JP2012523191A - 把持および近接検出のためのセンサーデバイスおよび方法 - Google Patents

把持および近接検出のためのセンサーデバイスおよび方法 Download PDF

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Abstract

電気手持ち式デバイスは、改善された近接検出を提供され、そのデバイスは、表面に置くことができ、少なくとも1つの送信電極、少なくとも1つの受信電極および送信電極と受信電極との間に配置される少なくとも1つの補償電極を有する。送信電極および補償電極は、所定の信号周波数および所定の信号振幅の電気切り替え信号を供給できる。補償電極での切り替え電気信号は、送信電極での切り替え電気信号に対して位相遅延である。送信電極および補償電極で放射される交流電場は、手持ち式デバイスへの手の接近を表す電流を受信電極に生成する。送信電極および受信電極は、送信電極と受信電極との間のインピーダンスが、受信電極に生成される電流を所定の値よりも下に保つのに適している所定の値を越えるように配置される。

Description

本発明は、表面支持体に置くことができ、休止モードを使用しているときは、アクティブモードに切り替えることができ、手持ち式デバイスが触れられる領域を検出することができる近接検出のための電極システム、ならびに電極システムを備える電気手持ち式デバイスに関する。
本発明はまた、手持ち式デバイスが手で握られる場合には、電気手持ち式デバイスが好ましくは休止モードからアクティブモードに切り替え可能であるように、手持ち式デバイスが手で握られるのを検出するための電気手持ち式デバイス用の検出デバイス、ならびに手持ち式デバイスが手で握られるのを検出するための方法にも関する。
本発明はまた、特にCAD応用、テキストおよび画像処理応用、プログラミング作業、計算応用、インターネットナビゲーション、ならびにゲームの場合に、コンピュータを使用するとき入力プロセスの処理をそれ自体で可能にする、特にコンピュータマウスの形態の、コンピュータ情報システムのための電極システムを備える入力デバイスにも関する。
その上本発明は、ゲーム機のための入力デバイス、コンピュータマウスおよび携帯電話に関し、その場合ゲーム機のための入力デバイス、コンピュータマウスおよび携帯電話は、電極システムを備える。
電気デバイスおよび特に電気手持ち式デバイスの従来技術では、エネルギー効率を改善したいという願望が、継続して現れる。特に電力供給のために交換可能なバッテリーまたは蓄電池を使用する、遠隔制御機器、ゲーム機のための入力デバイスまたは携帯電話などの携帯型手持ち式デバイスの場合には、バッテリーまたは蓄電池は、頻繁に交換されなければならないので、そのような願望は、増幅される。エネルギー効率の改善は、一方では電力消費を下げ、それは、より高いバッテリーまたは蓄電池寿命をもたらし、他方ではより少ないバッテリーまたは蓄電池しか廃棄される必要がないので有利な生態影響を生み出す。
従来技術では、手持ち式デバイスが、使用されないときはいわゆる休止モードに切り替えられるべきであることは周知である。休止モードでは、デバイスを使用するときにだけ必要な手持ち式デバイスのすべての機能は、不活性化される。このようにして、デバイスの電力入力は、著しく低減できる。使用するときは手持ち式デバイスは、デバイスの完全な機能的能力が利用できるようになるいわゆるアクティブモードに切り替えられる。
手持ち式デバイスを一方では休止モードに切り替え、他方では休止モードからアクティブモードに切り替えるために、それぞれのモードを手動で活性化できるスイッチが、提供されることは周知である。これは、アクティブモードの手動による活性化または不活性化が、比較的複雑または忘れやすいと思われるので、手持ち式デバイスが、例えばコンピュータマウスの場合などでは使用されないときもまた、しばしばアクティブモードのままであるという不都合を有する。従って、所望のエネルギー効率改善は、あまり大幅に達成されない。
通常コンピュータマウスは、表面でのまたは表面に対抗するコンピュータマウスの対応する動きを用いてX/Y制御データの生成を可能にする。これらのコンピュータマウスは、それを通じて選択操作を行うことができるキーデバイスをさらに備える。その上、コンピュータマウスはまた、それを通じて入力信号もまた生成できるスクロールホイールもしばしば備える。コンピュータマウスのキーおよび/またはスクロールホイールはまた、コンピュータマウスを休止モードまたはアクティブモードにするためとしても頻繁に開発される。しかしながら、これは、ユーザーの手動による実行を必要とする。
コンピュータマウスは、ますますコードレスデバイスとして形成される。コンピュータマウスの電力供給は典型的には、バッテリーまたは蓄電池を用いて行われる。そのようなマウスの場合には、従来の有線マウスと異なり、問題は、バッテリーを頻繁に交換する必要があることまたは蓄電池を頻繁に充電する必要があることである。
手持ち式デバイスのアクティブモードの手動による活性化または不活性化を避けるために、GB2398138Aは、静電容量センサーを含む、目覚め検出器を備える手持ち式デバイスを提供することを提案する。手持ち式デバイスが手に近づくまたは接触するとき、手持ち式デバイスは、自動的にアクティブモードに切り替わる。手が取り除かれるとき、手持ち式デバイスは、自動的に休止モードに切り替わる。手の接近を検出するために、接近とともに変化する静電容量センサーの容量が、測定され、その場合所定の容量が、目覚め検出器のための切り替えしきいを構成する。
実験は、そのような目覚め検出器が、目覚め検出器への手の接近が確実に検出されないまたは最悪の場合には間違ってさえ検出されるという不都合を有することを示した。これは、手持ち式デバイスが金属プレートを備えるテーブルなどの導電性材料に置かれるときに、特にそうである。それ故に、目覚め検出器は、導電性表面を手と確実に区別することができない。従って、目覚め検出器は、誤って手を検出し、その結果目覚め検出器は、手持ち式デバイスをアクティブモードに切り替える危険性がある。これは再び、所望のエネルギー効率改善の一部だけが達成されるという事実を述べる。
従来技術から周知の解決策の別の不都合は、手持ち式デバイスの異なる領域への接近または異なる方向からの接近が検出できないことである。同様に、周知の解決策では、手持ち式デバイスのどの領域が触れられるべきであるかが、決定できない。
GB2398138A
本発明の目的は、それを用いて手持ち式デバイスへの手の接近が確実に検出でき、接近および/もしくは接触が起こる手持ち式デバイスの領域または接近の来る方向が識別できる、電気手持ち式デバイスのための解決策を提供することである。手持ち式デバイスを例えば把持の場合にのみアクティブモードに切り替えるために、手持ち式デバイスが手で握られるのを確実に検出できる解決策を提供することもまた、本発明の目的である。
本発明によると、この目的は、独立クレームによる、手持ち式デバイス、電極システム、電気手持ち式デバイス用の検出デバイス、検出デバイスを備える手持ち式デバイスを用いてならびに手持ち式デバイスが手で握られるのを検出するための方法を用いて達成される。
それ故に、本発明は、表面に置くことができ、少なくとも1つの送信電極、少なくとも1つの受信電極および送信電極と受信電極との間に配置される少なくとも1つの補償電極を提供され、それを用いて手持ち式デバイスへの手の接近が検出可能である電気手持ち式デバイスを提供し、
- 送信電極から第1の交流電場が、放射されてもよく、補償電極から第2の交流電場が、放射されてもよく、第2の交流電場に対して第1の交流電場は、位相遅延であり、交流電場は、表面および受信電極に結合されてもよく、
- 受信電極に結合される交流電場は、手持ち式デバイスへの手の接近を表す電流を受信電極に生成し、
- 手持ち式デバイス上の送信電極および受信電極は、
- 送信電極と表面との間のインピーダンス、
- 表面のインピーダンスおよび
- 表面と受信電極との間のインピーダンスから成る、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの合計が、手持ち式デバイスが表面に置かれるとき、受信電極に生成される電流を所定の値I0より下に保つのに適している所定の値Z0を越えるように配置される。
送信電極と受信電極との間に少なくとも1つの補償電極が配置されていると、たとえ手持ち式デバイスが導電性表面に置かれても、手持ち式デバイスへの手の接近をより容易にかつより確実に検出することが可能である。送信電極と受信電極との間のインピーダンスが所定の値Z0を越える場合の送信電極および受信電極の対応する配置のために、受信電極で交流電場を通じて生成される電流は、手持ち式デバイスを休止モードから動作可能なまたはアクティブモードに切り替えるのに十分ではない。補償電極で放出される交流電場の助けを借りて、手持ち式デバイスをアクティブモードに切り替えるのに十分なこともある送信電極から受信電極への十分に高い電流(おおよそ手持ち式デバイスの壁を越える)は、さらに防止される。
接近は、手と手持ち式デバイスとの間の距離の低減および/または手持ち式デバイスの電極に対する手の位置の変化を含んでもよい。
送信電極および補償電極は、所定の周波数および所定の振幅の交流電気量を供給されてもよいが、送信電極での交流電気量は、補償電極での交流電気量に対して位相遅延である。送信電極での交流電気量の振幅は、補償電極での交流電気量の振幅と異なってもよい。
手持ち式デバイスへの手の接近が増加するにつれて、手を通って送信電極から受信電極に伝達される交流電場は、補償電極の交流電場のために次第に衰える補償を経験する。
表面はまた、接触表面も含む。接触表面は、例えば壁であってもよく、その壁に手持ち式デバイスが、傾斜可能なレバーの形で配置される。
その上、表面に置くことができ、いくつかの電極構造体または電極システムを含む電気手持ち式デバイスが、提供され、少なくとも1つの送信電極、少なくとも1つの受信電極および送信電極と受信電極との間の少なくとも補償電極が、それぞれ配置され、いくつかの電極構造体のいずれかを使って、手持ち式デバイスへの手の接近が、検出されてもよく、いくつかの電極構造体のいずれかは、
- 送信電極からは第1の交流電場および補償電極からは第2の交流電場が、放射され、第1の交流電場は、第2の交流電場に対して位相遅延であり、交流電場は、表面および受信電極に結合されてもよく、
- 受信電極に結合される交流電場は、手持ち式デバイスの電極構造体への手の接近を表す電流を受信電極に生成し、かつ
- 送信電極および受信電極は、
- 送信電極と表面との間のインピーダンス、
- 表面のインピーダンス、および
- 表面と受信電極との間のインピーダンスから成る、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの合計が、手持ち式デバイスが表面に置かれるとき、受信電極で生成される電流を所定の値より下に保つのに適している所定の値を越えるように手持ち式デバイスに配置される、などのように設計される。
いくつかのそのような電極構造体の提供は、手持ち式デバイスのいくつかの領域への手の接近を有利に検出するまたは接近の方向を確実に識別することを可能にする。
いくつかの電極構造体は、電子評価デバイスと結合されてもよく、それによって電子評価デバイスは、いくつかの電極構造体の各々への手の接近を連続して評価するように設計される。
いくつかの電極構造体はまた、それぞれの電子評価デバイスと結合されてもよく、それによって各電子評価デバイスは、それぞれの接続電極構造体への手の接近を評価するように適合される。
いくつかの電極構造体の各々の送信電極、補償電極および受信電極は、手持ち式デバイスが表面に置かれるときそれらが表面に触れないように手持ち式デバイスに配置されるとき有利である。
この有利な配置を使うと、手持ち式デバイスが導電性表面に置かれるとき、検出感度を低減させることもあり得る、送信電極と受信電極との間のガルバニック接触の生成は、避けられる。
電極構造体の各々の送信電極、補償電極および受信電極は、手持ち式デバイスの表面に配置されてもよい。
電極構造体の各々の送信電極、補償電極および受信電極はまた、表面と向かい合う手持ち式デバイスの側面に配置されてもよい。
手持ち式デバイスの表面はまた、手持ち式デバイスの外側も含む。このようにして、例えば任意の単一電極またはすべての電極は、外側に配置されて、ユーザーに見えてもよい。しかしながら、単一またはすべての電極はまた、手持ち式デバイスの表面の下に直接配置されてもよく、その結果それらは、ユーザーには見えず、その上より良く保護される。
有利には、いくつかの電極構造体のいずれかでは、補償電極で放射される交流電場は、送信電極で放射される交流電場と少なくとも部分的に干渉し、それは、重ね合わせから結果として生じる交流電場のレベルの低減を決定し、受信電極に生成される電流の低減をもたらす。
