JP2013513840A - 把持および近接の検出のためのセンサデバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

センサデバイスは、送信電極（ＳＥ）、補償電極（ＫＥ）、および受信電極（ＥＥ）を含む第１の電極構造と、いくつかの電場感知電極（ＦＥ）を含む第２の電極構造と、が提供される。第１の電極構造および第２の電極構造は、評価デバイス（Ａ）と結合される。評価デバイスは、送信電極および補償電極に、交流電気信号（ＷＳ１、ＷＳ２）を供給するための信号発生器（Ｇ）を含む。電極は、送信電極から放出される第１の交流電場が、受信電極および電場感知電極のうちの少なくとも１つに結合され、補償電極（ＫＥ）から放出される第２の交流電場が、実質的に、受信電極（ＥＥ）のみに結合され得るように、相互に対して配設される。また、ユーザによる携帯用デバイスの包含を検出するための方法が提供される。

Description

本発明は、物体による電気デバイスの接近および把持を検出するためのセンサデバイスに関する。さらに、本発明は、人による電気デバイスの接近および接触の検出のための方法に関する。電気デバイスは、例えば、携帯電話、コンピュータマウス、遠隔制御、ゲームコンソールのための入力手段、ポータブルミニコンピュータ（ＰＤＡ）、ヘッドホン、補聴器等であり得る。

手による携帯用デバイスへの接近を検出するために携帯用デバイスに配設され得るセンサデバイスは、先行技術から周知である。例えば、センサ電極への手の接近に応じたセンサ電極の面積内における誘電特性の変化に基づく効果を得るために、携帯用デバイスに容量センサを配設することが知られている。

この点で、手によるセンサ電極の接近とセンサ電極の接触との間で明確に区別することができないことは、不利である。さらに、いったん携帯用デバイスが手によって包含され、その結果、センサデバイスがセンサ電極における誘電特性の変化を検出すると、例えば、第２の手が携帯用デバイスに接近しているかどうか、または、携帯用デバイスが接触されているかどうかをセンサデバイスによって判定することがもはやできなくなることは不利である。

したがって、本発明は、例えば手による携帯用デバイスの接触または包含を確実に検出可能であり、それと同時に、例えば第２の手による携帯用デバイスへの接近を確実に検出可能である、解決策を提供するという目的に基づいている。

本目的は、本発明に従って、独立請求項による、携帯用デバイスに対する接近を同時に検出した場合における、携帯用デバイスの包含を検出するためのセンサデバイスならびに方法によって、達成される。本発明の有利な実施形態および改良点は、従属請求項に示される。

したがって、センサデバイスが提供され、センサデバイスは、
少なくとも１つの第１の電極構造であって、第１の電極構造は、少なくとも１つの送信電極および少なくとも１つの受信電極を含み、少なくとも１つの受信電極は、少なくとも１つの送信電極と容量結合され得る、第１の電極構造と、
少なくとも１つの第２の電極構造であって、第２の電極構造は、少なくとも１つの電場感知電極を含み、少なくとも１つの電場感知電極は、少なくとも１つの第１の電極構造の少なくとも１つの送信電極と容量結合され得る、第２の電極構造と、
第１の電極構造および第２の電極構造と結合された評価デバイスであって、送信電極は、第１の交流電気信号を供給可能であり、評価デバイスは、受信電極からタップされた第１の電気信号および少なくとも１つの電場感知電極からタップされた第２の電気信号を評価するように適合される、評価デバイスと
を備える。

したがって、特に、有利な方法では、手による、例えば、電気携帯用デバイスの包含の際、同時にまた、例えば、指の携帯用デバイスへの接近を検出することが可能である。

第１の電極構造は、少なくとも１つの補償電極を備え得、少なくとも１つの受信電極は、少なくとも１つの補償電極と容量結合され得、少なくとも１つの補償電極は、第２の交流電気信号が供給され得る。

評価デバイスは、信号発生器デバイスを備え、第１の交流電気信号および第２の交流電気信号を提供し得る。

受信電極、送信電極、補償電極、および電場感知電極は、
送信電極によって放出される第１の交流電場が、受信電極に、および、電場感知電極のうちの少なくとも１つに結合され得、
補償電極によって放出される第２の交流電場が、実質的に、受信電極のみに結合され得る
ように、相互に対して相対的に配設され得る。

したがって、例えば、手による携帯用デバイスの包含は、付加的な携帯用デバイスへの接近の同時検出に悪影響を及ぼすことなく、特に、明確に検出され得る。

補償電極が、実質的に、送信電極と受信電極との間に配設されることが、有利であることが見出された。

また、センサデバイスが提供され、センサデバイスは、
少なくとも１つの第１の電極構造および少なくとも１つの第２の電極構造であって、第１の電極構造は、送信電極、補償電極、および受信電極を備え、第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極を備える、第１および第２の電極構造と、
第１の電極構造および第２の電極構造と連結される、評価デバイスであって、評価デバイスは、送信電極に、第１の交流電気信号を供給し、補償電極に、第２の交流電気信号を供給するための信号発生器デバイスを備え、受信電極からタップされた第１の電気信号および電場感知電極からタップされた少なくとも１つの第２の電気信号を評価するように構成される、評価デバイスと
を備え、受信電極、送信電極、補償電極、および電場感知電極は、
送信電極によって放出される第１の交流電場が、受信電極に、および、電場感知電極のうちの少なくとも１つに結合され、
補償電極によって放出される第２の交流電場が、実質的に、受信電極のみに結合され得る
ように、相互に対して相対的に配設される。

