスおよび前記電源へ結合された近接検出回路であって、 クロックにより駆動され、前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタ
    へ結合され、前記電源から電力を受け取り、前記第１キャパシタおよび前記第２
    キャパシタへ入力信号を供給するロジック・ゲートと、 前記第１キャパシタへ結合され、前記第１キャパシタから第１信号を受け
    取り、第１出力を供給する第１の増幅器およびフィルタと、 前記第２キャパシタへ結合され、前記第２キャパシタから第２信号を受け
    取り、第２出力を供給する第２の増幅器およびフィルタと、 前記第２の増幅器およびフィルタへ結合され、前記第２出力を反転するイ
    ンバータと、 前記インバータおよび前記第１の増幅器およびフィルタとへ結合され、前
    記第１出力と前記第２出力が等しいときに第１制御信号を生成し、前記第１出力
    と前記第２出力が等くないときに第２制御信号を生成する加算回路と を含む近接検出回路と を備え、 前記電子デバイスは、前記加算回路が前記第２出力を生成するときのみ、前記
    電源から最大電力を受け取る、 近接検出器。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の近接検出器であって、アイピースを更
    に備え、該アイピースは、前記ハウジングへ結合され、前記第１電極、前記第２
    電極、および前記第３電極は、前記アイピースと相関的な構成となるように前記
    ハウジングに取り付けられ、オペレータが前記アイピースを通して見るときに、
    前記電極の２つのみの電極が前記オペレータの顔の一部と密着するようにする、
    近接検出器。
15. 【請求項１５】 請求項１３に記載の近接検出器であって、前記電子デバイ
    スは、前記加算回路により、無電力状態から最大電力状態へ変更される、近接検
    出器。
16. 【請求項１６】 請求項１３に記載の近接検出器であって、前記電子デバイ
    スは、前記加算回路により、低電力状態から最大電力状態へ変更される、近接検
    出器。
17. 【請求項１７】 請求項１３に記載の近接検出器であって、前記電源はバッ
    テリを含む、近接検出器。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の近接検出器であって、前記バッテリは
    再充電可能である、近接検出器。