補償電極の別の利点は、送信電極で放出される交流電場のほかに、補償電極で放出される交流電場もまた、表面で結合され、その結果、表面材料にかかわらず、補償電極で放出される交流電場は、送信電極によって放出される交流電場と干渉するという事実にある。このようにして、手の接近は、表面材料にかかわらず、確実に検出できる。
いくつかの電極構造体のいずれかでは、手持ち式デバイスへの手の第1の接近は、所定の値Z0とさらなら所定の値Z1との間に含まれ、Z0>Z1であり、受信電極で生成される電流を所定の値I0を上回るようにするのに適している、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの合計の変化を引き起こしてもよい。
第1の接近は、例えば電極からの手の距離および/または電極に対する手の位置を含んでもよい。
いくつかの電極構造体の各々では、手持ち式デバイスへの手の第2の接近は、さらなる所定の値Z1より下であり、受信電極で生成される電流を第2の所定の値I1を上回るようにするのに適しており、I1>I0である、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの合計の変化を引き起こしてもよい。
第2の接近はさらに、電極からの手の距離および/または電極に対する手の位置を含んでもよく、その場合第2の接近は、第1の接近と異なる。それで第2の接近での電極からの手の距離は、所定の値I1を上回る受信電極でのアンペア数の増加を引き起こすために、例えば第1の接近でのそれよりも小さくてもよい。
同様に所定の値I1を上回る受信電極でのアンペア数増加は、第2の接近での手の距離が第1の接近でよりも小さいときでさえ、電極に対する手の位置を通じて達成できる。
電極の配置は、手持ち式デバイスへの手の接近または手持ち式デバイスの把持では、送信電極と受信電極との間のインピーダンスが、受信電極に結合される交流電場が受信電極で生成される電流を第1の値I0を上回る(接近するとき)または第2の値I1を上回る(握るときまたはさらなる接近で)ようにするのに十分であるように減少するという利点を有する。
このようにして、手持ち式デバイスの休止モード、スイッチモードおよびアクティブモードは有利には、電流I0およびI1がしきい値としての役割を果たす受信電極と結合される制御手段を使って引き起こされてもよい。スイッチモード(休止モードとアクティブモードとの間の中間段階として)の提供は、手の対応する接近ではすでに、手持ち式デバイスが、例えば初期化プロセスを開始することによってアクティブモードに備えられてもよいというさらなる利点を有する。従って、手持ち式デバイスのユーザーによる遅延活性化の感触は、避けることができる。
いくつかの電極構造体の少なくとも1つの送信電極、受信電極および補償電極を、手持ち式デバイスへの手の接近が、
- 干渉から結果として生じる交流電場のレベルの上昇、および
- 送信電極と受信電極との間のインピーダンスの低減を引き起こすというように解釈することは、特に有利である。
第2の接近で結果として生じる交流場のレベルP2に対する第1の接近で結果として生じる交流場のレベルP1の比が、第1の接近での送信電極と受信電極との間のインピーダンスZ1に対する第2の接近での送信電極と受信電極との間のインピーダンスZ2の比よりも小さいとき、特に有利である。第1および第2の接近でのレベルおよびインピーダンスは、互いに次のように振る舞う。
Figure 2012523191
このようにして、手持ち式デバイスの電極配置の感度は、手が接近するにつれて改善されるので、手持ち式デバイスへの手の接近が増加するにつれて、スイッチモードまたはアクティブモードの活性化もまた、生じることを有利に保証することが可能である。
いくつかの電極構造体の少なくとも1つの送信電極、受信電極および補償電極は、接近する手の左/右の区別を決定するために非対称に配置されてもよい。その区別に応じて、デバイスの所定の機能が、果たされてもよい。
手持ち式デバイスへの接近の左/右の区別を使って、右利きと左利きとの間の区別がまた、手持ち式デバイスに提供されるディスプレイ上のメニュー方向をそれに応じてディスプレイの左または右に配置するために、有利に行われてもよい。
いくつかの電極構造体の少なくとも1つの補償電極から放射される交流電場は、手持ち式デバイスを取り囲む電場に応じて所定の値I0の適合のために提供されてもよい。
従って、手持ち式デバイスが休止モードからスイッチモードにまたはアクティブモードに移行するのに十分である電流のしきい値は、手持ち式デバイスそれ自体を通じて異なる表面材料に適合できる。
手持ち式デバイスのいくつかの電極構造体の配置を使うと、もしユーザーが、好ましくは手持ち式デバイスの特定の領域で、片方の手または両方の手で手持ち式デバイスを保持するならば、特に簡単な方法で検出することが可能である。
さらに、検出デバイスは、手持ち式デバイスが手で握られるのを検出するために電気手持ち式デバイスに提供され、検出デバイスは、送信電極、受信電極および補償電極を有し、送信電極および補償電極は、互いに直流的に結合され、送信電極、受信電極および補償電極は、手持ち式デバイスで互いに分離され、受信電極および補償電極は、それらが容量的に結合できるように手持ち式デバイスに配置されてもよい。送信電極は、第1の交流電圧を供給されてもよく、その結果第1の交流電場が、送信電極によって照射されてもよく、第1の交流電圧は、直流的結合で補償電極に結合され、補償電極は、第2の交流電圧を供給されてもよく、それによって第1の交流電圧および第2の交流電圧から結果として生じる第2の交流電場は、補償電極によって照射されてもよく、
- それによって第2の交流電場は、第1の電流を生成するために受信電極に結合され、
- それによって第1の交流電場は、手持ち式デバイスが手で握られるとき、第2の電流をそこで生成するために受信電極に結合されてもよく、第1の電流および第2の電流から結果として生じる全電流は、手持ち式デバイスの把持を示す。
送信電極の補償電極との直流的結合は、補償電極に照射され、受信電極に結合される交流電場が、補償電極および送信電極が供給される交流電圧に依存するという結果をもたらす。受信電極で結合される交流電場は、しきい値としての役割を果たす電流をそこで生成する。この電流は、送信電極での交流電圧に対して補償電極での交流電圧を変えることによって調節可能である。
第1の交流電圧および第2の交流電圧が同じ信号形を有し、互いに位相遅延であることは、有利である。
送信電極および受信電極は、手持ち式デバイスの全電流の変化に基づいて、手持ち式デバイスが手で握られるのを検出するために設計される評価電子装置と結合されてもよい。
送信電極および受信電極は好ましくは、それらが、表面に置かれる手持ち式デバイスの表面に触れないように手持ち式デバイスに配置可能である。
送信電極と表面との間の距離および/または受信電極と表面との間の距離はそれによって、好ましくは送信電極と受信電極との間のインピーダンスが所定の値を越えないように選択され、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの組は、
- 送信電極と表面との間のインピーダンス、
- 表面のインピーダンス、および
- 表面と受信電極との間のインピーダンスであり、所定の値は、送信電極に照射される交流電場が受信電極に結合できないように選択される。
送信電極、補償電極および受信電極は、手持ち式デバイスの上部表面に配置されてもよい。
送信電極および補償電極は、信号発生器と結合され、送信電極および補償電極は、第1の、好ましくは調節可能な移相器を用いて互いに結合されかつ/または信号発生器は、第2の、好ましくは調節可能な移相器を用いて結合される。
好ましくは評価電子装置は、所定の全電流が手持ち式デバイスのスイッチオンモードおよび/またはアクティブモードを決定するように設計される制御手段から成る。
受信電極での第1の電流は、第1の交流電圧と第2の交流電圧との間の位相を変えることによって調節可能である。有利にはこれは、移相器によって成し遂げられる。
送信電極、受信電極および補償電極は、手持ち式デバイスの表面上にまたは表面の下近くに配置されてもよい。
送信電極を手持ち式デバイスの第1の側壁に配置し、受信電極および補償電極を第1の側壁の反対側の第2の側壁に配置することは、特に有利である。
その上、手持ち式デバイスが手で握られるのを検出デバイスで検出するための方法は、本発明によって提供され、検出デバイスは、少なくとも1つの送信電極、1つの受信電極および1つの補償電極を有し、送信電極は、補償電極と直流的に結合され、補償電極は、受信電極と容量的に結合されてもよく、
- 送信電極は、第1の交流電圧を供給されてもよく、その結果第1の交流電場が、送信電極に照射され、第1の交流電圧は、直流的結合によって補償電極に少なくとも部分的に結合され、
- 補償電極は、第2の交流電圧を供給され、その結果第2の交流電場が、補償電極に照射され、受信電極に結合され、受信電極に結合される第2の交流電場は、受信電極に第1の電流を生成し、
- 全電流は、受信電極で評価され、全電流は、第1の電流および第2の電流から結果として生じ、第2の電流は、手が手持ち式デバイスを握るとき、受信電極への第1の交流電場の容量性結合を通じて生成され、それによって全電流は、手持ち式デバイスが手で握られたことを示す。
手持ち式デバイスにはいくつかの検出デバイスが、例えば手持ち式デバイスの異なる位置での手持ち式デバイスの把持を確実に検出するために、本発明に従って提供されてもよい。
さらにまた、手持ち式デバイスは、
-ケーシングデバイスと、
- XおよびY軸方向へのケーシングデバイスの移動とそれ自体で相関する制御データを生成するための移動検出デバイスと、
- ケーシングデバイスに対する手の近接状況をそれ自体で表す信号を生成するための手検出デバイスとを提供され、
- 手検出デバイスは、3つの場電極を持つ電極グループ、および
- これらの場電極と結合される回路デバイスを含み、
- 回路デバイスは、場電極が動作周波数で交互に繰り返す発生器電圧をそれぞれ供給され、かつ
- タッピング回路は、信号制御ユニットに伝えられる電極信号を生成するために提供される。
手持ち式デバイスは、例えばコンピュータマウス、ゲーム機のための入力デバイス、携帯電話または携帯型ミニコンピュータであってもよい。
このようにして、極めて小さい電力需要で、接近する出来事の検出を行い、手の接近が検出されるときだけ、手持ち式デバイスの残りの電子装置、例えばマウス電子装置を活性化することは、有利に可能である。
好ましくはタッピング回路は、信号入力でのインピーダンスが動作周波数範囲で最小量を示すように開発される。この点において、信号増幅は好ましくは、生じ得る最小の急勾配の場合にはそれが動作的に安定な最大値を経験するように扱われる。
有利な方法では、連続するさらなる信号増幅が、行われ、その場合タッピング回路の出力インピーダンスは好ましくは、タッピング回路の出口に場電極のAC入力信号から直接生じるDC出力信号が現れるように調整される。このDC出力信号は、それに含まれるモジュールとして働く信号制御ユニットに伝えられる。
好ましくは、発生器デバイスは、信号制御ユニットに直接含まれる。タッピング回路の最初の強化ステップが、信号制御デバイスを通じて電圧を供給されるように、タッピング回路を信号制御ユニットに接続することは、可能である。
信号制御デバイスは好ましくは、休止モードおよびアクティブモードがそれを通じて決定されてもよいように配列される。休止モードの間、接近状況の検出は、中断によって分離される間隔で行われる。
本発明はさらに、少なくとも1つの送信電極、1つの受信電極および1つの補償電極を備える、手持ち式デバイスに配置されるべき電極システムを提供し、補償電極は、送信電極と受信電極との間に配置されてもよく、電極システムは、
- 送信電極からは第1の交流電場および補償電極からは第2の交流電場が、放射され、第1の交流電場は、第2の交流電場に対して位相遅延であり、交流電場は、受信電極に結合されてもよく、かつ
- 受信電極に結合される交流電場は、手持ち式デバイスへの手の接近を表す電流を受信電極に生成するように開発される。
送信電極および受信電極は、送信電極と受信電極との間のインピーダンスが、手持ち式デバイスが表面に置かれる場合に、受信電極に生成される電流を所定の値より下に保持するのに適している所定の値Z0を越えるように、手持ち式デバイスに配置されるとき有利である。
従って、手持ち式デバイスの電極システムへの手の接近は、手持ち式デバイスが置かれる表面の材料にかかわらず確実に検出できる。
送信電極と受信電極との間のインピーダンスは、支持表面に置かれる手持ち式デバイスの場合には、
- 送信電極と表面との間のインピーダンス、
- 表面のインピーダンスおよび
- 表面と受信電極との間のインピーダンスから成る、送信電極と受信電極との間のインピーダンスの合計である。
電極システムは、電子評価デバイスと結合されてもよく、電子評価デバイスは好ましくは、電極システムへの手の接近を評価し、接近を表す信号を提供するように適合される。信号は、例えばさらなる処理のためにマイクロコントローラ、例えばゲーム機の制御ユニットに伝えられてもよい。