したがって、有利にも、例えば、携帯電話上において、手による携帯電話の包含（第１の電極構造によって）、同時にまた、例えば、他の手による携帯電話への接近（第２の電極構造によって）が、検出され得るように、センサデバイスによって、２つの観察面積が画定され得る。いくつかのセンサデバイスの提供が、回避され、これは、構造上の努力を大幅に低減させる。さらに、補償電極によって影響を受けない、第２の電極構造の提供によって、監視される総観察面積が拡大される。同様に、有利にも、送信電極への同時接近を伴わない、第２の電極構造への接近によって、第２の電極構造の割り当てられた機能の偶発的係脱につながることが回避される。

第１の交流電気信号および２の交流電気信号は、相互に位相偏移され得る。

第１の交流電気信号の振幅は、好ましくは、第２の交流電気信号の振幅より大きい。したがって、信号減衰は、有利にも、受信電極に到達され得る。

第１の電極構造への物体の接近は、第１の電極構造への物体の接近を示す、受信電極からタップされた第１の信号のレベル変化につながり得る。

物体の第２の電極構造へのさらなる接近は、電場感知電極からタップされた第２の電気信号のうちの少なくとも１つのレベル変化につながり得、第２の電気信号のレベル変化は、第１の電極構造および第２の電極構造の両方への物体の接近を示す。

補助電極は、電場感知電極のうちの少なくとも１つに割り当てられ得、補助電極は、直流的または容量的に、少なくとも１つの電場感知電極と結合され得る。したがって、電場感知電極の感度は、大幅に増加され得、これは、伝送電極とそれぞれの電場感知電極との間の容量結合が小さい場合、有利である。

同時に、第１の電極構造への物体の接近を伴う、物体による補助電極の接触は、補助電極に割り当てられた電場感知電極からタップされた第２の電気信号のレベルの急変につながり得る。したがって、ユーザは、接触によって、触知応答を得るため、機械的感知デバイスは、有利にも、「シミュレート」され得る。

送信電極および受信電極は、手による携帯用デバイスの包含の場合、少なくとも部分的に、被覆されるように、携帯用デバイスにおいて、相互に対して配設されることが、特に、有利である。したがって、第１の電極構造は、携帯用デバイスが、手によって、実際に包含される時のみ、信号を提供することが保証される。

また、本発明によって、センサデバイスを有するデバイスまたは携帯用デバイスに対するユーザの接近を同時に検出した場合における、ユーザによるデバイスまたは携帯用デバイスの包含を検出するための方法が提供され、センサデバイスは、少なくとも１つの第１の電極構造および少なくとも１つの第２の電極構造を含み、第１の電極構造は、送信電極、補償電極および受信電極を備え、第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極を備え、
送信電極において、受信電極および電場感知電極のうちの少なくとも１つに結合され得る、第１の交流電場が放出され、補償電極において、実質的に、受信電極のみに結合される、第２の交流電場が放出されるように、送信電極は、第１の交流電気信号が供給され、補償電極は、第２の交流電気信号が供給され、
受信電極において、第１の電気信号が放出され、その信号レベルが評価され、第１の電気信号の信号レベルは、ユーザによる携帯用デバイスの包含を示し、
電場感知電極のうちの少なくとも１つにおいて、第２の電気信号が放出され、その信号レベルが評価され、第２の電気信号の信号レベルは、携帯用デバイスへのユーザの接近を示す、方法が提供される。

第１の電気信号および第２の電気信号の信号レベルの評価の結果は、信号レベルに応じて、携帯用デバイスを動作モードに移行させるために使用され得る。

また、本発明によって、本発明によるセンサデバイスを有する携帯用デバイスが提供される。携帯用デバイスは、例えば、携帯電話、コンピュータマウス、遠隔制御、ゲームコンソールのための入力手段、モバイルミニコンピュータ（ＰＤＡ）、ヘッドホン、補聴器等であり得る。

本発明のさらなる詳細および特色ならびに具体的本発明の実施形態は、図面と併せて、以下の説明からもたらされる。
図１は、本発明による方法の明確化のための本発明による容量センサデバイスの電極配設である。 図２は、図１の本発明による電極配設ならびに容量近接場の力線に及ぼす電極配設への身体接近の影響である。 図３は、本発明によるセンサデバイスの可能性のある実施形態のブロック図である。 図４は、電気携帯用デバイスにおける本発明によるセンサデバイスの電極の配設である。 図５は、電気携帯用デバイス内の本発明によるセンサデバイスのいくつかの検出信号の評価のための用途の実施例である。 図６ａ、ｂは、２つの電場感知電極または３つの電場感知電極を伴う、電気携帯用デバイスにおける、本発明によるセンサデバイスの電極の配設の実施例である。 図７は、電場感知電極における２つの信号曲線であって、一方は、電場感知電極に接近する１本の指の場合であって、一方は、電場感知電極の表面に接触する１本の指の場合である。 図８は、図７からの信号曲線であるが、補助電極に割り当てられる、電場感知電極におけるものである。 図９は、携帯用デバイスにおける包含の検出のための電極の配設である。

図１は、例えば、携帯用デバイスのケースＧの表面上の本発明によるセンサデバイスの電極の配設の実施例を示す。表面Ｇ上に配設される電極は、２つの電極構造によって形成される。

第１の電極構造は、送信電極ＳＥと、補償電極ＫＥと、受信電極ＥＥとを備える。補償電極ＫＥは、図１に示される実施形態では、実質的に、送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間に配設される。

