JP2011515692A - 測定システムのためのアダプタ・コンポーネント - Google Patents

Abstract

本発明による回路配置は電気的接続を測定する測定装置、および１つまたは複数の導体パターンを備える。導体パターンは、導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように適合させるアダプタ・コンポーネントを使用して測定装置に接続されている。

Description

本発明は電気的接続の測定システム、およびその測定システムに接続されるべきアダプタ・コンポーネントに関する。

本発明はまた請求項９による構成に関する。

従来技術のソリューションでは、電極の電気的接続を測定する装置は、たとえばＡＤ（アナログからデジタルへ）コンバータ、ＤＡ（デジタルからアナログへ）コンバータ、マルチプレクサ、電圧の調整を目的としたコンポーネント、ならびにコンデンサ、抵抗器、およびコイルも含む、非常に大量の複数のコンポーネントによって実装される。さらに、いくつかの従来技術のソリューションでは、測定装置と測定ポイントとの間のアダプタとして測定ポイントのインピーダンスによる変圧器が使用される。非常に大量のコンポーネントによって実装されたこれらのタイプの測定構成および測定装置は複雑であり、たとえばその複雑性のためコスト面が高く、これは測定構成の高コストが不利益であるかソリューションの使用にとって障害であるアプリケーションにおいて使用する際に問題である。

電気的接続を測定する容量式のタッチ・センサによって小型装置のユーザ・インターフェースを実装するために、統合されたマルチチャネル容量測定コンポーネントが開発された。いくつかの従来技術のソリューションでは、薄い、すなわちフィルムのような単一の電極センサを使用して容量測定によってタッチを検出するキーボードが実装される。このタイプのソリューションでは、ボタン上に与えられたタッチを検出するために、他のボタンの電極への、および／またはその環境内の他の部分への電気的接続が測定される。これらのタイプのソリューションで使用されるコンポーネントの例は、容量デジタル・コンバータ（ＣＤＣ）マイクロコントローラのＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅ（商標）のＣａｐＴｏｕｃｈ（商標）製品群である。これらのタイプのマイクロコントローラの測定範囲は、総容量が最大でも数十ピコファラッドの場合における容量変化の測定に限定されている。

容量測定のために使用されるマイクロコントローラの諸利点は、たとえばそれに基づく回路ソリューションの簡潔性、ソリューションによって必要なコンポーネントが少量でありスペースをそれほど必要としないこと、必要な回路基板層が少数であること、およびこのソリューションによって低消費電力および低所要電力が実現されることである。

特許公報ＵＳ６４０７５５６

従来技術のソリューションのある問題点は、安価で電気的接続の測定に適している装置およびコンポーネントの測定範囲が限定されていることである。それらの装置およびコンポーネントは、たとえば小型電極を利用するタッチ・センサ式のキーボードの実装にはよく適しているが、サイズがより大きいセンサ・ソリューションは容量が大きいため測定周波数で実装されるインピーダンスはそれらに関連して低すぎるので、ＣＤＣマイクロコントローラまたは対応するコンポーネントは安価ではあるが測定する際の使用には適していない。

インピーダンス測定のある従来技術のアプリケーションは、導体パターンのインピーダンス・レベルの測定に基づいて、導体パターン付近に位置する、または移動しているオブジェクトを検出している。ある従来技術のソリューションは、特許公報ＵＳ６４０７５５６（人またはオブジェクトの存在における変化を表示するためのセンサ）に説明されている。これらのタイプの測定構成において使用されるべき一般的な導体パターンの大きさ、それを取り巻く構造、および他のファクタによって決定される測定されるべき電気的接続は、そのマグニチュードの大きさにおいて一般的に１〜３０ナノファラッド（ｎｆ）の容量に対応する。

本発明は、請求項において言及されることを特徴とする。

本発明は容量測定をする際に使用される回路構成を提示し、導体パターンによって測定されたインピーダンスが低い場合は、その回路構成を使用することによって測定構成においてセンサとして使用される導体パターンに測定装置が適合される。