本発明は、本発明による少なくとも1つの電極システムを備える手持ち式デバイス、特にコンピュータマウス、遠隔制御デバイス、携帯電話またはゲーム機のための入力デバイスを提供する。
いくつかの電極システムを備える手持ち式デバイスの場合には、電極システムのいずれかへの接近が、検出されてもよい。このようにして例えば、決定された領域に両手で触れるときだけ活性化されてもよい手持ち式デバイスが、提供されてもよい。
本発明はまた、少なくとも1つの静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性のための指標となる出力信号を生成するための回路装置も提供し、少なくとも1つの静電容量センサー素子は、少なくとも1つの送信電極、少なくとも1つの補償電極および少なくとも1つの受信電極を含み、その回路装置は、
- 送信電極を第1の交流電気信号で帯電させ、補償電極を第2の交流電気信号で帯電させるための信号発生器デバイスであって、第2の交流電気信号は、第1の交流電気信号と異なる、信号発生器デバイスと、
- 受信電極で測定される電極電気信号を処理するためのおよび処理信号を提供するための、受信電極と結合される信号処理デバイスと、
- 処理信号の評価のためのおよび評価に応じての出力信号の作成のための評価器であって、この評価器まで処理信号を伝えることができる、評価器とを含む。
それ故に、静電容量センサー素子の電極は、手を介しての送信電極の受信電極との容量性結合に基づいて、手による送受話器の把持を検出できるように、送受話器に配置できる。
信号処理デバイスは、
- 受信電極で測定される電極電気信号に対応する電気信号を提供するための増幅デバイスと、
- 電気信号をデジタル化するためのおよび処理デジタル化信号を提供するためのデジタル化デバイスであって、このデジタル化デバイスまで増幅デバイスの電気信号が伝えられる、デジタル化デバイスとを含んでもよい。
増幅デバイスは、下流の電圧増幅器を備える電流/電圧トランスを含んでもよい。
電圧増幅器の電圧利得は、調節可能であってもよい。
電流/電圧トランスは、トランスインピーダンス増幅器を含んでもよい。
電流/電圧トランスのトランスインピーダンスは、調節可能であってもよい。
増幅デバイスは、第1の整流器と結合されてもよい。
増幅デバイスは、第2の整流器と結合されてもよい。
第1の整流器の出力および第2の整流器の出力は各々、それぞれの整流器に印加される信号を平滑化するために、フィルターと結合されてもよい。
デジタル化デバイスは、2つのアナログデジタル変換器を含んでもよく、フィルターの出力は各々、2つのアナログデジタル変換器の1つと結合される。
デジタル化デバイスは、フィルターの出力に印加される信号をアナログデジタル変換器に伝えるために、マルチプレクサーを含んでもよく、好ましくはフィルターの出力に印加される信号は各々、それらがアナログデジタル変換器に伝えられる前にサンプルホールド回路によって走査される。
好ましくは、フィルターの復調されかつ平滑化された出力信号が伝えられる減算器が、提供され、減算器の差分信号は、デジタル化デバイスに伝えられる。
第1の整流器および第2の整流器は、第1の交流電気信号のフランク(flank)に各々同期して開かれるおよび/または閉じられる電気的に制御可能なスイッチとして設計されてもよい。
デジタル化デバイスは、デジタル化デバイスに伝えられる電気信号が1周期当たり二度走査されるように第1の交流電気信号に同期して動作されてもよく、走査位相は、走査の第1および第2の半周期の各々で伝えられる電気信号のピーク値が走査され、デジタル化されるように選択される。
信号発生器デバイスは、
- 第1の交流電気信号を生成する信号発生器、および第1の交流電気信号から第2の交流電気信号を生成するためのインバーターであって、減衰器が、第2の交流電気信号を減衰させるためにインバーターの下流にある、信号発生器およびインバーター、
- 第1の交流電気信号を生成する第1の信号発生器、および第2の交流電気信号を生成する第2の信号発生器であって、第1の交流電気信号の周波数は基本的に、第2の交流電気信号の周波数に対応する、第1の信号発生器および第2の信号発生器、または
- 第1の交流電気信号を生成する信号発生器および第1の交流電気信号から第2の交流電気信号を生成するための移相器を含んでもよい。
第1の交流電気信号は、インバーターで反転されてもよい。反転交流電気信号は、減衰器で減衰されてもよく、その結果反転交流電気信号の振幅は、低減される。それ故に、第1の交流電気信号から基本的に180°だけ位相がずれ、第1の交流電気信号の振幅よりも小さい振幅を含む第2の交流電気信号が、有利に提供される。
評価器は、マイクロコントローラ、比較器、および有限オートマトンの群の少なくとも1つを含んでもよい。
本発明のさらなる詳細および特徴は、図面と関連する以下の記述から生じる。
本発明による電極配置を備える手持ち式デバイスの図(底面図ならびに対応する横断面図および縦断面図)である。 手持ち式デバイスのそれの休止モード(手がないとき)での側面図である。 手持ち式デバイスのそれのスイッチモード(手が接近するとき)での側面図である。 手持ち式デバイスのそれのアクティブモード(手が手持ち式デバイスを握るとき)での側面図である。 場の橋渡しを例示するための原理略図である。 受信電極での2つの対応する電流経過(下図)を持つ右/左の区別のための非対称電極配置(上図)の図である。 手持ち式デバイスでの代替電極配置の図である。 電極構造体を各々提供される2つのゾーンを備える入力デバイスの図である。 手持ち式デバイスへの接近またはいくつかの電極構造体を提供される手持ち式デバイスとの接触の検出の例の図である。 コードレスコンピュータマウスの電源を入れるおよび切るために電場近接を検出するための本発明による回路装置の図である。 第1の電極配置を例示するための原理略図である。 図9による電極配置での場の橋渡しを例示するための原理略図である。 信号処理のために使用される、本発明によるタッピング回路の好ましい構造を例示するための回路略図である。 動作回路としておよび外部ハードウェアのためのインターフェースとして働くMCUの好ましい構造を例示するための原理略図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 本発明による電極トリオの形態の本発明による変形を例示するためのさらなる描写図である。 さらなる信号処理モジュールの構造を例示するための別の回路略図である。 本発明による検出デバイスのブロック図の原理略図である。 手持ち式デバイスの把持が、本発明による検出デバイスの受信電極で手によって結合される交流電場によって検出される場合の、手があるときの図15からの本発明による検出デバイスのブロック図である。 手持ち式デバイスでの本発明による電極配置の実施形態の図である。 本発明による回路装置の機能的原理の説明のための、3つの主要構成要素を備える本発明による回路装置のブロック図である。 本発明による回路装置の具体的な実施形態の図である。 本発明による回路装置のさらなる具体的な実施形態の図である。 本発明による回路装置の具体的な実施形態のさらなる例の図である。 本発明による回路装置の具体的な実施形態のためのさらなる例の図である。 本発明による回路装置の具体的な実施形態のさらなる例の図である。 電気送受話器の筺体での静電容量センサー素子の電極の配置のための例の図である。 静電容量センサー素子の電極の具体的な実施形態のための例の図である。
例えば手持ち式デバイスへの手の本発明による近接検出の基本的な機能が、最初に説明される。
本発明によると、3つの電極が、近接検出のために提供される。これらの3つの電極は、送信電極SE、受信電極EEおよび補償電極KEとして示される。受信電極EEは、評価デバイスまたは制御デバイスの信号入力に接続される。送信電極SEおよび補償電極KEは各々、決定された周波数および振幅を持つ交流電気量を提供する信号発生器と結合される。この交流電気量は、以下では交流信号または交流電気信号として示される。
送信電極SE、受信電極EEおよび補償電極KEは、本発明の実施形態によると、電極構造体または電極システムを構築する。いくつかのそのような電極構造体または電極システムは、手持ち式デバイスに提供でき、それによって手の近接検出のための電極システムの各々は、手持ち式デバイスに提供できる。そのような手持ち式デバイスは、図6および図7を参照してより厳密に述べられる。
電極SE、EEおよびKEは、手持ち式デバイス、例えば遠隔制御装置の例えば底部に配置される。補償電極KEは好ましくは、例えば図1または図5で示されるように、送信電極SEと受信電極EEとの間に配置される。
送信電極SEは、信号発生器によって交流電気信号を供給され、その信号は、50KHzから300KHzの間に含まれる周波数およびユーザーの不快感を確定しないように20Vの値を越えるべきでない振幅を有することができる。
補償電極KEもまた、交流電気信号を供給され、その信号は好ましくは、送信電極SEが供給される交流電気信号の波形および周波数を有する。補償電極KEの交流電気信号は、送信電極SEの交流電気信号に対して位相遅延である。位相ずれは、信号発生器と送信電極または補償電極との間に配置される例えば移相器を使って成し遂げることができる。
送信電極SEまたはそれに供給される交流電気信号は、送信電極SEによって放出される交流電場が受信電極EEに結合できるように配列される。補償電極KEまたはそれに供給される交流電気信号は、補償電極によって放出される交流電場もまた受信電極EEに結合できるように配列される。送信電極によって放出される交流電場に対して位相遅延である、補償電極KEで放出される交流電場を通じて、受信電極EEに作用する交流電場のレベルは、低減されるまたは反対位相干渉の場合には(ほとんど)消去される。
互いに独立して接近を検出するはずのいくつかの電極システムが、手持ち式デバイスに提供される場合には、電極システムは、確実な検出がもはや保証できるようには干渉しないという事実に注意を払うべきである。そのような配置は、ケーシングに応じて経験的に決定できる。ここでは厳密に述べない実施形態では、電極システム間には少なくとも1つの追加の補償電極が、提供できる。この追加の補償電極は、例えば電極システムの送信電極によって放射される交流電場を消去するために使用でき、その結果その交流電場は、もはやその他の電極システムの受信電極に影響を及ぼさない。
電極への手の接近とともに、受信電極EEに作用する交流電場は、その交流電場が、電極への手の接近を表す電流を受信電極EEに生成するように変更される。手が電極へ接近する場合には、手を通じての送信電極SEと受信電極EEとの間の結合は、改善される。この改善される結合は、受信電極での電流増加を有することにつながる。接近する手と受信電極に生成される電流との間の相関は、図2aから2cを参照してより厳密に述べられる。
システム全体は、手が電極に近くない限り、受信電極EEに生成される電流が所定の値を越えないように配列される。これは、ケーシングの中の送信電極SEおよび受信電極EEの対応する配置を通じて達成される。その配置は、送信電極SEと受信電極EEとの間のインピーダンスが十分大きく、その結果受信電極EEでは、デバイスを休止モードからスイッチモードに移行させるのに十分でない電流だけが生成されるように行われる。
近接検出原理は、送信電極SEと受信電極EEとの間のアドミタンスを表す、十分に大きい電気的値の検出にある。これは、受信機または受信電極EEでのアンペア数を測定することによって成し遂げられる。基本的には、送信電極SEと受信電極EEとの間で測定されるアンペア数は、電極表面の増加とともに増大し、電流電極間隔の増加とともに減少する。それ故に、平板コンデンサでの実効容量についてと同様の法則が、当てはまる。
接近する手の特に良好な検出を保証するために、補償電流が、送信電極SEと受信電極EEとの間の送信システムで提供される。この(送信電流位相遅延または反対位相のための)補償電流は、送信電流と干渉する。補償電流強度を決定するための自由度は、まず第一に接続される電極表面の測定にある。第二には補償電流の位相(送信電流に対する)は、変更できる。最終的には、周波数および/または電圧に関して交流信号の適合もまた、行うことができる。
本発明の好ましい実施形態では、利用できる自由度の量は、それが、送信電極SEおよび補償電極KEにしっかりと加えられる電圧とだけ連動するという点において低減される。
さらなる自由度は、測定システムの粗調整がシステム全体の構成で一度だけ行われるとき省略される。この粗調整は、一方では手持ち式デバイスで実施されるすべての電極の配置およびプロファイルの単一決定にあり、他方では送信信号と補償信号との間の位相差の単一調節にある。