第２の電極構造は、４つの電場感知電極ＦＥを備える。電場感知電極ＦＥは、補償電極ＫＥによって放出される交流電場ＷＫが、実質的に、受信電極ＥＥだけに結合され、電場感知電極ＦＥには、結合されないように、第１の電極構造と相対的に配設される。

第１の電極構造の受信電極ＥＥは、評価デバイスまたは制御手段の信号入力に接続される。第１の電極構造の送信電極ＳＥおよび補償電極ＫＥは、その都度、特定の周波数および振幅の交流電気量が供給される。本交流電気量は、交流信号または交流電気信号として、以下に指定される。

送信電極ＳＥに供給される交流電気信号は、周波数約５０ｋＨｚから３００ｋＨｚを有する。送信電極ＳＥに供給される交流電気信号は、好ましくは、周波数７５ｋＨｚから１５０ｋＨｚを有する。

補償電極ＫＥに供給される交流電気信号は、好ましくは、送信電極ＳＥに供給される、交流電気信号の波形および周波数を示す。補償電極ＫＥに供給される交流電気信号は、送信電極ＳＥの交流電気信号と位相偏移される。移相は、信号発生器と送信電極または補償電極との間に配設される、移相器によって行われ得る（図３参照）。

送信電極ＳＥならびにこ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ＷＳが、受信電極ＥＥに結合され得るように、構成される。補償電極ＫＥならびにこれに供給される交流電気信号は、補償電極ＫＥにおいて放出される交流電場ＷＫもまた、受信電極ＥＥに結合され得るように構成される。送信電極ＳＥによって放出される電気交流場ＷＫに位相偏移される、補償電極ＫＥにおいて放出される交流電場ＷＫによって、電気交流場ＷＳおよびＷＫから生じる、受信電極ＥＥにおいて作用する交流電場のレベルは、位相重畳、すなわち、１８０°（ほぼ）の移相だけ、低減または消去される。

受信電極ＥＥに結合された交流電場ＷＫおよびＷＳは、評価電子機器によって監視ならびに評価され得る、電流を受信電極ＥＥ内に流動させる。本電流は、例えば、手の第１の電極構造への接近または手による第１の電極構造の接触を示す。手の不在下、すなわち、第１の電極構造への手の接近が存在しない、または第１の電極構造が手によって接触されない場合には、受信電極ＥＥ内を流動する電流は、所定の切替レベルを下回るレベルを呈する。物体（例えば、手）の第１の電極構造への十分な接近によってのみ、受信電極ＥＥ内を流動する電流は、第１の電極構造への接近が検出されるように、所定の切替レベルを超える。

第１の電極構造の送信電極ＳＥ、補償電極ＫＥ、および受信電極ＥＥは、第１の電極構造への接近の代わりに、第１の電極構造の接触が検出されるように、携帯用デバイスに配設され得る。携帯用デバイスにおけるそのような電極配設は、図９に関連して、より詳細に説明される。

既に説明されたように、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥは、第１の電極構造の補償電極ＫＥによって放出される交流電場ＷＫが、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥに結合されないように、第１の電極構造に相対的に配設される。これを保証するために、補償電極ＫＥに供給される交流電気信号もまた、補償電極ＫＥにおいて放出される交流電場ＷＫが、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥに結合されないように十分に小さくなるように、設定され得る。

本発明によるセンサデバイスの用途の実施例では、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥが、第１の電極構造によって検出される第１の電極構の接触と同時に、また、第２の電極構造による接近または接触も検出するために提供され得る。本目的のためには、電場感知電極ＦＥが、第１の電極構造の受信電極ＥＥより小さい表面を備えることが、十分である。

第１の電極構造の送信電極ＳＥにおいて放出される交流電場ＷＳは、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥに結合され得る。しかしながら、観察面積内の第１の電極構造と第２の電極構造との間の手の不在下、本容量結合は、非常に小さい、すなわち、取るに足らないほど小さい。電場感知電極ＦＥに結合される交流電場ＷＳは、評価デバイスによって検出または評価され得る、電流を電場感知電極ＦＥ内に流動させる。電場感知電極ＦＥ内を流動する本電流に対して、信号レベルがまた、定義され得、本信号レベルの超過は、電場感知電極ＦＥへの物体の接近を示す。

本発明によるセンサデバイスの使用または本発明による電極配設は、手による携帯用デバイスの包含と、また、第２の手による携帯用デバイスへの接近を同時に検出するために、特に有利であり得る。

図２は、図１に表される電極配設を示し、単一電極間の力線は、身体Ｋによって影響を受ける。身体Ｋは、例えば、電極配設に接近する手であり得る。

手が第１の電極構造ＫＥに接近している間、送信電極ＳＥにおいて放出される交流電場ＷＳは、部分的に、接近する手Ｋを通して、受信電極ＥＥに結合され、したがって、補償電極ＫＥにおいて放出される交流電場ＷＫの作用範囲を回避するので、送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間の結合は、益々良好となる。送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間のこのような益々良好となる結合は、受信電極内を流動する電流のレベルを大幅に拡大させる。図２に示されるように、接近する手Ｋは、ほぼ、補償電極ＫＥのブリッジとして作用する。

一方の送信電極と他方の受信電極または補償電極との間の距離は、送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間のブリッジ効果が、単一の指によって生成され得ないように、選択され得る。そのような配設は、図９に関連して、より詳細に説明される。したがって、例えば、携帯用デバイスにおける受信電極に対する送信電極の対応する配設では、携帯用デバイスの包含が、確実に検出され得る。