本発明による電気的接続を測定するためのシステムは、容量および１つまたは複数の導体パターンも測定する測定装置を備える。本発明は、導体パターンが、導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように適合させるアダプタ・コンポーネントを使用して測定装置に接続されていることを特徴とする。アダプタ・コンポーネントは、たとえば導体パターンおよび測定装置に接続されると測定周波数で適するインピーダンスを生成する抵抗器、コンデンサ、またはコイルでよい。

本発明のいくつかの実施形態では、アダプタ・コンポーネントは、たとえばシステムの装着段階で測定装置および導体パターンに接続されうる別々のコンポーネントでよい。本発明の他のいくつかの実施形態では、アダプタ・コンポーネントは測定装置に永続的に接続されるコンポーネントでよい。さらに本発明の他のいくつかの実施形態では、アダプタ・コンポーネントは導体フィールドに永続的に接続されるコンポーネントでよい。

本発明はまた、導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように適合させることを特徴とするアダプタ・コンポーネントに関することができる。

本発明はさらに、１つまたは複数の導体パターンを備え、導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように適合させる１つまたは複数のアダプタ・コンポーネントを備える導体フィールドに関することができる。

導体フィールドの個々の導体パターンの領域は、たとえば少なくとも５、５０、または５００平方センチメートルでよい。

本発明はさらに、導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように適合させるアダプタ・コンポーネントを備える測定装置に関することができる。測定装置によって処理される最小インピーダンスは測定周波数でたとえば最大でも６０ピコファラッドまたは１００ピコファラッドの容量に対応できる。測定装置によって使用される測定周波数はたとえば２５０キロヘルツでよい。導体パターンによって生成された容量は、いくつかの実施形態では最大でたとえば少なくとも１０１または２００ピコファラッドであり、他のいくつかの実施形態では（たとえば、他のいくつかの導体パターンによって）最大でも５ナノファラッドでよい。導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適するように十分に大きいインピーダンスに上げるために、アダプタ・コンポーネントは必要な大きさにされることが好ましい。たとえば、最大で２００ピコファラッドの容量を生成する導体パターンは、８０ピコファラッド直列コンデンサで最大でも６０ピコファラッドの容量を測定する装置に適合することができる、または最大で５ナノファラッドの容量を生成する導体パターンは、６０ナノファラッド直列コンデンサで同じタイプの測定装置に適合することができる。一方、たとえば最大で２００ピコファラッドの容量を生成する導体パターンは、２００ピコファラッドの直列コンデンサで、最大でも１００ピコファラッドの容量を測定する装置に適合することができる。

アダプタ・コンポーネントは、たとえば１つまたは複数のコンデンサを備えることができる。いくつかの好ましい実施形態では、アダプタ・コンポーネントは導体パターンごとに少なくとも１つのコンデンサを備える。アダプタ・コンポーネントは、たとえば導体パターンと測定装置との間に直列に接続されうる。

本発明の異なる実施形態による、測定装置をセンサに接続するための回路構成は、たとえば測定装置とセンサとの間の電気的適合を可能にするので、電気特性において大いに異なるセンサ構成に関連して同じタイプの測定装置が使用されうる。

本発明はまた、１つまたは複数の導体パターンならびに導体パターンの間の電気的接続を測定するための測定手段を備える構成に関する。構成は導体パターンとその環境との間の接続によって生成されたインピーダンスを上述の測定手段（３）に適合させるためのアダプタ手段を備える。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段は、測定手段に接続された導体パターンの容量を測定手段に適する容量になるように適合させる。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段は、１つまたは複数のコンデンサを備える。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段は、上述の導体パターンに直列に接続されている。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段は測定手段に適しており、その容量測定範囲は最大でも１００ｐＦに及ぶ。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段は、最大時で少なくとも１０１ｐＦ容量を生成する導体パターンに接続することに適している。