残りの自由度は、測定配置の微調整のために使用される。残りの自由度は、例えば送信信号と補償信号との間の位相差の動的バーニア調整および/または典型的にはアナログ送信パラメーターを論理的導出切り替え関数に伝達するために使用されるしきい値点の位置移動にある。この電気的しきい値の計算は、例えば制御ファームウェアでしっかりとプリセットされる標準値ならびに/またはすでに認証された測定量および/もしくは例えば評価デジタル化のメモリ領域に周期的にしっかりと保管される測定プロファイルから導出できる。微調整では、過去の測定値もまた、流入できる。
筺体での単一電極の正確な配置またはそれぞれの寸法ならびに送信電極SEおよび補償電極KEが供給される交流電気信号の正確な特性(周波数および振幅)は、デバイスの実際の形状およびサイズに依存する。電極配置、電極寸法および交流信号の特性は、実際のデバイスについて経験的に決定でき、受信電極EEで生成される電流に関する上述の要件が確実な検出を許容できるように互いに対して相互に較正できる。
手持ち式デバイスの底部での可能な電極配置の例は、図1で表される。
図1は、遠隔制御デバイスでの送信電極SE、受信電極EEおよび補償電極KEの可能な配置を示す(遠隔制御デバイスのデバイス底部ならびに横軸および縦軸に沿った各断面で見た)。補償電極KEは、送信電極SEと受信電極EEとの間に配置される。受信電極EEに作用する交流電場は、交流電場に放出される補償電極KEに応じて弱められるまたは消滅されることになる。
図1では、電極の配置ならびに特に送信電極SEおよび受信電極EEは、それらが表面に置かれるときその表面に触れないように機器底部に配置されることがわかる。この配置は、補償電極KEの影響範囲から離脱することもあり得る、送信電極SEと受信電極EEとの間の直流経路を避けるために、特に導電性表面の場合に重要である。
図1で示される2つの補償電極KEは、互いに電気的に接続できる。別法として、補償電極KEの1つはまた、システム調節のために提供されてもよい。この目的のためには、両方の補償電極KEは、互いに電気的に接続されてはならない。
図1で示される電極はまた、携帯電話またはゲーム機のための入力デバイスで同等に配置されてもよい。
図2aから2cで示される図面を参照して、電極配置の機能が、より厳密に説明される。
図2aは、手の接近がないときの表面に置かれる遠隔制御デバイスを示す。遠隔制御デバイスは、「休止モード」に設定され、そのモードでは遠隔制御デバイス全体にわたる電力要求は、最小限に低減できる。
図2bは、接近する手があるときの遠隔制御デバイスを示す。この目的のために、遠隔制御デバイスは、休止モードから「目が覚め」、「スイッチモード」に移行する。スイッチモードでは、さまざまな活性化または初期化機能が、果たされてもよく、その結果遠隔制御デバイスが握られるとき、それの機能は、完全に利用可能である。
活性化機能の一例は、遠隔制御デバイスディスプレイのスイッチを入れることである。別の例は、キー照明のスイッチを入れることである。活性化機能は、フォトセンサーと組み合わせて設定でき、その結果キー照明は、所定の光強度の下でのみ活性化する。
図2cは、人間の手で持たれる遠隔制御デバイスを示す。遠隔制御デバイスは今は、「アクティブモード」に設定され、それの完全な制限されない機能が利用可能になる。
送信電極SEおよび受信電極EEは、送信電極SEと受信電極EEとの間のインピーダンスの合計が、十分大きく、その結果送信電極SEの放出場が、どんな状況でも十分な減衰を経験するように、筺体底部に配置される(図1もまた参照)。受信電極での減衰信号のために、デバイスを休止モードからスイッチモードに切り替えるのに十分でない電流だけが、生成される。両方の電極の電極形状ならびにそれらの互いに対する配置は、所定の発生器電圧および発生器周波数を使って経験的方法で簡単に決定できる。このようにして、単一電極の電極表面および/もしくは電極間の距離および/もしくは電極の位置、ならびに/または電極材料は、送信電極SEと受信電極EEとの間の対応するインピーダンスを達成するために互いに対して適合できる。
送信電極SEと受信電極EEとの間のインピーダンスの合計は、
- 送信電極SEと表面との間のインピーダンス、
- 表面それ自体のインピーダンス、および
- 表面と受信電極EEとの間のインピーダンスから成る。
表面のインピーダンスは、ゼロに近くできる。
表面が導電性材料から成るはずならば、送信電極SEと受信電極EEとの間のより良好な結合は、補償電極信号KEの放射を通じて(それの放出交流電場は、表面に同様に作用する)無効にされる。受信電極EEで生成されるアンペア数には、支持材料に応じて、著しい差は、生じない。
遠隔制御デバイスの表面および/または壁を通じての送信電極SEから受信電極EEへの「目覚め」に十分な電流量は、補償電極KEの放出交流電場の助けを借りて防止される。
人間の手(図2bで示されるような)が、遠隔制御デバイスに接近するとき、受信電極での電流は、I0の所定のしきい値を越えて、遠隔制御デバイスを切り替えるまたは目覚めさせる。しきい値I0は好ましくは、遠隔制御デバイスを取り囲むE場特性を考慮して決定され、従って追加の補償電極KEが、調節のために提供できる。
手が接近しているとき、電流フローの増加は、送信電極SEと受信電極EEとの間の低減する減衰信号から結果として生じる。この目的のために、以下の2つの効果が、重要な役割を果たす。
a)第1の電極の親指との結合が、改善される(どちらの手が遠隔制御デバイスに触れるかに応じて、第1の電極は、送信電極SEまたは受信電極EEである)。手は、親指から4本の指までで、非常に小さいインピーダンスを有する。4本の指の第2の電極への結合もまた、改善される。
b)信号経路(送信/受信電極〜手〜受信/送信電極)は、受信電極EEと結合される交流電場への補償電極KEの交流電場の影響が減少するように、補償電極KEを導く。
このようにして、手を通って送信電極SEから受信電極EEに送信される交流場はまた、補償電極KEの交流電場を通じて増加するより弱い補償も経験する。システム全体での補償電極KEの効果は、過剰に支配的でないことがこれでは重要であり、さもなければ人間の手の接近は、「電気的に隠される」ことになる。
引き続いて遠隔制御デバイスが人間の手で最終的に完全に握られるはずならば(図2cを参照)、受信電極EEでの電流は、別の所定のしきい値I1を越えて、遠隔制御デバイスを完全に活性化することになる。しきい値I1はまた好ましくは、人間の手の接近がないときに先に支持体上のデバイスによって所有されていた、遠隔制御デバイスを取り囲むE場特性も考慮して決定される。手持ち式デバイスが2つ以上の電極システムを備えているはずならば、各電極システムのためのしきい値I0およびI1は、異なって定義できる。
電極は、レベルおよびインピーダンスが互いに対して次の通りに振る舞うように、互いに対して配置されるとき有利である。
Figure 2012523191
ただし、P1は、第1の接近(=デバイスが休止モードからスイッチモードに移行する手の接近)での結果として生じる交流場のレベルであり、
P2は、第2の接近(=デバイスがスイッチモードからアクティブモードに移行する手の接近)での結果として生じる交流場のレベルであり、
Z1は、第1の接近での送信電極と受信電極との間のインピーダンスであり、
Z2は、第2の接近での送信電極と受信電極との間のインピーダンスである。
この要件を満たす電極配置は、経験的に決定できる。これらの要件を満たす電極配置を使うと、手がデバイスに接近するときの電極配置の感度が、改善できる。
補償電極KEから放出される交流電場は、人間の手を通じての送信電極SEおよび受信電極EEのほとんど直接結合(手が遠隔制御デバイスを完全に握るとき)にある受信機でのレベル低減にわずかにだけ寄与する。
図3は、原理略図に基づいて送信電極SEおよび受信電極EEの結合を示す。
送信電極SEで放射される交流電場は、指で結合される。しかしながら、送信電極SEの交流電場の一部はまた、受信電極EEでも結合される。補償電極KEで放射される交流電場(破線矢印で示されるような)もまた、人間の指で部分的に結合され、受信電極EEで部分的に結合される。
指の外側の送信電極SEの交流電場への補償電極KEの交流電場の影響は、保たれる。受信電極EEに直接作用する、送信電極SEから放射される交流場は、補償電極KEの交流場を通じて実際のレベル低減を経験する。
指の中の送信電極SEの交流電場への補償電極KEの交流電場の影響は、その代わりにより小さく、それは、受信電極EEでの電流の実際の増加をもたらす。これは、例えば送信電極SEおよび補償電極KEが、補償電極KEでの電場強度が送信電極SEでの電場強度よりも小さいように配列されるとき達成できる。それ故に、送信電極SEと受信電極EEとの間の結合は、少なくとも部分的に補償電極の影響範囲から離脱する指を通じて作成される。
図10を参照して、送信電極SEおよび受信電極EEの結合ならびにこの結合への補償電極KEの交流電場の影響が、コンピュータマウスの例を使ってもう一度説明される。
さらなる実施形態では、補償電極はまた、システムの自己調節を行うために、遠隔制御デバイスを取り囲むE場の特性を決定するためにも使用できる。
図4は、遠隔制御デバイスの底部での電極の非対称配置を示す。このようにして、遠隔制御デバイスへの接近の右/左の区別を行うことができる。接近方向による受信電極EEでの電流の時間的経過は、図4のチャートで示され、そこでは特性曲線C1は、右接近を表し、特性曲線C2は、左接近を表す。このようにして、右利き接近もまた、左利き接近と容易に区別できる。
図5は、遠隔制御デバイスの底部での電極の代替配置を示す。少なくとも3つの電極SE、KEおよびEEは、リブの谷に導入され、デバイス壁で単一の指に提供される。それによって送信電極SEから受信電極EEへの手に生成される電流経路を用いて、補償電極KEの交流電場が、バイパスされる。
本発明によると、いくつかの送信電極SE、受信電極EEおよび補償電極KEもまた、遠隔制御デバイスまたは任意の他の電気手持ち式デバイス、例えばコンピュータマウスに提供できる。コンピュータマウスへの電極の配置代替案は、図13aから図13jで示される。
本発明によると、いくつかの電極構造体もまた、手持ち式デバイスに配置でき、電極構造体の各々は、送信電極、受信電極および補償電極を有する。電極構造体の各々は好ましくは、電極構造体の各々を使って上記の原理による手持ち式デバイスへの接近または接触の検出が可能であるように配列される。
2つの電極構造体を備える手持ち式デバイスの例は、図6で示される。図6は、ゲーム機のための、他の手持ち式デバイスを表す入力デバイス100を示す。入力デバイス100は、2つの近接または接触感知領域110および120を有する。ケーシング表面の下のこれらの領域では、上述の電極構造体の1つが、配置される。電極構造体は、図6では示されない。入力デバイスでの電極構造体の電極配置は、例えば図1を参照して示されるように選択できる。
領域110および120と関連する両方の感知電極構造体は、ここでは図示されない評価電子デバイスと結合される。評価電子デバイスは、電極構造体への接近を連続して読み出すことができる。この目的のために、電子評価デバイスは、例えば電極構造体でのマルチプレクサーと結合されてもよい。
別法として、電子評価デバイスは、電極構造体の各々に提供できる。
両方の電極構造体を使って、どこを入力デバイス100が触れられるかを今では識別できる。どの領域110、120が触れられるかまたはどの領域にユーザーの片手または両手が接近しているかに従って、電子評価デバイスは、入力デバイスの異なる機能を活性化できるまたは果たすことができる。
図7は、いくつかの電極構造体を備える手持ち式デバイスへの接近および/または手持ち式デバイスの接触の検出のための3つの例を示す。いわゆる「ゲームコントローラ」100は、ここでは例として示され、それは、図6ですでに示されるように、2つの近接または接触感知ゾーン110および120を有する。ゲームコントローラ100はここでは、例えばゲーム機で行われるゴルフゲームのためのゴルフクラブとして使用できる。ゴルフゲームのためのゴルフクラブは、両手で持たなければならず、その結果感知領域110とだけ(図7での左の説明図)または感知領域120とだけ(図7での真ん中の説明図)の接触は、ゴルフクラブでのどんな機能も決定しない、またはゲームコントローラ100のゲーム機の動きを無視する。別法として、ゲームコントローラ100は、ゲームコントローラ100がゴルフクラブとして使用されるためには両手で (図7での右の図面) 持つ必要があることをユーザーに示すことができる。
そのような機能は、ゲームコントローラに限定されるだけでなく、さまざまな手持ち式デバイス、例えば携帯電話またはMP3プレーヤーに提供できる。
同様に図6および図7で示される2つの電極構造体より多くの電極構造体が、提供できる。それで3つの電極構造体に関しては、互いに分離される3つの感知領域が、例えばゲームコントローラのような例えば手持ち式デバイスに配置できる。
手持ち式デバイスの中または上の適切な手段を通じて決定される他のセンサーデータとの組み合わせもまた、可能である。それで例えば位置決めセンサーまたは加速度センサーを通じて検出できるMP3プレーヤーの振動は、どこをMP3プレーヤーが持たれているかに応じて、異なるアクションを引き起こすことができる。もしMP3プレーヤーが、キーボードの領域で持たれているならば、振動は、音楽トラックの順番の変化を引き起こすことができるが、一方でそれを振動中にディスプレイで持つことは、別の音楽トラックの無作為抽出を決定した。