図２と区別され得るように、身体Ｋが電極に接近する際もまた、第１の電極構造の送信電極ＳＥと第２の電極構造の電場感知電極ＦＥとの間の結合が増加される。電場電極における身体Ｋのある接近から、電流が、流動し、その電流は、所定のレベルを超える。本レベルの超過は、電場感知電極および送信電極ＳＥへの物体、例えば、手の接近の指標として使用され得る。

携帯用デバイス上の第１および第２の電極構造の対応する配設では、手による携帯用デバイスの包含および携帯用デバイスにおける物体、例えば、第２の手の接近が、このように、確実に検出され得る。第１の電極構造の電極は、手による包含の場合、送信電極ＳＥおよび受信電極ＥＥが、少なくとも部分的に、手によって、被覆されるように、携帯用デバイスに配設され得る。第２の電極構造の電場感知電極は、携帯用デバイスを掴持する手によって被覆されないように、携帯用デバイスに配設され得る。したがって、第２の手が、手によって既に包含されている携帯用デバイスに接近するかどうかが、確実に検出され得る。

図３は、本発明によるセンサデバイスのブロック図を示す。第１の電極構造および第２の電極構造は、その都度、評価デバイスと結合される。第２の電極構造の電場感知電極ＦＥは、評価デバイスにおける電気信号Ｓ２が、それぞれの電場感知電極にフィードされるように、評価デバイスと結合される。

第１の電極構造の受信電極ＥＥはまた、受信電極ＥＥで検出された電気信号Ｓ１が、評価デバイスにフィードされるように、評価デバイスと結合される。

第１の電極構造の補償電極ＫＥおよび送信電極ＳＥは、その都度、評価デバイスによって、交流電気信号ＷＳ２またはＷＳ１が供給される。好ましくは、交流電気信号ＷＳ１は、交流電気信号ＷＳ２に位相偏移される。評価デバイスは、本目的のために、交流電気信号の発生および提供のための信号発生器Ｇを提供し得る。信号発生器Ｇから提供される交流信号は、送信電極ＳＥに直接供給され得る。補償電極ＫＥを交流電気信号で充電するために、信号発生器によって提供される信号は、移相器Δφを通して、補償電極ＫＥにフィードされ得る。

評価デバイスは、受信電極ＥＥにおける電気信号Ｓ１および電場感知電極ＦＥの少なくとも１つの電気信号Ｓ２を測定および評価し得るように構成される。本評価の結果、評価デバイスは、第１の検出信号ＤＳ１および／または第２の検出信号ＤＳ２を提供し得る。評価デバイスによって提供される検出信号ＤＳ１、ＤＳ２は、物体が、第１の電極構造の観察面積および／または第２の電極構造の観察面積内にあるかどうかについての情報を含有する。検出信号は、例えば、検出信号ＤＳ１、ＤＳ２内に含有される情報に応じて、電気携帯用デバイスを適宜制御し得る、電気携帯用デバイスの制御デバイスにフィードされ得る。

好ましくは、評価デバイスＡは、各電場感知電極に対して、別個に、電場感知電極ＦＥにおける電気信号Ｓ２を測定または評価し得るように形成される。これは、電場感知電極によって検出された電気信号Ｓ２に基づいて、どの電場感知電極ＦＥに、手または指が接近しているかを判定し得るように、例えば、携帯用デバイスにおけるいくつかの電場感知電極が、異なる場所において、配設され得るという利点を有する。例えば、携帯用デバイスの上側における、電場感知電極の適切な配設の場合、電場感知電極に接近する物体の形状もまた、接触せずに、かつ良好な精度で判定され得る。

本発明によるセンサデバイスの一実施形態では、電場感知電極ＦＥにおいて検出された電気信号Ｓ２は、例えば、図３に示されるように、一時的に、時分割多重方式において、連続的に評価され得る。

本発明によるセンサデバイスの電極に加え、依然として、さらなるセンサが、評価デバイスＡに接続され得る。例えば、加速センサが提供され得、そのセンサ信号Ｓ３は、評価デバイスＡに伝達され得る。評価デバイスＡは、有利にも、受信電極ＥＥまたは電場感知電極ＦＥにおいて検出される、電気信号Ｓ１および／またはＳ２、ならびに加速センサによって提供されるセンサ信号Ｓ３に応じて構成され得、例えば、携帯用デバイスが、どのように接触されているか、そして、携帯用デバイスがどのように配向されているかについての情報を含有する検出信号ＤＳ３を提供するように構成され得る。

代替として、別のセンサ、例えば、加速センサもまた、検出器信号ＤＳ１およびＤＳ２もまたフィードされる、ここには図示されない、さらなる評価デバイスにフィードされ得る。次いで、検出器信号ＤＳ１、ＤＳ２ならびに加速センサのセンサ信号Ｓ３のさらなる評価は、ここには図示されない、このさらなる評価デバイスが行い得る。

図４は、電気携帯用デバイス、例えば、携帯電話における本発明によるセンサデバイスの電極の配設の実施例を示す。携帯用デバイスの下側面積において、左縁ゾーンには、送信電極ＳＥが、右縁ゾーンには、第１の電極構造の受信電極ＥＥおよび補償電極ＫＥが、配設される。電気携帯用デバイスの下側面積が、手によって、接触される場合、送信電極ＳＥおよび受信電極ＥＥは、手によって、少なくとも部分的に、被覆される。手による携帯用デバイスの包含は、受信電極ＥＥを通して流動する電流に影響を及ぼす、送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間の容量結合の大幅な拡大につながる。動作モードについては、既に、図２に関連してより詳細に説明されている。