従来技術のソリューションに関する本発明による回路構成のある可能な利点は、他の使用目的のために、より詳細には他の縮尺のために設計および意図されたマイクロコントローラを測定モジュールとして使用できることであってよく、そのマイクロコントローラは測定に必要な大量の手段を含み、測定に必要な大量の方法を備える。このタイプのマイクロコントローラを使用する測定手段は、少量のコンポーネント、ならびに簡単な回路構成および回路基板によって実装することができ、一般的に総コストが安い。本発明による回路構成のさらなる諸利点は、信頼性と低消費電力である。本発明による回路構成のさらなる利点は、マイクロコントローラのプログラミング性、および異なる測定ポイントにおける使用の適格性によって実現可能な測定装置の簡単さでよい。本発明による回路構成のさらなる利点は、それぞれの使用目的のために適合させる際に使用されるコンポーネントを単に選択することによって大量の同じ測定装置が生成されうることでよく、このソリューションによって設計コストおよび製造コストの多大な節約が実現されうる点である。本発明による回路構成のさらなる利点は、適合させる際に使用されるコンポーネントなしで測定装置だけが様々な使用目的で使用するために格納されうるので、適合されるべきコンポーネントを使用目的および／または使用場所に従って装着するだけであることである。

以下で、例として提示された実施形態および添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

本発明の一実施形態で使用されるいくつかの導体パターンを備える導体構成の図である。 本発明の一実施形態で使用される回路構成の図である。

図１は本発明の一実施形態で使用される測定構成を示している。床面の下にグループ（４）として装着された導体パターン（１）は、センサ導体（２）によって測定装置（３）に接続されている。導体パターンは絶縁体によって囲まれており、それぞれの導体パターンは測定装置に接続されたセンサ・リードだけに接続されている。測定装置は、他の導体パターンへのおよび／またはその導体パターンを囲んでいる構造へのそれぞれの導体パターンの電気的接続を使用することによって交流電流を測定する。測定構成は、床面上に配置された、または床面上を移動しているオブジェクト（Ｋ、Ｋ１）を検出するために、導体パターン特有の電気的接続の強度を測定および監視するために使用される。

図２は、測定装置に関連した構成に関して本発明の一実施形態で使用される回路構成を示している。回路構成のこの部分は、測定する際に測定モジュールとして使用され、測定装置（３）内に配置されるマイクロコントローラ（６）、およびそれぞれのセンサ導体（２）に直列に接続されているコンデンサ（５）を備える。マイクロコントローラはマルチチャネルのマイクロコントローラであり、測定する際にいくつかの並列センサの接続および使用を可能にする。使用される測定コンポーネントはアナログ測定を行い、測定結果をデジタル値で表す。マイクロコントローラは、最大でも２０ピコファラッドのマグニチュードのセンサ特有の電気的接続を使用した周波数で測定するためにプログラムされうる。測定装置は図２には示されていない他のコンポーネントおよび導体を備えることができる。コンデンサ（５）は特定の導体パターンのために選択され、それによって導体パターンの接続を測定する際に使用される測定周波数で実施する、測定されるべき電流を変化させるので、電流は測定するためにマイクロコントローラ（６）が適合された範囲と一致する。一般的に、測定範囲の上限に対応する接続の場合に、および問題の導体パターンが可能な限り強い場合において、発生する電流を生成するタイプのコンデンサが選択される。

本発明の異なる実施形態では、直列コンデンサの装着の点で異なる手順が使用されうる。直列コンデンサは、たとえば生成することに関連して永続的に、またはその時点で知られているおよび／または測定可能な導体特有の電気的接続による装着された導体構成に関連して測定装置を装着する際に、測定装置に装着されうる。

本発明の異なる実施形態によって使用される直列コンデンサは、測定されるべき回路を通る電流を制限する。コンデンサの抵抗測定の際に使用される交流電流はコンデンサの容量に反比例する。測定されるべき回路の総容量は個々の容量の逆数の合計の逆数であり、この場合総容量はたとえ導体パターンの接続が大きくても制限直列コンデンサの容量を上回るようには形成できない。