コンピュータマウスに基づく本発明は、以下で説明される。
図8で例示されるように、本発明による解決策は、3つの主要モジュールの特定の組合せにある。
第1の主要モジュールは、接近する人間の手の検出のための3つのE場電極を含む。
第2の主要モジュールは、第1の主要モジュールから配送される信号のアナログ信号処理を成し遂げる。
第3の主要モジュールは、信号制御ユニット(MCU)として行われ、2つの前述の主要モジュールの信号制御をもたらし、E場から得られる情報を接続される外部ハードウェアに配送する。
単一モジュールが、次により詳細に述べられる。
A)第1の主要モジュール-E場電極
電極の特に有利な配置は、図9で例示される。コンピュータマウスの上側には、3つのE場電極SE、KE、EEが、置かれる。より広い電極SE(=送信電極)は、切り替え信号を供給され、その信号は、50KHzから300KHzの間の周波数および20V値を越えるべきでない信号振幅を有することができる。電極SEよりも小さい表面を必要とすることもある、電極KE(=補償電極)もまた、電極SEの電気信号形を供給される。電極SEと電極KEとの間の検出特徴を表す電気信号の差は、-140°から+140°の位相差である。その上、両方の電極間の信号振幅差もまた、電極配置の所望の、空間的に方向を持つ場合にもまた必要な、検出能力のために有利となり得る。
電極EE(=受信電極)は、下流のアナログ信号処理での信号入力に接続される。
図10では、この配置の相互作用が、さらに例示される。コンピュータマウスでの3つの電極は、手の十分な離脱または完全な不在のときには、電極SEの放出E場を通じて電極EEで影響するE場が、電極KEの位相遅延放出E場の助けを借りて消滅されるように解釈される。もし人間の手が、最小距離より下でコンピュータマウスに接近するならば、電極SEから電極EEへの手を通る新しい電流経路が、生成され、その電流経路は、電極KEの影響範囲を離脱し、電極EEでの著しい電流上昇をもたらす。
B)第2の主要モジュール-アナログ信号処理
図11では、コードレスコンピュータマウスのためのアナログ信号処理の好ましい回路構造が、例示される。T1の配線は、一方では動作周波数範囲でのモジュールの信号入力でのインピーダンスが、最小値に達し、他方では信号増幅が、各構成要素およびそれの最小の可能な急勾配の助けを借りて、安定な動作可能最大値を経験するように解釈される。
T2の次の信号強化ならびにこの構成要素の出力インピーダンスは、D1の助けを借りて、モジュールの信号出力においてモジュールの信号入力のAC信号の直接推定DC信号をできるだけ速くかつ高エネルギー供給の必要なく得るためのように解釈される。
C)第3の主要モジュール-信号制御ユニット(MCU)
図12では、コードレスコンピュータマウスのための信号制御ユニットの特に有利な実施形態が、例示される。信号制御ユニットは、中央MCUから成る。このモジュールを通じて処理される信号処理プロセスは、次の可能な機能を含むことができる。
- MCUは、それのタイマーの助けを借りて、3つのモジュールすべての実行タスクが成し遂げられる(=アクティブフェーズ)周期的計時スロット、例えば1msを生成し、これらの計時スロットは、もし必要ならば延長または短縮できる。図12はまた、MCUがさらに、残りの時間間隔、例えば100msを3つのモジュールすべての最小電流ニーズ(=休止フェーズ)に提供することも示し、これらの間隔は、例えばアクティブフェーズでの登録量の変化を通じて任意に延長または短縮できる。
- MCUは、アクティブフェーズでは最短所要時間経過の間だけそれの供給スイッチの助けを借りてアナログ信号処理にエネルギー供給を行う。
- MCUは、アクティブフェーズでは所定の時間経過の間両方のE場電極SEおよびKEのための所要の切り替え信号を生成し、この経過は、任意に延長または短縮できる。
- MCUは、アクティブフェーズ内でそれのA/D変換器の助けを借りてそれの実際の動作電圧を測定し、この/それらの測定結果を次に続く結果計算に含める。
- MCUは、それらの信号入力またはそれらの複数信号入力において、アナログ信号処理を生成した固定の事前に定義された時点までそれのA/D変換器の助けを借りてアクティブフェーズで交流電圧/パルス電圧の量を検出する。
- MCUは、アクティブフェーズでは、CPU、REM、フラッシュおよびそれのファームウェアに含まれるアルゴリズムの助けを借りて、すべての測定結果を評価し、論理的結論を引き出し、含まれるすべてのモジュールの次の実行アクションを決定する。
- MCUはオプションとして、アクティブフェーズでは、それの直列および/または並列インターフェースモジュールの助けを借りて、それの情報、例えばWake-Up信号を接続される外部ハードウェアに送信する。
- MCUはオプションとして、アクティブフェーズでは、外部ルーチンが処理されたとき、接続される外部ハードウェアからの応答/信号、例えばGo-To-Sleep信号を待つ。
- MCUそれ自体は、アクティブフェーズの終わりに休止モード(=低電力モード)に移行し、そのモードからMCUは、独立しておよび/または外部電気信号を通じて復帰することができる。
本発明による概念は、E場を用いて行われる接近する人の検出の助けを借りる「将来の調査」、および特別に適合されたアナログフロントエンドのすべてのプロセス制御MCUとの一緒の最適化相互作用の組合せを通じて、用いられるエネルギー貯蔵システム、例えばバッテリーの寿命の増加をもたらすだけでなく、例えばこの技術を使ったコンピュータマウスを使用するユーザーによって「知覚される」反応時間の低減/排除ももたらす。「知覚される」反応時間の減少は、コンピュータマウスが休止モードから目覚ましモードに移行する上述の第1のしきい値I0を通じて近似的に達することができる。
コンピュータマウスにおけるそれの幾何学的構成および配置に関して、電極はまた、上述の実施形態に対して異なって配置できる。
コンピュータマウスでの電極配置のいくつかの可能な変形は、以下で示される。これらの異なる電極配置はまた、他の手持ち式デバイスでも提供できる。
図13aは、送信および受信電極が180°回転した軸対称配置を示す。
図13bは、それの検出範囲に関して最適化された軸対称配置を示す。
図13cは、すべての電極の半回転対称配置を示す。
図13dは、すべての電極の任意に、ここでは約45°回転した配置を示す。
図13eは、すべての電極の完全回転対称配置を示す。
図13fは、点対称配置での多重分割送信電極SEおよび受信電極EEを示す。この構成を通じて、ジェスチャーの検出は、有利な方法で特に可能である。例えば上部右接近は、それぞれの受信電極での電流が(明らかに)異なるという点で底部左接近とは異なる。
図13gは、点対称、軸対称、または非対称配置での多重分割側方受信電極EEを示す。この構成を通じて、ジェスチャーの検出もまた、有利な方法で可能である。受信電極EEでの接近方向に応じて電流は、毎回異なるので、接近方向は、同様に検出できる。横方向の送信電極SEもまた、適用できる。
図13hは、完全回転対称配置での多重分割受信電極を示す。それによってジェスチャーならびに接近方向の検出が、可能である。
図13iは、二重軸対称配置での多重断片化送信電極を示す。ジェスチャーの検出が、ここでは可能である。
図13jは、いくつかの/すべての電極の軸対称もしくは点対称を含むことができるまたは同様に完全に非対称とすることができる電極の助けを借りる楽しい設計を示す。ジェスチャーの検出が、ここでは可能である。
それに対応して形成され、挿入される、または金属表面区分の電極構成要素でできているようなE場電極の性能への別法として、デバイス全体/動作領域の表面の中および/または下に1つの単一のもしくは追加のプラスチック材料および/またはケーシング材料を使用してE場電極を開発することもまた、可能である。
その上、図14で示される構成で回路を実装することもまた可能である。図14で示される回路設計の場合には、アナログ信号処理は、計算増幅器の助けを借りて行われ、その増幅器は、それの信号出口において受信電極電流のコピーが生成されるような形 (ここでは下流のDC整流がない配置)で配線される。Ca、Ra、CbおよびRx構成要素は、オプションとして必要であり、Rbについてはそれの実現の個別的なまたは間接的な形が、推奨される。その上、信号制御ユニットでのA/D変換器を中止し、代わりに1つまたはいくつかの比較器の結果に基づいてさらなる論理アクションを処理することが、可能である。
図15は、電気手持ち式デバイスのための本発明による検出デバイスのブロック図を示す。
検出デバイスは実質的に、送信電極SE、補償電極KE、受信電極EE、信号発生器10、ならびに評価電子装置20から成る。
送信電極SEおよび補償電極KEは、発生器10によって供給される交流電圧を供給されかつ/または加えられる。それによって、交流電場WSおよびWKは、送信電極SEおよび補償電極KEにそれぞれ形成される。発生器10によって供給される交流電圧は、約50KHzから300KHzの間の周波数を有する。好ましくは交流電圧は、75KHzから150KHzの間の周波数を有する。
送信電極SEおよび補償電極KEは、送信電極SEに照射される交流電場が補償電極KEまたは受信電極EEに結合されないように手持ち式デバイスに配置される。交流電場WSの補償電極KEまたは受信電極EEへの結合を防止するために、送信電極または補償電極KEおよび/もしくは受信電極EEの電極形状は、それに応じて調節できる。
本発明によると、送信電極SEは、図15で示されるように、2つの電極SEとKEとの間の接続30によって補償電極KEに直流的に結合される。それで送信電極に加えられる交流電圧はまた、補償電極KEにも加えられる。送信電極SEの補償電極KEへの直流的結合は、オーム性抵抗Rを用いて行われてもよく、その抵抗は、送信電極SEに供給される交流電圧を弱める。補償電極KEはまた、オーム性抵抗Rを用いて信号発生器10にも結合される。この場合にもまた、オーム性抵抗は、信号発生器10によって供給される交流電圧の信号減衰を引き起こす。
その上、信号発生器10の補償電極KEへの結合は、移相器Δφ2を用いて行われ、その移相器は、補償電極KEに供給する交流電圧の位相を送信電極SEに供給する交流電圧の位相の方へ移動させる。それによって、補償電極KEは、その信号形が実質的に同一であるが、しかしながら互いに位相遅延である2つの交流電圧を供給されることが達成できる。補償電極KEに照射される交流電場WKは、補償電極KEが供給される、互いに位相遅延である2つの交流電圧の重ね合わせから結果として生じる。
送信電極SEの補償電極KEへの結合もまた、移相器Δφ1を用いて行われる。移相器Δφ1およびΔφ2は、調節可能な移相器として配置されてもよい。
具体的な実施形態では、2つの移相器Δφ1またはΔφ2の1つだけが、補償電極KEが供給される2つの交流電圧が互いに位相遅延であることを保証するために必要とされる。しかしながら、両方の移相器Δφ1およびΔφ2の使用は、より多くの選択の自由が2つの交流電圧間の位相差を設定するために許されるという利点を有する。
受信電極EEは、補償電極KEに照射される交流電場WKが受信電極EEに結合できるように補償電極KEに対して配置される。その上、受信電極は、補償電極KEに結合されない。
補償電極KEの受信電極EEに結合される交流電場WKは、受信電極EEに電流を生成する。受信電極に結合される交流電場WKによって生成される電流I1は、手持ち式デバイスの休止モードからアクティブモードへの切り替えができるレベルを定義する。受信電極EEに生成される電流は、受信電極EEと結合される評価電子装置20を用いて監視できかつ/または評価できる。
受信電極EEでの電流I1または手持ち式デバイスのモード切り替えが行われるレベルは、送信電極が供給される交流電圧と補償電極が供給される交流電圧との間の位相ずれを変えることによって設定できる。2つの交流電圧間の位相ずれは、移相器Δφ1かまたは移相器Δφ2を使って成し遂げることができる。従って、2つの移相器の1つだけを提供することもまた十分である。ある応用については、調節可能である代わりに、調節できない移相器、例えばRC素子を提供することもまた、有利なこともある。
送信電極SEと補償電極KEとの間の距離および/または送信電極SEが供給される交流電圧は、送信電極SEに照射される交流電場が補償電極KEに結合しないように選択される。このようにしてのみ、手による把持のないときに受信電極EEに生成される電流I1が、アクティブモードへの手持ち式デバイスの切り替えを引き起こすことになる所定の値より上に上昇しないことを保証できる。
図16は、手Hが送信電極SEに照射される交流電場の受信電極EEへの結合を可能にする、図15の本発明による検出デバイスのブロック図を示す。検出デバイスはそれ自体、図15による検出デバイスと実質的に同一である。図16での検出デバイスは、移相器Δφ2だけを有し、それを用いて信号発生器10は、補償電極KEに結合される。移相器Δφ2を使うと、補償電極KEでの信号は、送信電極SEでの信号に対して位相遅延であることが許される。