電気携帯用デバイスの上側面積には、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥが、配設される。電場感知電極ＦＥは、手による携帯用デバイスの包含の場合、送信電極ＳＥと電場感知電極ＦＥとの間の容量結合が、大幅に影響を受けないように、または大幅に改善されないように、配設される。

ここで、第２の手が、電場感知電極ＦＥに接近すると、電場感知電極ＦＥを通って流動する電流に影響を及ぼす送信電極ＳＥと電場感知電極ＦＥとの間の容量結合もまた、大幅に改善される。

携帯用デバイスの下側面積は、本明細書では、「把持ゾーン」と称され、携帯用デバイスの上側面積は、「近位ゾーン」と称される。図４に示される電極配設の可能性のある使用シナリオは、携帯電話の場合、手による携帯電話の包含およびユーザの耳への携帯電話の接近が検出され得るという事実にある。

携帯電話の包含は、第１の電極構造の送信電極ＳＥおよび受信電極ＥＥを利用して、検出される。耳への接近は、電場感知電極ＦＥによって検出される。耳への携帯電話の接近によって、ユーザの身体を介する送信電極ＳＥと電場感知電極ＦＥとの間の容量結合は、容量結合が、電場感知電極ＦＥを通って流動する電流が所定のレベルを超えるほど大きくなる電場感知電極ＦＥの耳までのある距離まで、一定して増加し得る。

そして、評価デバイスによって提供される検出信号は、例えば、着呼の場合、鳴動信号が、携帯電話が手によって包含されるとすぐに停止され、携帯電話のディスプレイ照明が、自動的に、携帯電話が耳の位置に保持されるとすぐに自動的にオフにされるように、使用され得る。同様に、携帯電話の包含によって、または携帯電話が耳に位置に保持されるとすぐに、着呼は、自動的に、応答され得る。したがって、着呼に応答するために、必ずしもキーを操作しなくてもよい。したがって、人間工学および使いやすさが、本発明によるセンサデバイスによって、明らかに改善される。

図５は、携帯用デバイスにおける本発明によるセンサデバイスの別の使用シナリオを示す。第１の電極構造および第２の電極構造の電極は、ここでは、実質的に、図４に関連して既に示されたように配設される。本発明によるセンサデバイスによって提供される検出信号に加え、ここでは、携帯電話の状況も同様に評価される。携帯電話が、手によって、下側面積および上側面積の両方において接触され、携帯電話が、実質的に、水平配向に位置付けられる場合、携帯電話は、例えば、自動的に、カメラモードに切り替えられ得る。携帯電話の位置は、例えば、加速センサによって、判定され得る。

図６ａおよび図６ｂは、本発明によるセンサデバイスの電極の配設の２つのさらなる実施例を示す。図６ａでは、送信電極ＳＥおよび受信電極ＥＥは、携帯用デバイスの下側面積に配設される。携帯用デバイスの上側面積には、両側にそれぞれ１つの電場感知電極ＦＥが、配設される。

本実施例では、電場感知電極ＦＥは、従来の機械的感知デバイスまたはスイッチの代用として使用され得る。例えば、電場感知電極ＦＥまたは電場感知電極ＦＥに割り当てられる検出信号は、携帯電話の電話帳機能とリンクされ得る。ユーザが、手によって、携帯電話を包含しており、かつ、例えば、親指によって、右または左電場感知電極ＦＥに接近する場合、携帯電話は、自動的に、電話帳モードに切り替えられ得る。

右側電場感知電極の代わりに、右利きの人が取扱が簡単である、従来の感知デバイスもまた、提供され得る。左側電場感知電極は、右側に配設される感知デバイスと同一機能を有し得るが、左側電場感知電極は、左利きの人が取扱が簡単である。次いで、動作に応じて、右利き／左利きの区別が、簡単な方法で実現され得る。図７および８に示される実施形態とともに、電場感知電極は、左側の場合にも提供され得、それによって、感知デバイスは、「シミュレート」され得る。すなわち、適宜より高速な信号レベル上昇が測定可能であるように、左側電場感知電極に割り当てられる機能は、接近のみによってアクティブ化されることはなく、携帯用デバイスの表面が接触されたときにのみ、アクティブ化される（図７および８参照）。

用途の実施例ととともに、図５に関して説明されたように、これらの両方の電場感知電極ＦＥはまた、カメラモードがオンである間、トリガとして使用され得る。本目的のための電場感知電極ＦＥの好適な配設は、図６ｂに関連して示される。

図６ｂに示される電場感知電極ＦＥの配設では、電場感知電極ＦＥの電気信号Ｓ２はまた、携帯電話における呼の承諾のための検出精度をさらに向上させるために、使用され得る。これは、例えば、所定のレベルを超える、少なくとも２つの電場感知電極ＦＥからの電気信号を提供することによって、達成され得る。

本明細書に図示および説明されるセンサデバイスはまた、携帯用デバイス、例えば、携帯電話において、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるために使用され得る。第１の動作モードは、例えば、スリーピングモードであり得、第２の動作モードは、アクティブモードであり得る。このように、携帯電話は、手によって実際に包含されるか、または、使用中であるときにのみアクティブモードにあるという点において、携帯電話のエネルギー消費は、明らかに低減され得る。

別の使用シナリオでは、本発明によるセンサデバイスはまた、例えば、コンピュータマウス内に配設され得る。第１の電極構造の電極は、コンピュータマウスの包含が検出されるように、コンピュータマウスに配設され得る。第２の電極構造の電場感知電極は、例えば、左側マウスボタンおよび右側マウスボタンに対する面積の接近を定義するように提供され得る。コンピュータマウスが、手によって包含されていない場合、コンピュータマウスは、スリーピングモードに切り替えられ得る。送信電極と電場感知電極との間の必要な容量結合が理由で、同時に手によって包含されることなしに、コンピュータマウスが、２つの電場感知電極のうちの１つに接近することによってのみアクティブモードに切り替えられることもまた、回避され得る。

