JP2006504948A - 電荷移動を利用した容量式位置センサ - Google Patents
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Abstract
Description
(関連出願)
本出願は、2002年10月31日に出願され、シリアル番号60/422,837を有する、発明者による米国仮特許出願の優先権を主張するものである。
1)デルタ信号ΔSig1及びΔSig2を計算する。
ΔSig2=Ref2−Sig2
2)位置を表わす比を計算する。
上式において、値Pは細片の第1端部18を基準とし、0と1との間の値を有する。
ここで、図2bに示す種類の回路を使用するに当たって、リアルタイム信号Sig1及びSig2は常に基準値よりも小さい。その理由は、カウンターは、細片のスポット容量が増えると、より少ない数をカウントするからである。この要素が上記結果の極性に取り込まれ、ΔSigに関する等式が(Sig−Ref)ではなく(Ref−Sig)に基づくものとなる理由となる。
一つの結果を分割して特定の位置「区分」に分類し、重要領域(図12に示すような)を定義し、
Pに対して信号フィルタリングを行なって位置雑音を小さくするか、または
「リフトオフ(lift off)」検出を行なうことにより、物体の除去及びそれに伴う信号損失を検出し、処理して、最後に接触した位置のメモリへの保存が可能となる。
Claims (28)
- 二つの電極の間に延びる検出本体に沿った位置を表わす出力を物体が検出本体に近接した時点で供給する容量センサであって、
二つの容量検出チャネルであって、各チャネルは電極群のうちの個々の一つに接続され、かつ物体が本体に近接したときに、物体によって生じる容量負荷に対する個々の非直線応答を表わす個々のチャネル出力を有する、二つの容量検出チャネルと、
二つのチャネルを同期して動作させる手段と、
二つのチャネルから個々の出力を受信し、二つのチャネルの出力の選択された線形合成の比であって、物体の位置によって直線的に変化する比を計算し、前記比を位置を表わす出力として供給する計算手段と、を備えるセンサ。 - 請求項1記載のセンサにおいて、チャネル群の各々からの個々の出力は、物体が検出本体に隣接するときに測定される個々の第1の値と、物体が検出本体から離れているときに測定される個々の第2の値との数値差を含む、センサ。
- 請求項1又は2記載のセンサにおいて、物体は電気接地に容量結合されている、センサ。
- 請求項1,2又は3記載のセンサにおいて、各検出チャネルは、
二つの端子を有する個々のサンプリング・キャパシタであって、そのうちの一つの端子が関連の電極に電気スイッチング素子を介することなく接続されている、個々のサンプリング・キャパシタと、
三つの電気スイッチング素子であって、三つの電気スイッチング素子の各々が、前記個々のサンプリング・キャパシタの端子群のうちの一つを二つの異なる基準電圧の一つのみに接続する単一の個々の閉じ状態と、端子群のうちの個々の一つを前記二つの基準電圧のうちのいずれにも接続しない個々の開き状態とを有する、三つの電気スイッチング素子と、
前記個々のサンプリング・キャパシタの端子群のうちの選択された一つの端子における電圧測定値に応答して個々のチャネル出力を供給する個々の測定回路とを含む、センサ。 - 請求項1,2又は3記載のセンサにおいて、複数の電気スイッチング素子を備え、各検出チャネルは、
二つの端子を有する個々のサンプリング・キャパシタであって、そのうちの一つの端子が個々の電極に電気スイッチング素子群のうちの一つを介することなく接続されている、個々のサンプリング・キャパシタと、
前記個々のサンプリング・キャパシタの端子の両方を第1の選択された基準電圧に接続することにより個々のサンプリング・キャパシタをリセットする、前記複数の電気スイッチング素子のうちの少なくとも一つの個々の電気スイッチング素子と、
前記個々のサンプリング・キャパシタの二つの端子のうちの一つの端子を前記第1の選択された基準電圧に、二つの端子のうちの二番目の端子を第2の選択された基準電圧に交互に切り替える、前記複数の電気スイッチング素子のうちの少なくとも二つの別の個々のスイッチング素子とを含む、センサ。 - 請求項1,2又は3記載のセンサにおいて、
各チャネルは、個々の抵抗体−キャパシタの組と、関連する電極でのパラメータ変化を測定する手段とを含み、
前記二つのチャネルを同期して動作させる前記手段は、少なくとも三つの電気スイッチング素子を制御するコントローラを含み、
前記少なくとも三つの電気スイッチング素子のうちの二つは、前記二つの電極の両方を第1の基準電圧に同時に接続するようにコントローラにより動作可能であり、
前記少なくとも三つの電気スイッチング素子のうちの少なくとも三番目のスイッチング素子は、第2の基準電圧を各抵抗体−キャパシタの組に同時に接続するように動作可能である、センサ。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセンサにおいて、チャネル群の各々は、その電圧が容量負荷とともに逆指数関数的に上昇するサンプリング・キャパシタを含む、センサ。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記計算手段はマイクロコントローラを含み、チャネルを同期して動作させる前記手段は前記マイクロコントローラにより制御される複数のスイッチング素子を含む、センサ。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記検出本体は、互いに隣接し、かつ間に間隙を有しながら延びる、導電材料からなる二つの細片であって、二つの細片のうちの少なくとも一つはその長さに沿って傾いている、二つの細片を含む、センサ。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記検出本体は単一の抵抗を含む、センサ。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のセンサ検出本体は、直列接続された複数の個別抵抗を含む、センサ。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記選択された合成は、物体の位置に対して前記比が直線的に変化するような線形合成である、センサ。