手Hが送信電極SEおよび受信電極EEに接近していることまたは手Hが両方のこれらの電極に触れていることは、送信電極に照射される交流電場WSが手Hによって受信電極EEに結合されることを伴うことになる。受信電極EEに結合される交流電場WSは、受信電極EEに第2の電流I2を生成する。電流I1および電流I2から結果として生じる全電流IGまたは全電流の変化は、評価電子装置20によって検出できる。全電流IGまたは電流変化は、制御デバイス(図16では図示されず)に伝えることができ、それは、手持ち式デバイスで電流IGまたは電流変化を用いて所定のアクションを引き起こしてもよい。この所定のアクションは、例えば休止モードからアクティブモードへの手持ち式デバイスの移行であってもよい。
このようにして、異なるしきい値もまた、定義できる。例えば電流I1よりも高い第1のしきい値が、定義できる。このしきい値を越えるときまたは電流が受信電極EEでこのしきい値を越えるとき、手持ち式デバイスは、休止モードから目覚めモードに移行できる。第1のしきいよりも高い第2のしきい値は、手持ち式デバイスを目覚めモードからアクティブモードに移行させるために提供できる。
受信電極EEでの異なる切り替えしきいまたは電流は、手持ち式デバイスを手で握る少し前に、第1のしきいの電流よりも高いが第2のしきいの電流よりも小さい電流が、手の結合効果を用いて受信電極にすでに流れているという点において達することができる。もし結局手が手持ち式デバイスを完全に握るならば、送信電極と受信電極との間の手を用いて行われる容量性結合は、十分に大きく、その結果受信電極EEで手Hを用いて結合される交流電場WSは、送信電極SEが受信電極EEに流れる全電流を第2のしきいより上に増加させるのに十分である。
しきいまたは複数のしきいは、絶対しきい値としてまたは電流I1に対する相対しきい値として評価電子装置20または制御デバイスに保管できる。
図17は、手持ち式デバイス40での電極の配置に関する好ましい実施形態を備える手持ち式デバイス40を示す。図17は、手持ち式デバイス40の底面図、正面図ならびに対応する側面図を示す。
送信電極SEは、第1の側壁41に配置される。受信電極EEおよび補償電極KEは、第1の側壁41の反対側の第2の側壁42に配置される。
図17が示すように、補償電極KEおよび受信電極EEは、互いから直流的に分離される。さらにまた、送信電極SEおよび補償電極KEは、本発明によると互いに直流的に結合されることもまた示される。
すべての電極は、図17で示されるように、手持ち式デバイス40の表面に配置できる。別の実施形態では、ここでは図示されないが、すべての電極またはそれらのいくつかはまた、手持ち式デバイス40の表面の下に直接配置することもでき、それは、本発明による検出配置の実施形態に関しては、送信電極SEおよび/もしくは補償電極KEを作動させる信号か、または移相器Δφ1および/もしくはΔφ2が、それに応じて適合されなければならないという効果を有するだけである。
それは別として、手による把持の検出は、電極間の電場相互作用に基づいて行われるので、手持ち式デバイス40の表面のすぐ下への電極の配置は、検出デバイスの動作に効果を有さない。しかしながら、手持ち式デバイス40の表面のすぐ下への電極の配置は、電極が外部の影響から保護されるという利点を有する。
電極はここでは、手持ち式デバイス40が導電性表面に置かれるとき、電極がその表面に触れないように配置される。電極と表面との間、または電極表面間の距離は、送信電極SEと受信電極EEとの間のインピーダンスが所定の値を越えないように選択される。これは、導電性表面によって送信電極SEに照射される交流電場WSが受信電極EEに結合されないことを保証する。
それによって、送信電極SEと受信電極EEとの間のインピーダンスは、送信電極と表面との間のインピーダンス、表面のインピーダンスおよび表面と受信電極との間のインピーダンスから結果として生じる。このようにして、たとえ手持ち式デバイス40が導電性表面に置かれても、受信電極EEでの電流I1が、例えば手持ち式デバイスの自発的な活性化を生じさせる特定の第1のしきい値を越えないことを保証することは、可能である。
電極は、例えば携帯電話の左側および右側に配置されてもよく、その結果携帯電話は、握られるときアクティブモードに切り替わる。もし携帯電話が再び切られ、ユーザーの手が携帯電話から離れるならば、受信電極EEでの電流が減少し、それ故にアクティブモードしきいより下に再び下がるので、携帯電話は、自動的に休止モードに切り替わる。
本発明による電極配置または本発明による検出配置は、使用の場合には実質的に手で握ることができるすべての手持ち式デバイスに適用できる。従って、コンピュータマウスでさえ、本発明による検出デバイスを提供できる。
本発明による電極配置または本発明による検出配置はまた、ハンドルを有する物体にも適用でき、その場合本発明による3つの電極は、ハンドルに配置できる。
本発明によるいくつかの検出デバイスもまた、把持動作中に手持ち式デバイスでの手の位置を検出するためにさえ、手持ち式デバイスで提供できる。別法として、各々が補償電極と容量的に結合することが可能であり、各々が評価ユニット20と結合することが可能である、いくつかの受信電極EEもまた、提供できる。このようにして、手持ち式デバイスの休止モードからアクティブモードへの切り替えもまた、所定のしきいを越える電流が少なくとも2つの受信電極に流れるとき成し遂げることができる。
もちろん、検出配置もまた、1つの送信電極、いくつかの補償電極およびいくつかの受信電極を提供されてもよく、補償電極はすべて、移相器を用いて信号発生器と結合される。各移相器は、送信電極に印加される交流電圧と補償電極に印加される交流電圧との間に異なる位相ずれを引き起こしてもよい。このようにして、各々が補償電極のための切り替えしきいを表す、異なるレベルを持つ電流が、すべての受信電極に流れる(もし手持ち式デバイスが使用されないまたは手で握られないならば)。
手持ち式デバイスは、例えば携帯電話またはコンピュータマウスであってもよく、その場合把持動作の後、携帯電話またはコンピュータマウスは、休止モードからアクティブモードに切り替わり、手の除去の後、アクティブモードから休止モードに切り替わる。
図18は、静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性のための指標となる出力信号DSを生成するための本発明による回路装置のブロック図を示す。
静電容量センサー素子は、送信電極SE、補償電極KEおよび受信電極EEを含む。送信電極SEおよび補償電極KEは各々、信号発生器デバイスSGと結合される。信号発生器デバイスSGは、送信電極SEを第1の交流電気信号S1で帯電させ、補償電極KEを第2の交流電気信号S2で帯電させるように形成される。第2の交流電気信号S2は好ましくは、第1の交流電気信号S1に対して位相がずれている。
送信電極SEおよび補償電極KEの両方では、交流電場が、放出され、補償電極で放射される交流電場および送信電極SEで放射される交流場は、重なり合う。両方の交流電場、すなわち2つの交流電場から結果として生じる交流電場は、受信電極EEに結合する。受信電極EEに結合される交流電場は、環境、すなわち電極SE、KEおよびEEによって定義される観測領域の誘電特性に依存する。センサー素子に接近する物体、例えば手の場合には、送信電極SEで放射される交流電場の一部は、手を介して受信電極EEに結合され、それ故に補償電極KEで放射される交流電場の影響から離脱する。
受信電極EEに結合する交流電場から結果として生じる電気信号もまた、観測領域の誘電特性に依存する。静電容量センサー素子に接近する手の場合には、例えば、受信電極EEに流れる電流は、増大するまたは減少する。受信電極EEは、受信電極で測定される電極電気信号S3を処理するためおよび処理信号S5を提供するために設計される信号処理デバイスSAと結合される。受信電極EEでは、電流または電圧が、測定されてもよい。
処理電気信号S5は評価器AEに伝えられ、評価器AEは処理電気信号S5を評価し、評価の結果を出力信号DSとして提供する。したがって出力信号DSは、静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性の指標となる。
図19は、本発明による回路装置の具体的な実装例を示す。
信号発生器Gは、送信電極SEに帯電される第1の交流電気信号S1を提供する。その上、この第1の交流電気信号S1は、信号発生器Gによって提供される交流電気信号S1に対して基本的に180°だけ位相がずれた交流電気信号を生成するために、インバーターINVに伝えられる。この反転交流電気信号は、電圧分配器、例えばポテンショメーターを用いて補償電極KEに帯電される。ポテンショメーターは、補償電極に帯電される交流電気信号S2、すなわち反転交流電気信号を減衰させるために提供される。ポテンショメーターへの代替案として、例えば1より小さい増幅係数を持つ増幅器もまた、提供できる。反転交流電気信号を減衰させるのに適した他の回路素子もまた、使用できる。第1の交流電気信号はまた、それが反転される前に、最初に減衰させることもできる。補償電極KEに帯電される交流電気信号はそれ故に、送信電極SEに帯電される交流電気信号に対して180°だけ位相がずれ、その上送信電極に帯電される交流電気信号S1よりも小さい振幅を含む。
インバーターおよび減衰器の使用は、もし回路装置が統合された構成要素、例えばASIC(特定用途向け集積回路)として設計されるならば、特に有利である。
受信電極EEでは、電極信号S3が、測定され、増幅デバイスVに伝えられる。増幅デバイスVはこの場合、下流の電圧増幅器を備える電流/電圧トランスである。増幅デバイスはそれの出力に、受信電極EEで測定される電流に比例する電圧S4を提供する。好ましくは、電圧増幅器の電圧利得は、調節可能であり、その結果本発明による回路装置は、異なる静電容量センサー素子に容易に適合できる。これは、例えばもし各々が異なる電極形状および/または異なる電極表面を持つ異なるセンサー素子が、回路装置に接続可能であるべきならば、必要なこともある。
ここでは図示されない別の実施形態では、電流/電圧トランスは、トランスインピーダンス増幅器を含んでもよく、好ましくはトランスインピーダンス増幅器のトランスインピーダンスもまた、調節可能である。
ここでは図示されないなおさらなる実施形態では、増幅デバイスVはまた、受信電極EEで測定される電流が、直接増幅され、その後の評価器に伝えられるようにも形成できる。
増幅デバイスVによって提供される電気信号S4は、電気信号S4をデジタル化し、デジタル化信号S5を提供するデジタル化デバイスA/Dに伝えられる。デジタル化信号S5は、デジタル化信号を評価し、静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性のための指標となる検出信号DSを評価の結果として提供する評価器に伝えられる。
図20は、本発明による回路装置の別の具体的な実装例を示す。受信電極EEでは、電気信号が、測定され、増幅デバイスVに伝えられる。増幅デバイスVはここでは、第1のダイオードおよび第2のダイオードと結合され、第1のダイオードは、受信電極EEで測定される電気信号の正の半波について順方向で動作し、第2のダイオードは、負の半波について順方向で動作する。増幅デバイスVはこのようにして、第1のダイオードおよび第2のダイオードとそれぞれ一緒に、単一波整流器を構成する。
ここで図示されるダイオードの代わりに、電気的に制御されるスイッチもまた、提供でき、そのスイッチは、第1の交流電気信号(発生器G1の信号)にそれぞれ同期して開閉し、その結果増幅デバイスVに印加される電気信号のそれぞれ正の半波および負の半波だけが各々、その後のフィルターに伝えられる。
フィルターによって復調され、平滑化された信号は各々、アナログデジタル変換器A/Dに伝えられる。アナログデジタル変換器A/Dは、マイクロコントローラμCの構成要素とすることができる。アナログデジタル変換器A/Dによって提供されるデジタル信号は、例えばセンサー素子への手の接近および/または手による送受話器の把持を決定するために、マイクロコントローラμCによって評価される。評価の結果は、電子送受話器でのさらなる処理のためにマイクロコントローラμCによって(デジタル)検出器信号DSとして提供できる。
マイクロコントローラμCはまた、図20で示される信号発生器G1、G2を制御するために提供されてもよい。信号発生器G1およびG2はそれぞれ、交流電気信号を各々提供し、第1の信号発生器G1によって生成される交流電気信号は、送信電極SEに帯電され、第2の信号発生器G2によって生成される交流電気信号は、補償電極KEに帯電される。2つの信号発生器G1、G2によって生成される交流信号は好ましくは、互いに位相がずれている。好ましくは、信号発生器G2によって生成される交流電気信号は、信号発生器G1によって生成される交流電気信号に対して150°から180°に至るまでだけ位相がずれている。