さらなる使用シナリオでは、ビデオカメラ（カムコーダ）が、本発明によるセンサデバイスに装備され得る。したがって、例えば、手がカメラの保持のために導入されるカメラループの面積内に、第１の電極構造が配設され得る。このように、手がループ内にある場合、検出がなされ得る。本発明の一実施形態では、カメラまたはカムコーダの起動シーケンスは、手がループ内に入るとすぐに起動され得る。このように、ビデオ記録を開始するまでの経過時間は、大幅に短縮され得る。さらに、カメラシステムは、手をループから除去する際、例えば、カムコーダが停止される場合、少なくともカムコーダのディスプレイが、オフに切り替えられるように形成され得る。

さらなる実施形態では、指が、対応する電場感知電極の十分に近くまで接近すると、ビデオカメラにおいて、異なる作用が生じ得る、１つまたはいくつかの電場感知電極ＦＥが、ビデオカメラに配置され得る。好ましくは、手が、ビデオカメラのループ内にあるときにのみ生じるはずである、そのような作用は、ビデオカメラ上の電場感知電極によって、解除可能である。

図７は、例えば、携帯用デバイスのケースへの接近およびケースへの接触による、電場感知電極ＦＥからタップされた電気信号の信号曲線を示す。ここでの電場感知電極ＦＥは、ケースＧの外側に配設されず、ケースＧの内側に配設される。したがって、電場感知電極は、一方では、外部影響から保護され、他方では、電場感知電極は、ケースの設計に影響を及ぼさない。

指が、電場感知電極ＦＥが配設される面積内のケースに接近する場合、電場感知電極ＦＥにおける電気信号のレベルは、図７の左側に示されるように、連続して増加する。指Ｋが、ケースＧの表面に接触する場合、指の結合表面は、送信電極ＳＥと対応する電場電極ＦＥ間の容量結合が、急成長するように、急速に拡大される。本容量結合の急速成長は、ひいては、電場感知電極ＦＥにおいて検出された電流をも同様に急成長させる。電場感知電極ＦＥにおいて検出された本信号の急速レベル上昇は、電場感知電極ＦＥへの接近を電場電極ＦＥとの接触と区別するために、使用され得る。

ケースＧの内側に配設された電場感知電極ＦＥに、接近する指に対するさらに良好な容量結合をもたらすために、補助電極ＨＥが、ケース外側またはケース外側の表面直下に配設され得る。そのような配設は、図８に示される。

それによって、補助電極ＨＥは、ケース内側に配設された電場感知電極ＦＥに関連してもたらされる。これは、補助電極ＨＥと電場感知電極ＦＥとの間の直流接続によって、行われ得る。直流接続は、補助電極ＨＥが、電場感知電極ＦＥに直接対向して配設されてはならないという利点を有する。別の実施形態では、補助電極ＨＥと電場感知電極ＦＥとの結合はまた、図８に示されるように、容量ベースで行われ得る。容量結合は、電場感知電極ＦＥを補助電極ＨＥと結合するために、筐体Ｇに、開口部が提供される必要はないという利点を有する。

図７に示される信号または信号曲線と対照的に、接近する指の場合、補助電極ＨＥは、電場感知電極ＦＥと接近する指との間に良好な容量結合をもたらすため、電場感知電極ＦＥにおいて検出された信号の信号レベルは、より大きくなる。同様に、指と電場感知電極ＦＥとの間には、誘電体として作用するケースが存在しないため、指Ｋによる補助電極ＨＥの接触によって、電場感知電極ＦＥで検出された信号の信号レベルに及ぼすより強力な影響が達成される。したがって、指の結合表面の急速増幅は、依然として、電場感知電極ＦＥで検出された信号のより大きなレベル上昇につながる。したがって、接近と接触との間のより精密な区別が、行われ得る。

接近と接触との間の区別は、例えば、電場感知電極に接近することによって、カメラの焦点化（図５参照）をもたらし、電場感知電極に接触することによって、写真撮影をもたらすために、提供され得る。

図９では、携帯用デバイスにおける第１の電極構造の電極の配設が、象徴的に示される。携帯用デバイスの左側には、送信電極ＳＥが、配設される。携帯用デバイスの右側には、補償電極ＫＥおよび受信電極ＥＥが、配設され、受信電極ＥＥは、補償電極ＫＥにわたって配設される。

このように、特定の利点を伴って、携帯用デバイスの包含を検出することが可能である一方、携帯用デバイスへの接近のみの検出が、効率的に回避される。

本発明によるセンサデバイスの本明細書には図示されないさらなる実施形態では、第１の電極構造はまた、いくつかの送信電極、いくつかの補償電極、および／またはいくつかの受信電極を有し得る。同様に、センサデバイスはまた、例えば、携帯用デバイスにおいて、いくつかの第１の電極構造が、携帯用デバイスに配設されると、携帯用デバイスの包含が、携帯用デバイスの異なる面積で検出され得るように、いくつかの第１の電極構造を含んでもよい。代替として、また、携帯用デバイスが、２本の手によって包含または含有されるかどうかが、検出され得る。