本発明はまた、１つまたは複数の導体パターン（１）ならびに導体パターンの間の電気的接続を測定するための測定手段（３）を備える構成に関する。構成は導体パターン（１）とその環境との間の接続によって生成されたインピーダンスを上述の測定手段（３）に適合させるためのアダプタ手段（５）を備える。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段（５）は、測定手段（３）に接続された導体パターン（１）の容量を測定手段に適する容量になるように適合させる。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段（５）は、１つまたは複数のコンデンサを備える。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段（５）は、上述の導体パターン（１）に直列に接続されている。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段（５）は測定手段（３）に適しており、その容量測定範囲は最大でも１００ｐＦに及ぶ。

ある好ましい実施形態による上述のアダプタ手段（５）は、最大時で少なくとも１０１ｐＦ容量を生成する導体パターン（１）に接続することに適している。

上記に提示した例示的実施形態は、明確にするために、その構造および機能において比較的単純であることが当業者には明らかである。この特許出願に提示されたモデルに続いて、この特許出願に提示された発明の概念を利用する、異なるおよび非常に複雑なソリューションを構築することが可能である。

Claims (14)

1. 測定装置、および電気的接続を測定するための１つまたは複数の導体パターンを備えるシステムであって、前記導体パターンが、前記導体パターンのインピーダンスを上げることによって前記測定装置に適するインピーダンスになるように適合させるアダプタ・コンポーネントを使用して前記測定装置に接続されていることを特徴とする、システム。
2. アダプタ・コンポーネントが測定装置および導体パターンに接続するために適しているので、測定されるべきものが前記測定装置に適する容量になることを特徴とする、アダプタ・コンポーネント。
3. １つまたは複数の導体パターンを備える導体フィールドであって、前記導体フィールドが、前記フィールドの前記導体パターンによって生成されたインピーダンスを測定装置に適する容量になるように適合させる１つまたは複数のアダプタ・コンポーネントを備えることを特徴とする、導体フィールド。
4. 電気的接続を測定する測定装置であって、前記測定装置が、前記測定装置に接続された導体パターンの容量を前記測定装置にとって適する容量になるように適合させるアダプタ・コンポーネントを備えることを特徴とする、測定装置。
5. 上述のアダプタ・コンポーネントが１つまたは複数のコンデンサを備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において使用されるアダプタ・コンポーネント。
6. 前記アダプタ・コンポーネントが前記導体パターンと前記測定装置との間に直列に接続することに適していることを特徴とする、請求項５に記載のアダプタ・コンポーネント。
7. 前記アダプタ・コンポーネントが測定装置に適しており、その測定装置によって測定される最大容量が最大でも１００ｐＦであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の構成において使用されるアダプタ・コンポーネント。
8. 前記アダプタ・コンポーネントが、最大時で少なくとも１０１ｐＦ容量を生成する導体パターンに接続することに適していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の構成において使用されるアダプタ・コンポーネント。
9. １つまたは複数の導体パターン（１）ならびに導体パターンの間の電気的接続を測定するための測定手段（３）を備える構成であって、前記構成が、前記導体パターン（１）とその環境との間の接続によって生成されたインピーダンスを前記測定手段（３）に適合させるためのアダプタ手段（５）を備えることを特徴とする、構成。
10. 前記アダプタ手段（５）が、前記測定手段（３）に接続された前記導体パターン（１）の容量を前記測定手段に適する容量になるように適合させることを特徴とする、請求項９に記載の構成。
11. 前記アダプタ手段（５）が１つまたは複数のコンデンサを備えることを特徴とする、請求項９乃至１０のいずれか１項に記載の構成。
12. 前記アダプタ手段（５）が前記導体パターン（１）に直列に接続されていることを特徴とする、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の構成。
13. 前記アダプタ手段（５）が測定手段（３）に適しており、その容量測定範囲が最大でも１００ｐＦに及ぶことを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の構成。
14. 前記アダプタ手段（５）が、最大時で少なくとも１０１ｐＦ容量を生成する導体パターン（１）に接続することに適していることを特徴とする、請求項１３に記載の構成。

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