ほぼ180°だけの位相ずれを使うと、補償電極KEで放射される交流電場による送信電極SEで放射される交流電場の最大減衰が、達せられる。それ故に、受信電極EEに結合される交流電場は、受信電極EEに非常に小さな電流を生成するだけ、好ましくはほとんど電流を生成しないことが保証される。
手がセンサー素子に接近するとき、送信電極SEで放射される交流電場は、少なくとも部分的に手を介して受信電極EEに結合され、手を介して受信電極EEに結合される交流電場は基本的に、補償電極KEで放射される交流電場の影響から離脱する。これは、受信電極EEに結合される交流電場における送信電極SEで放射される交流電場の部分が、接近する手に起因して増加することを意味する。このようにして、センサー素子に接近する手は、受信電極EEでの著しい電流上昇をもたらすことが保証される。
好ましくは、第2の信号発生器G2によって生成される交流電気信号は、それが補償電極KEに帯電される前に減衰される。これは、第2の信号発生器G2によって提供される電気信号の振幅が第1の信号発生器G1によって提供される電気信号の振幅よりも小さいことを可能にすることになる。
図21は、本発明による回路装置のさらなる実装変形を示す。受信電極EEと結合される増幅デバイスVならびに増幅デバイスVと結合され、それぞれの下流のフィルターを備えるダイオードは基本的に、図20に関してすでに示されるように対応する。
図3で示される実施形態とは違って、フィルターに印加される出力信号は、正の半波のフィルター処理された復調信号と負の半波のフィルター処理された復調信号との間の差分信号を生成するために、減算器に伝えられる。差分信号は、デジタル化デバイス、例えばアナログ/デジタル変換器に伝えられる。減算器は、差動増幅器として形成される演算増幅器を用いて実現されてもよい。マイクロコントローラμCは、デジタル化差分信号から検出信号DSを放出し、それをさらなる処理のために利用できるようにする。
信号発生器G1およびG2は、図20に関してすでに示されるようにそれぞれ設計でき、構成できる。信号発生器G1およびG2はまた、マイクロコントローラμCによって制御することもできる。
図22は、本発明による回路装置のさらなる可能な実装変形を示す。信号発生器G1は、送信電極SEに帯電される交流電気信号を提供する。その上、この交流電気信号は、移相器Δφに伝えられる。これから結果として生じる位相がずれた交流電気信号は、補償電極KEに帯電される。
移相器Δφの代わりに、基本的に180°の位相ずれに対応する、信号発生器G1によって提供される信号を反転するインバーターがまた、提供されてもよい。
この反転交流電気信号は、次いで減衰されてもよく、その結果もたらされる交流電気信号は、信号発生器によって提供される交流信号の振幅よりも小さい振幅を含む。
移相器の代わりにインバーターおよび減衰器を使用することは、もし回路装置が統合された構成要素、例えばASIC(特定用途向け集積回路)として設計されるならば、特に有利である。
受信電極EEで測定される電気信号は、増幅デバイスVに伝えられる。増幅デバイスVは、例えば下流の電圧増幅器を備える電流/電圧トランスとすることができる。電流/電圧トランスは、トランスインピーダンス増幅器として設計できる。電圧利得およびトランスインピーダンスの両方は好ましくは、調節可能である。
増幅デバイスVによって提供される増幅信号、すなわち提供される電圧は、例えば発生器G1に同期して動作させることができる整流器に伝えられる。検出信号は、フィルターを用いて平滑化され、その後、伝えられる直流信号の直流との比較を用いて出力信号DSを生成し、この出力信号DSをさらなる処理のために提供する比較器に伝えられる。
図23は、本発明による回路装置のさらなる実施形態を示す。送信電極SEおよび補償電極KEに帯電される交流電気信号はここでは、マイクロコントローラによって提供される。補償電極KEに帯電される交流電気信号はここでもまた、送信電極SEに帯電される交流電気信号に対して位相がずれている。
受信電極EEで測定される電気信号は、ここでもまた下流の電圧増幅器を備える電流/電圧トランスとすることができる増幅デバイスVに伝えられる。電流/電圧トランスはまた、トランスインピーダンス増幅器としても設計できる。増幅信号は次いで、アナログデジタル変換器に伝えられる。アナログデジタル変換器は、送信電極SEに帯電される交流電気信号に同期して動作させることができる。好ましくは、アナログデジタル変換器に伝えられる増幅信号は、1周期当たり二度走査され、走査の位相は好ましくは、伝えられる増幅電気信号のピーク値を走査の第1および第2の半周期で走査し、デジタル化するように選択される。走査の位相は、例えば回路装置の初期化ステップ中に決定できる。
検出ピーク値、すなわち正のピーク値および負のピーク値から、入力信号の整流が、減算を用いてもたらされてもよい。このようにして生成される直流信号は次いで、評価器によって出力信号DSを生成するために使用されてもよい。
図18から図23で示される実装変形では、デジタル化デバイス、すなわちアナログデジタル変換器は各々、サンプルホールド素子の助けを借りて実現でき、サンプルホールド素子の出力は、アナログデジタル変換器に伝えられる。図20で示される実施形態では、例えば、2つのサンプルホールド素子が、提供でき、それの出力は、時分割多重化でアナログデジタル変換器と結合される。サンプルホールド素子は、信号発生器の信号に同期して動作させることができる。
ここで示されるいくつかの実施形態では、補償電極KEに帯電されるべき交流信号を、補償電極KEがそれで帯電される前に減衰させるために、減衰器を提供することは、有利である。
前述の図で示される実施形態では、電流/電圧トランスはまた、分路抵抗の助けを借りて実現することもできる。デジタル処理および検出器信号DSの作成はそれぞれ、従来のマイクロコントローラμCを使ってまたは有限オートマトン(有限状態機械)の助けもまた借りて行うことができる。
図18から図23で示される回路装置のいくつかは、出力信号DSを提供する代わりに、回路装置が静電容量センサー種目の観測領域の誘電特性に応じて、例えば携帯電話を直接休止モードおよびアクティブモードにそれぞれするように設計できる。
本発明による回路装置は、例えば統合された構成要素(ASIC)としてまたは個別構成要素を使用して実現できる。
図24は、本発明による回路装置およびそれと結合される静電容量センサー素子の応用例を示す。回路装置および静電容量センサー素子は、手による携帯電話への接近および携帯電話の把持をそれぞれ検出するために、電気送受話器に、例えば携帯電話にそれぞれ配置でき、使用できる。接近および把持の検出はそれぞれ、例えば携帯電話を休止モードからアクティブモードに移行させるために使用できる。携帯電話のエネルギー消費は、このようにして大幅に低減できる。
携帯電話のユーザーは、携帯電話を休止モードからアクティブモードに移行させるために積極的にどんな入力もする必要がないことが、ここでは有利である。使いやすさは、このように著しく高めることができる。携帯電話を休止モードからアクティブモードにおよびアクティブモードから休止モードにそれぞれ切り換えるためのキーは、不要にでき、それは、携帯電話の設計に関する自由度を増加させることが、さらに有利である。携帯電話のエネルギー消費の低減も特にまた、送信電極SEと受信電極EEとの間の小さ過ぎる容量性結合に起因して、補償電極では携帯電話に手がないことの指標となる非常に小さい電流だけが流れるので、携帯電話から手を離している間は、携帯電話を自動的に休止モードにすることができるという事実に起因して達せられる。
送信電極SEを携帯電話の第1の側壁に、および補償電極だけでなく受信電極も携帯電話の第2の側壁に配置することは、有利である。それ故に、携帯電話を握っている間は、手は少なくとも部分的に、第1の側壁での送信電極SE、ならびに第2の側壁での受信電極EEおよび補償電極KEをそれぞれ覆うので、携帯電話の把持は、確実に検出されることが保証される。
図24の右側の説明図でわかるように、受信電極EEおよび補償電極KEは基本的に、携帯電話の側壁に互いに平行に配置される。補償電極KE、受信電極EE、および送信電極SEは、電子システムEと結合される。電子システムEはここでは、図19から図23を参照して示されるように実現できる。
図25は、電極SE、EEおよびKEの構成の例を示す。図25で示される電極は、例えば携帯電話または携帯型ミニコンピュータ(PDA)の上部に配置できる。送信電極および受信電極はここでは、ストライプ状に形成され、電極の長さは各々、電極の幅のおおよそ9倍を含む。受信電極は基本的に、送信電極に平行に配置される。送信電極の受信電極からの距離は、具体的な応用に応じて変化することができる。
受信電極は、送信電極の方に向くエッジに凹部を含み、その凹部に補償電極が、配置される。補償電極は、それが受信電極への直流的接触を含まないように凹部に配置される。受信電極での凹部はここでは、基本的に受信電極の中央に提供される。もちろん、凹部はまた、より大きくも選択でき、次の具体的な応用に依存する受信電極の別の領域にもそれぞれ選択できる。いずれの場合にも、補償電極は基本的に、送信電極と受信電極との間に配置されることが重要である。
図25で示される受信電極およびそれの中に埋め込まれる補償電極の構成は、補償電極と受信電極との間の欠けている領域が例えば打ち抜きによって作製できるという事実に起因して、受信電極および補償電極が特に容易に作製できるという利点を有する。
図25で示される仕様は、携帯電話および携帯型ミニコンピュータ(PDA)それぞれでの電極の配置のために特に有利であることが判明した。もちろん、ここで示される電極のいくつかはまた、具体的な応用に応じて、他のサイズおよび領域をそれぞれ含むこともできる。
電極は、例えば導電性材料、例えば銅で作ることができる。別法として、電極はまた、筺体の上部表面に導電層として塗布することもできる。例えば導電性ニスを用いて電極を作製することが可能である。
10 信号発生器
20 評価電子装置
30 2つの電極SEとKEとの間の接続
40 手持ち式デバイス
41 第1の側壁
42 第2の側壁
100 入力デバイス
110 近接または接触感知領域
120 近接または接触感知領域

Claims (32)

  1. 少なくとも送信電極(SE)、受信電極(EE)および補償電極(KE)を備える手持ち式デバイスでの配置のための電極システムであって、前記補償電極(KE)は、前記送信電極(SE)と前記受信電極(EE)との間に配置でき、前記電極システムは、
    前記送信電極(SE)からは第1の交流電場(WS)および前記補償電極(KE)からは第2の交流電場(WK)が、放射でき、第1の交流電場(WS)は、第2の交流電場(WK)に対して位相遅延であり、交流電場(WS、WK)は、前記受信電極(EE)に結合でき、かつ
    前記受信電極(EE)と結合される交流電場(WS、WK)は、電極システムへの手の接近を表す電流(I)を前記受信電極(EE)に生成するように形成される、電極システム。
  2. 前記送信電極(SE)および前記受信電極(EE)は、前記送信電極(SE)と前記受信電極(EE)との間のインピーダンスが、手持ち式デバイスが表面(A)に置かれるとき、受信電極(EE)に生成される前記電流(I)を所定の値(I0)より下に保つのに適している所定の値(Z0)を越えるように前記手持ち式デバイスに配置できる、請求項1に記載の電極システム。
  3. 前記送信電極(SE)と前記受信電極(EE)との間の前記インピーダンスは、
    送信電極(SE)と表面(A)との間のインピーダンス、
    表面(A)のインピーダンスおよび
    表面(A)と受信電極(EE)との間のインピーダンスから成る、前記送信電極(SE)と前記受信電極(EE)との間のインピーダンスの合計である、請求項2に記載の電極システム。
  4. 電極システムは、評価電子装置と結合でき、前記評価電子装置は、前記電極システムへの手の接近を評価し、接近の表示信号を提供するために適合される、請求項1から3のいずれか一項に記載の電極システム。
  5. 手(H)による手持ち式デバイス(40)の把持動作の検出のための前記電気手持ち式デバイス(40)用の検出デバイスであって、送信電極(SE)、受信電極(EE)および補償電極(KE)を含み、
    前記送信電極(SE)および前記補償電極(KE)は、互いに直流的に結合され(30)、
    前記送信電極(SE)、前記受信電極(EE)および前記補償電極(KE)は、互いから離れて前記手持ち式デバイス(40)に配置可能であり、前記受信電極(EE)および前記補償電極(KE)は、それらが容量的に結合可能であるように前記手持ち式デバイスに配置可能であり、