携帯用デバイスは、例えば、携帯電話、コンピュータマウス、遠隔制御、ゲームコンソールのための入力手段、可動式ミニコンピュータ（ＰＤＡ）、ヘッドホン、補聴器等であり得る。本発明によるセンサデバイスはまた、例えば、デバイスの接触の検出と、同時に、デバイスへの接近を検出するのに必要である、より大型の電気器具のために提供され得る。本発明によるセンサデバイスはまた、第１の電極構造で検出された電気信号が、第２の電極構造で検出された電気信号から独立して評価されるように、動作され得る。

Claims (29)

1. 少なくとも１つの第１の電極構造であって、前記第１の電極構造は、少なくとも１つの送信電極（ＳＥ）および少なくとも１つの受信電極（ＥＥ）を含み、前記少なくとも１つの受信電極（ＥＥ）は、前記少なくとも１つの送信電極（ＳＥ）と容量結合可能である、第１の電極構造と、
   少なくとも１つの第２の電極構造であって、前記第２の電極構造は、少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）を含み、前記少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）は、前記少なくとも１つの第１の電極構造の少なくとも１つの送信電極（ＳＥ）と容量結合可能である、第２の電極構造と、
   前記第１の電極構造および前記第２の電極構造と結合された評価デバイス（Ａ）であって、前記送信電極（ＳＥ）は、第１の交流電気信号（ＷＳ１）を供給可能であり、前記評価デバイス（Ａ）は、前記受信電極（ＥＥ）からタップされた第１の電気信号（Ｓ１）および前記少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）からタップされた第２の電気信号（Ｓ２）を評価するように構成される、評価デバイス（Ａ）と
   を含む、センサデバイス。
2. 前記第１の電極構造は、少なくとも１つの補償電極（ＫＥ）を含み、前記少なくとも１つの受信電極（ＥＥ）は、前記少なくとも１つの補償電極（ＫＥ）と容量結合可能であり、前記少なくとも１つの補償電極（ＫＥ）は、第２の交流電気信号（ＷＳ２）を供給可能である、請求項１に記載のセンサデバイス。
3. 前記評価デバイス（Ａ）は、前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）および前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）を提供するための信号発生器（Ｇ）を含む、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
4. 前記受信電極（ＥＥ）、前記送信電極（ＳＥ）、前記補償電極（ＫＥ）、前記電場感知電極（ＦＥ）は、
   前記送信電極（ＳＥ）によって放出される第１の交流電場（ＷＳ）が、前記受信電極（ＥＥ）に、および、前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの少なくとも１つに結合可能であり、
   前記補償電極（ＫＥ）によって放出される第２の交流電場（ＷＫ）が、実質的に、前記受信電極（ＥＥ）のみに結合可能である
   ように、相互に対して配設される、請求項２から３のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
5. 前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの少なくとも１つは、補助電極（ＨＥ）に割り当てられ、前記補助電極（ＨＥ）は、直流的または容量的に、前記少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）と結合可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
6. 物体による前記補助電極（ＨＥ）に対する接触は、前記第１の電極構造に対する前記物体の同時接近の場合、前記補助電極（ＨＥ）に割り当てられた前記電場感知電極（ＦＥ）からタップされた前記第２の電気信号（Ｓ２）のレベルの急変につながる、請求項５に記載のセンサデバイス。
7. 前記受信電極からの第１の電気信号をタップし、その信号レベルを評価することと、
   前記少なくとも１つの電場感知電極からの第２の電気信号をタップし、その信号レベルを評価することと
   を行うように構成され、
   前記第１の電気信号および前記第２の電気信号の信号レベルの評価の結果は、前記信号レベルに応じて、電気携帯用デバイスを動作モードに移行させるために、使用可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
8. 前記補償電極は、実質的に、前記送信電極と前記受信電極との間に配設される、請求項２〜７のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
9. 前記電極（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ、ＦＥ）は、前記電極（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ、ＦＥ）間にある電場の挙動が、身体（Ｋ）によって影響を受けることが可能であるように、相互に対して配設される、請求項２〜８のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
10. 前記第１の電極構造の電極（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）は、前記第１の電極構造の電極（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）に対する身体接近が、前記補償電極（ＫＥ）において放出される前記第２の交流電場（ＷＫ）をブリッジし、それによって、前記送信電極（ＳＥ）において放出される前記第１の交流電場（ＷＳ）が、前記身体（Ｋ）を介して、前記受信電極（ＥＥ）に結合可能となるように、相互に対して配設される、請求項２〜９のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
11. 前記第２の信号（Ｓ２）は、前記少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）から、多重方式、好ましくは、時分割多重方式においてタップ可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
12. 前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）および前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）は、相互に対して位相偏移される、請求項２〜１１のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
13. 前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）の振幅は、前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）の振幅より大きい、請求項２〜１２のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
14. 前記送信電極（ＳＥ）および前記受信電極（ＥＥ）は、手による前記携帯用デバイスの包含の場合、少なくとも部分的に、前記手によって被覆されるように、相互に対して、前記携帯用デバイスに配設可能である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