- 二つの電極の間に延びる検出本体に沿って物体の位置を検出する容量センサであって、
前記二つの電極にそれぞれ接続される二つの検出チャネルであって、各検出チャネルが、
二つの端子を有する個々のサンプリング・キャパシタであって、二つの端子のうちの一つが関連電極に電気スイッチング素子を介することなく接続されている、個々のサンプリング・キャパシタと、
三つの電気スイッチング素子であって、三つの電気スイッチング素子の各々が、前記個々のサンプリング・キャパシタの端子群のうちの一つを二つの異なる基準電圧の一つのみに接続する単一の個々の閉じ状態と、端子群のうちの個々の一つを前記二つの基準電圧のうちのいずれにも接続しない個々の開き状態とを有する、三つの電気スイッチング素子と、
前記個々のサンプリング・キャパシタの端子群のうちの選択された一つの端子における測定値に応答する出力を供給する個々の測定回路とを含む、二つの検出チャネルと、
前記スイッチング素子群を選択的に開き、かつ閉じるスイッチ・コントローラと、
前記二つの測定回路のそれぞれの出力から物体の位置を計算する手段と、を備えるセンサ。 - 請求項13記載のセンサにおいて、物体の位置を計算する前記手段はマイクロコントローラを含む、センサ。
- 請求項13又は14記載のセンサは、更に、前記二つの測定回路からの個々の出力を合計し、合計が、格納された最小しきい値を超える場合に検出出力を供給する手段を備える、センサ。
- 請求項13,14又は15記載のセンサにおいて、前記検出本体は単一の抵抗を含む、センサ。
- 請求項13,14又は15記載のセンサにおいて、前記検出本体は直列接続された複数の個別抵抗を含む、センサ。
- 二つの電極の間に延びる検出本体に沿って物体の位置を検出する容量センサであって、
複数の電気スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子群を選択的に閉じるスイッチコントローラと、
前記電極群からの個々の入力を有し、かつ、個々の関連する測定回路からの個々の出力を有する二つの検出チャネルであって、各検出チャネルが、
二つの端子を有する個々のサンプリング・キャパシタであって、そのうちの一つの端子が個々の電極に前記電気スイッチング素子群のうちの一つを介することなく接続されている、個々のサンプリング・キャパシタと、
前記個々のサンプリング・キャパシタの端子の両方を第1の選択された基準電圧に接続することにより個々のサンプリング・キャパシタをリセットする、前記複数の電気スイッチング素子のうちの少なくとも一つの個々の電気スイッチング素子と、
前記個々のサンプリング・キャパシタの二つの端子のうちの一つの端子を前記第1の選択された基準電圧に、二つの端子のうちの二番目の端子を第2の選択された基準電圧に交互に切り替える、前記複数の電気スイッチング素子のうちの少なくとも二つの別の個々のスイッチング素子とを含む、二つの検出チャネルと、
前記二つの測定回路の個々の出力から物体の位置を計算する手段と、を備えるセンサ。 - 請求項18記載のセンサにおいて、物体の位置を計算する前記手段は、マイクロコントローラを含む、センサ。
- 請求項18又は19記載のセンサは更に、前記二つの測定回路からの個々の出力を合計し、合計が選択された最小しきい値を超える場合に検出出力を供給する手段を備える、センサ。
- 請求項18,19又は20記載のセンサにおいて、前記検出本体は、互いに隣接し、かつ間に間隙を有しながら延びる、導電材料からなる二つの細片であって、二つの細片のうちの少なくとも一つがその長さに沿って傾いている、二つの細片を含む、センサ。
- 請求項18,19又は20記載のセンサにおいて、前記検出本体は単一の抵抗を含む、センサ。
- 請求項18,19又は20記載のセンサにおいて、前記検出本体は直列接続された複数の個別抵抗を含む、センサ。
- 二つの電極の間に延びる検出本体に沿って物体の位置を測定する方法あって、前記二つの電極の各々は個々の容量検出チャネルに接続され、各チャネルは、一つの端子が二つの電極のうちの個々の一つの電極に接続された二つの端子を有する個々のサンプリング・キャパシタと、個々の出力を有する個々の測定回路とを含み、前記個々の測定回路は、個々のサンプリング・キャパシタの前記二つの端子のうちの選択された一つの端子に接続され、前記方法は、連続して実施される、
a)前記サンプリング・キャパシタ群の各々を個々の選択された初期状態にリセットする工程と、
b)前記チャネル群のうちの一つのチャネルにのみにそれぞれ関連する個々の第1スイッチ群を同時に閉じて、各サンプリング・キャパシタの個々の選択された端子を第1の選択された電圧に接続する工程と、
d)選択された期間の間待機し、前記第1スイッチ群の両方を同時に開く工程と、
e)個々の第2スイッチを閉じて個々のサンプリング・キャパシタの端子群のうちの前記個々の選択された端子ではない方の各端子を個々の第2の選択された電圧に接続する工程と、
f)各チャネルに関して、前記個々の測定回路を使用して、前記個々のサンプリング・キャパシタの前記個々の選択された端子における個々の電圧を測定する工程と、
g)前記二つの測定回路の出力から物体の位置を計算する工程と、を備える方法。 - 請求項24記載の方法において、物体の位置を計算する前記工程は、前記二つの測定回路の出力から比を算出する工程を含む、方法。
- 請求項24又は25記載の方法は更に、前記二つの測定回路の出力から検出状態の表示を判定する追加工程を備える、方法。
- 請求項24,25又は26記載の方法において、物体の位置を計算する前に、少なくともb)〜e)の工程が選択された回数だけ繰り返される、方法。
- 請求項24乃至27のいずれか一項に記載の方法において、前記測定回路の各々は、個々のカウンターを含む、方法。
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