    前記送信電極(SE)は、第1の交流電圧(U1)を供給され、その結果第1の交流電場(WS)が、前記送信電極(SE)から照射でき、前記第1の交流電圧(U1)は、直流的結合を用いて前記補償電極(KE)に結合可能であり、前記補償電極(KE)は、第2の交流電圧(U2)を供給され、それによって前記第1の交流電圧(U1)および前記第2の交流電圧(U2)から結果として生じる第2の交流電場(WK)が、前記補償電極(KE)から照射でき、
    前記第2の交流電場(WK)は、第1の電流(I1)を生成するために、前記受信電極(EE)に結合可能であり、かつ
    前記第1の交流電場(WS)は、もし前記手持ち式デバイス(40)が手(H)で握られるならば、第2の電流(I2)を生成するために、前記受信電極(EE)に結合可能であり、それによって前記第1の電流(I1)および前記第2の電流(I2)から結果として生じる全電流(IG)は、前記手持ち式デバイスが握られていることの指標となる、検出デバイス。
  6. 前記第1の交流電圧(U1)および第2の交流電圧(U2)は、同じ信号形を有し、互いに位相がずれている、請求項5に記載の検出デバイス。
  7. 前記送信電極(SE)および前記受信電極(EE)は、前記全電流(IG)の変化から手で握る動作(H)を検出するように開発される評価電子装置(20)と結合される、請求項5または6に記載の検出デバイス。
  8. 前記送信電極(SE)および前記受信電極(EE)は、手持ち式デバイス(40)が表面(A)に置かれる場合には、それらが前記表面に触れないように前記手持ち式デバイス(40)に配置可能である、請求項5から7のいずれか一項に記載の検出デバイス。
  9. 送信電極(SE)と表面との間のギャップおよび/または受信電極(EE)と表面との間のギャップは、送信電極(SE)と受信電極(EE)との間のインピーダンスが所定の値(Z)を越えないように選択され、送信電極(SE)と受信電極(EE)との間の前記インピーダンスは、
    送信電極(SE)と表面との間のインピーダンス、
    前記表面のインピーダンス、および
    表面と受信電極(EE)との間のインピーダンスから成り、前記所定の値(Z)は、前記送信電極(SE)に照射される前記交流電場(WS)が前記受信電極(EE)に結合されないように選択される、請求項8に記載の検出デバイス。
  10. 前記送信電極(SE)、前記補償電極(KE)および前記受信電極(EE)は、前記手持ち式デバイス(40)の前記表面に配置可能である、請求項5から9のいずれか一項に記載の検出デバイス。
  11. 前記送信電極(SE)および前記補償電極(KE)は、信号発生器(10)と結合され、前記送信電極(SE)および前記補償電極(KE)は、第1の、好ましくは調節可能な移相器(Δφ1)を用いて互いに結合され、かつ/または信号発生器(10)は、第2の、好ましくは調節可能な移相器(Δφ2)を用いて結合される、請求項5から10のいずれか一項に記載の検出デバイス。
  12. 前記評価電子装置(20)は、量の点で前記第1の電流(I1)よりも高い所定の全電流(IG)を使って、前記手持ち式デバイスのスイッチオンモードおよび/またはアクティブモードが、活性化できるように構成される制御手段を含む、請求項5から11のいずれか一項に記載の検出デバイス。
  13. 前記受信電極(EE)での前記第1の電流(I1)は、前記第1の交流電圧(U1)と前記第2の交流電圧(U2)との間の位相を変えることによって調整できる、請求項5から12のいずれか一項に記載の検出デバイス。
  14. 請求項1から4の一項に記載の少なくとも1つの電極システムおよび/または請求項5から13の一項に記載の少なくとも1つの検出デバイスを備える、手持ち式デバイス、特にコンピュータマウス、遠隔制御デバイス、携帯電話またはゲーム機のための入力デバイス。
  15. 前記送信電極(SE)、前記受信電極(EE)および前記補償電極(KE)は、前記手持ち式デバイスの前記表面にまたは前記表面のすぐ下に配置される、請求項14に記載の手持ち式デバイス。
  16. 前記送信電極(SE)は、前記手持ち式デバイスの第1の側壁(41)に配置され、かつ
    前記受信電極(EE)および前記補償電極(KE)は、前記第1の側壁(41)の反対側の第2の側壁(42)に配置される、請求項14または15に記載の手持ち式デバイス。
  17. 少なくとも1つの送信電極(SE)、1つの受信電極(EE)および1つの補償電極(KE)を含む検出デバイスを使って手による手持ち式デバイスの把持を検出するための方法であって、前記送信電極(SE)は、前記補償電極(KE)と直流的に結合され、前記補償電極(KE)は、前記受信電極(EE)と容量的に結合され、
    前記送信電極(SE)は、第1の交流電圧(U1)を供給され、その結果第1の交流電場(WS)が、前記送信電極(SE)に照射され、前記第1の交流電圧(U1)は、直流的結合を用いて前記補償電極(KE)に少なくとも部分的に結合され、
    前記補償電極(KE)は、第2の交流電圧(U2)を供給され、その結果第2の交流電場(WK)が、前記補償電極(KE)に照射され、前記受信電極(EE)に結合され、それによって前記受信電極(EE)に結合される前記第2の交流電場(WK)は、前記受信電極(EE)に第1の電流(I1)を生成し、かつ
    全電流(IG)は、前記受信電極(EE)で評価され、前記全電流(IG)は、前記第1の電流(I1)および第2の電流(I2)から結果として生じ、前記第2の電流(I2)は、もし手(H)が前記手持ち式デバイスを握るならば、前記受信電極(EE)への前記第1の交流電場(WS)の容量性結合を用いて生成され、それによって前記全電流(IG)は、前記手持ち式デバイスが手で握られていることの指標となる、方法。
  18. 前記第1の交流電圧(U1)および前記第2の交流電圧(U2)は、同じ信号形を有し、互いに位相がずれている、請求項17に記載の方法。
  19. 前記手持ち式デバイスのスイッチオンモードおよび/またはアクティブモードは、もし前記全電流(IG)が所定のしきい値を越えるならば引き起こされ、かつ/または
    前記手持ち式デバイスの休止モードは、もし前記全電流(IG)が所定のしきい値より下に減少するならば引き起こされる、請求項17または18に記載の方法。
  20. ケーシングデバイスと、
    XおよびY軸方向への前記ケーシングデバイスの移動とそれ自体で相関する制御データを生成するための移動検出装置と、
    前記ケーシングデバイスに向かう手の近接状況をそれ自体で表す信号を生成するための手検出装置とを備える手持ち式デバイスであって、
    前記手検出装置は、3つの場電極(SE、KE、EE)を持つ電極グループおよび
    これらの場電極と結合される回路装置を含み、
    回路装置は、場電極(SE、KE、EE)の少なくとも1つが、動作周波数で交互に繰り返す発生器電圧を供給され得るように形成され、かつ
    タッピング回路が、マイクロコントローラユニット(MCU)として実装される信号制御ユニットに伝えられる電極信号の生成のために提供される、手持ち式デバイス。
  21. 少なくとも1つの静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性のための指標となる出力信号(DS)を生成するための回路装置であって、前記少なくとも1つの静電容量センサー素子は、少なくとも1つの送信電極(SE)、少なくとも1つの補償電極(KE)および少なくとも1つの受信電極(EE)を含み、前記回路装置は、
    前記送信電極(SE)を第1の交流電気信号(S1)で帯電させ、前記補償電極(KE)を第2の交流電気信号(S2)で帯電させるための信号発生器デバイス(SG)であって、前記第2の交流電気信号(S2)は、前記第1の交流電気信号(S1)と異なる、信号発生器デバイス(SG)と、
    前記受信電極(EE)で測定される電極電気信号(S3)を処理するためのおよび処理信号(S5)を提供するための、前記受信電極(EE)と結合される信号処理デバイス(SA)と、
    前記処理信号(S5)を評価するためのおよび前記評価に応じて前記出力信号(DS)を生成するための評価器(A)であって、この評価器(A)まで前記処理信号(S5)を伝えることができる、評価器(A)とを含む、回路装置。
  22. 前記信号処理デバイス(SA)は、
    前記受信電極(EE)で測定される前記電極電気信号(S3)に対応する電気信号(S4)を提供するための増幅デバイス(V)と、
    前記電気信号(S4)をデジタル化するためのおよび前記処理デジタル化信号(S5)を提供するためのデジタル化デバイスであって、このデジタル化デバイスまで前記増幅デバイスの前記電気信号(S4)が伝えられる、デジタル化デバイスとを含む、請求項21に記載の回路装置。
  23. 前記増幅デバイス(V)は、第1の整流器と結合される、請求項22に記載の回路装置。
  24. 前記増幅デバイス(V)は、第2の整流器と結合される、請求項22から23の一項に記載の回路装置。
  25. 前記第1の整流器の出力および前記第2の整流器の出力は各々、前記それぞれの整流器に印加される信号を平滑化するために、フィルターと結合される、請求項23または24に記載の回路装置。
  26. 前記デジタル化デバイスは、2つのアナログデジタル変換器を含み、前記フィルターの出力は各々、前記2つのアナログデジタル変換器の1つと結合される、請求項22から25の一項に記載の回路装置。
  27. 前記デジタル化デバイスは、前記フィルターの前記出力に印加される信号をアナログデジタル変換器に伝えるためにマルチプレクサーを含み、好ましくは前記フィルターの前記出力に印加される前記信号は各々、それらが前記アナログデジタル変換器に伝えられる前に、サンプルホールド回路によって走査される、請求項22から26の一項に記載の回路装置。
  28. 前記フィルターの前記復調され、平滑化された出力信号が伝えられる減算器が、提供され、前記減算器の差分信号は、前記デジタル化デバイスに伝えられる、請求項23から27の一項に記載の回路装置。
  29. 前記第1の整流器および前記第2の整流器は、前記第1の交流電気信号(S1)のフランクに同期して各々開かれるおよび/または閉じられる電気的に制御可能なスイッチとして形成される、請求項23から28の一項に記載の回路装置。
  30. 前記デジタル化デバイスは、前記デジタル化デバイスに伝えられる前記電気信号(S4)が1周期当たり二度走査されるように前記第1の交流電気信号(S1)に同期して動作され、前記走査の位相は、前記走査の第1および第2の半周期で各伝えられる電気信号(S4)のピーク値が走査され、デジタル化されるように選択される、請求項22に記載の回路装置。
  31. 前記信号発生器デバイス(SG)は、
    前記第1の交流電気信号(S1)を生成する信号発生器(G)、および前記第1の交流電気信号(S1)から前記第2の交流電気信号(S2)を生成するためのインバーター(INV)であって、減衰器が、前記第2の交流電気信号(S2)を減衰させるために前記インバーター(INV)の下流にある、信号発生器(SG)およびインバーター(INV)と
    前記第1の交流電気信号(S1)を生成する第1の信号発生器(G1)、および前記第2の交流電気信号(S2)を生成する第2の信号発生器(G2)であって、前記第1の交流電気信号(S1)の周波数は基本的に、前記第2の交流電気信号(S2)の周波数に対応する、第1の信号発生器(G1)および第2の信号発生器(G2)と、
    前記第1の交流電気信号(S1)を生成する信号発生器(G1)、および前記第1の交流電気信号(S1)から前記第2の交流電気信号(S2)を生成するための移相器(Δφ)との群から1つを含む、請求項21から30の一項に記載の回路装置。
  32. 少なくとも1つの静電容量センサー素子の観測領域の誘電特性のための指標となる出力信号(DS)を生成するための回路装置であって、前記少なくとも1つの静電容量センサー素子は、少なくとも1つの送信電極(SE)、少なくとも1つの補償電極(KE)および少なくとも1つの受信電極(EE)を含み、前記回路装置は、
    前記送信電極(SE)を第1の交流電気信号(S1)で帯電させ、前記補償電極(KE)を第2の交流電気信号(S2)で帯電させるための信号発生器デバイス(SG)であって、前記第2の交流電気信号(S2)は、前記第1の交流電気信号(S1)と異なる、信号発生器デバイス(SG)と、
    前記第2の交流電気信号(S2)を反転させるためのインバーター(INV)と、
    前記第2の交流電気信号(S2)を減衰させるための減衰器と、
    前記受信電極(EE)で測定される電極電気信号(S3)を処理するためのおよび処理信号(S5)を提供するための、前記受信電極(EE)と結合される信号処理デバイス(SA)と、
    前記処理信号(S5)を評価するためのおよび前記評価に応じて前記出力信号(DS)を生成するための評価器(A)であって、この評価器(A)まで前記処理信号(S5)を伝えることができる、評価器(A)とを含む、回路装置。
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