15. 少なくとも１つの第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）および少なくとも１つの第２の電極構造（ＦＥ）であって、前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）は、送信電極（ＳＥ）、補償電極（ＫＥ）、受信電極（ＥＥ）を含み、前記第２の電極構造（ＦＥ）は、いくつかの電場感知電極（ＦＥ）を含む、第１の電極構造および第２の電極構造と、
    前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）および前記第２の電極構造（ＦＥ）と結合された評価デバイス（Ａ）であって、前記評価デバイス（Ａ）は、前記送信電極（ＳＥ）に、第１の交流電気信号（ＷＳ１）を供給し、前記補償電極（ＫＥ）に、第２の交流電気信号（ＷＳ２）を供給するための信号発生器デバイス（Ｇ）を含み、前記評価デバイス（Ａ）は、前記受信電極（ＥＥ）からタップされた第１の電気信号（Ｓ１）および前記電場感知電極（ＦＥ）からタップされた少なくとも１つの第２の電気信号（Ｓ２）を評価するように構成される、評価デバイス（Ａ）と、
    を含み、
    前記受信電極（ＥＥ）、前記送信電極（ＳＥ）、前記補償電極（ＫＥ）、前記電場感知電極（ＦＥ）は、
    前記送信電極によって放出される第１の交流電場（ＷＳ）が、前記受信電極（ＥＥ）に、および、前記電場感知電極のうちの少なくとも１つに結合可能であり、
    前記補償電極（ＫＥ）によって放出される第２の交流電場（ＷＫ）が、実質的に、前記受信電極（ＥＥ）のみに結合可能である
    ように、相互に対して配設される、センサデバイス。
16. 前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）および前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）は、相互に対して位相偏移される、請求項１５に記載のセンサデバイス。
17. 前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）の振幅は、前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）の振幅より大きい、請求項１５または１６のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
18. 前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）に対する物体の接近は、前記受信電極（ＥＥ）からタップされた前記第１の信号（Ｓ１）のレベル変化につながり、前記レベルの変化は、前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）に対する物体の接近を示す、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
19. 前記第２の電極構造（ＦＥ）に対する前記物体のさらなる接近は、前記電場感知電極（ＦＥ）からタップされた前記少なくとも１つの第２の電気信号（Ｓ２）のレベル変化につながり、前記第２の電気信号（Ｓ２）のレベル変化は、前記物体が、前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）および前記第２の電極構造（ＦＥ）の両方に接近していることを示す、請求項１８に記載のセンサデバイス。
20. 補助電極（ＨＥ）は、前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの１つに割り当てられ、前記補助電極（ＨＥ）は、直流的または容量的に、前記少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）と結合可能である、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
21. 物体による前記補助電極（ＨＥ）に対する接触は、前記第１の電極構造（ＳＥ、ＫＥ、ＥＥ）に対する前記物体の同時接近によって、前記補助電極（ＨＥ）に割り当てられた前記電場感知電極（ＦＥ）からタップされた前記第２の電気信号（Ｓ２）のレベルの急変につながる、請求項２０に記載のセンサデバイス。
22. 前記送信電極（ＳＥ）および前記受信電極（ＥＥ）は、手による前記携帯用デバイスの包含の場合、少なくとも部分的に、前記手によって被覆されるように、相互に対して、前記携帯用デバイスに配設可能である、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
23. 容量センサとして形成されないセンサと結合されたセンサデバイスであって、前記センサのセンサ信号（Ｓ３）は、前記評価デバイス（Ａ）にフィードされる、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
24. 前記センサは、加速センサを含む、請求項２３に記載のセンサデバイス。
25. 請求項１〜２４のいずれか一項に記載のセンサデバイスを有する、携帯用デバイス。
26. 前記センサデバイスの前記送信電極（ＳＥ）および前記受信電極（ＥＥ）は、手による前記携帯用デバイスの包含の場合、少なくとも部分的に、前記手によって、被覆されるように、前記携帯用デバイス上に配設される、請求項２５に記載の携帯用デバイス。
27. 前記携帯用デバイスは、携帯電話、コンピュータマウス、遠隔制御、ゲームコンソールのための入力手段、モバイルミニコンピュータ（ＰＤＡ）、ヘッドホン、補聴器のうちの少なくとも１つを含む、請求項２５または２６に記載の携帯用デバイス。
28. センサデバイスを有する携帯用デバイスに対するユーザの接近を同時に検出した場合における、ユーザによる携帯用デバイスの包含を検出するための方法であって、前記センサデバイスは、少なくとも１つの第１の電極構造および少なくとも１つの第２の電極構造を含み、前記第１の電極構造は、送信電極（ＳＥ）、補償電極（ＫＥ）、受信電極（ＥＥ）を含み、前記第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極（ＦＥ）を含み、
    前記受信電極（ＥＥ）に結合可能であり、かつ、前記電場感知電極のうちの少なくとも１つ（ＦＥ）に結合可能である第１の交流電場（ＷＳ）が、前記送信電極（ＳＥ）において放出され、実質的に、前記受信電極（ＥＥ）のみに結合可能である第２の交流電場（ＷＫ）が、前記補償電極（ＫＥ）において放出されるように、前記送信電極（ＳＥ）は、第１の交流電気信号（ＷＳ１）が供給され、前記補償電極（ＫＥ）は、第２の交流電気信号（ＷＳ２）が供給され、
    第１の電気信号（Ｓ１）は、前記受信電極（ＥＥ）からタップされ、その信号レベルが評価され、前記第１の電気信号（Ｓ１）の信号レベルは、ユーザによる前記携帯用デバイスの包含を示し、
    第２の電気信号（Ｓ２）は、前記電場感知電極のうちの少なくとも１つ（ＦＥ）からタップされ、その信号レベルが評価され、前記第２の電気信号（Ｓ２）の信号レベルは、前記ユーザ前記携帯用デバイスへの前記ユーザの接近を示す、方法。
29. 前記第１の電気信号（Ｓ１）および前記第２の電気信号（Ｓ２）の信号レベルの評価の結果は、前記信号レベルに応じて、前記携帯用デバイスを動作モードに移行するために使用される、請求項２８に記載の方法。

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