JP4441408B2 - 感知装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体の位置又はスピードを感知する感知装置に関し、より詳細には、感知された物体位置情報が入力データに相当するマンマシンインターフェースに関連するが、これに限定されるものではない。

利用可能な位置センサには様々なものがある。例えば、第１部材上に送信アンテナ及び受信アンテナが形成され、第１部材に対して相対的に移動可能な第２部材上に中間結合素子が形成された誘導センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この送信アンテナに励起信号が印加されると、第１部材と第２部材の相対位置によって決まる信号が、中間結合素子内に誘起される。この中間結合素子内で誘起された信号により、受信アンテナ内で信号が誘起され、この信号を処理して、第１部材と第２部材の相対位置を表す値を求める。

上述した特許文献１に記載されている位置センサの中間結合素子は、共振回路であり、励起信号は、この共振回路の共振周波数で振動する信号を含んでいる。こうすると、受信アンテナで誘起される信号の大きさが大きくなる。共振回路の代わりに、導電ループ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌｏｏｐ）又は導電ディスクによって中間結合素子を形成することもできる。あるいは、中間結合素子を使用する代わりに、送信アンテナに励起信号を印加すると、受信アンテナ内で信号が直接誘起されるように、受信アンテナに第２部材を組み込むことができる。

上述した誘導センサは、多くの用途に有用であるが、これらの誘導センサは、それぞれなんらかの形態の導電体を担持する２つの部材の相対運動を必要とし、したがって、導電体を担持しない移動物体の位置を測定する応用例に適さない。例えば、これらの誘導センサは、しばしばマンマシンインターフェースで望ましい人の指の位置の測定にはあまり適していない。

英国特許第２３７４４２４Ａ号明細書 英国特許第０２２４１００．８号明細書

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、物体の位置又はスピードを感知する感知装置を提供することにある。

本発明の実施態様によれば、第１部材と第２部材が相互に支持され、これら第１部材と第２部材の距離が局所的に変化する感知装置が提供される。第１部材は、磁界を生成する磁界発生器を備え、第２部材は、この磁界発生器によって生成された磁界を監視するアンテナを備えている。この感知装置は、第１部材と第２部材の距離が局所的に変化するときに、磁界発生器が、アンテナ内でこの局所的な変動の位置を示す信号を誘起するように構成されている。

好ましくは、この磁界発生器は中間結合素子であり、第２部材は、中間結合素子によって生成された磁界を監視するためのアンテナに加えて、中間結合素子内で信号を誘起する送信アンテナを備えている。こうすると、第１部材に電気接続部を設ける必要がなくなる。

ある実施形態では、支持手段は、第１及び第２部材の一方の局所領域に印加された圧力に応答して、この局所領域における第１部材と第２部材の距離が短くなるように、第２部材に対して相対的に第１部材を支持する。こうすると、第１部材と第２部材の間の電磁結合が変化し、その結果、アンテナ内で局所領域の位置を示す信号が誘起される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る感知装置を概略的に示す斜視図で、基板５の上に形成された膜３を有するタッチパッド（ｔｏｕｃｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐａｄ）１を備えた感知装置（センサ）を概略的に示している。膜３は、基板５の表面上に突出し、かつ測定経路（図１Ａ及び図１Ｂではｘ方向）に沿って延びる細長い部分７を有している。図１Ａに示すように、このセンサは、膜３における突出した細長い部分（突出部分）７が指１１によって基板５に向かって押される（すなわち、図１Ａ及び図１Ｂではｚ方向に動く）測定経路に沿った局所領域９の位置を表す信号を出力する。具体的には、測定経路に沿った局所領域９の位置に対応する値は、ケーブル１７を介してタッチパッド（ｔｏｕｃｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐａｄ）１に接続された制御装置１５の一部を形成する表示器１３上に示されている。

図１Ｂに概略的に示すように、共振回路（破線で図１Ｂに示す）１９は、突出部分７の下面に（すなわち、基板５に対面する膜３の面上に）形成されている。図１Ｂではさらに、膜３の一部を切り取って、基板５の表面上に形成された送信アンテナ２１の一部及び受信アンテナ２３の一部を表している。送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３は、それぞれケーブル１７を介して、制御装置１５内の信号発生器（図示しない）及び信号プロセッサ（図示しない）に接続されている。この信号発生器は、共振回路１９の共振周波数で振動する電気信号を送信アンテナ２１に供給し、それによって、送信アンテナ２１により、基板５の表面に直交し、共振回路１９の共振周波数で振動する磁界強度成分の磁界が生成される。信号プロセッサは、振動する磁界強度成分により受信アンテナ２３内で誘起された電流に対応する信号を処理し、次いで、対応する駆動信号を表示器１３に送信する。この駆動信号により、表示器１３は、押された領域９の位置を示す値を示す。

この実施形態では、送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３は、送信アンテナ２１によって生成された磁界によって受信アンテナ２３内で直接誘起される正味の信号が実質的にゼロになるように構成されている。さらに、送信アンテナ２１及び共振回路１９は、図１Ｂに示すように、膜３の突出部分７が変形しないときには、送信アンテナ２１によって生成された磁界によって共振回路１９内で誘起される正味の信号が実質的にゼロになるように構成されている。このようにして、膜３が非変形状態にあるときに、受信アンテナ２３から信号プロセッサにヌル信号（ｎｕｌｌ ｓｉｇｎａｌ）が入力され、したがって、信号プロセッサは、表示器１３にヌル示度を表示させる駆動信号を生成する。

図１Ａに示すように、使用者の指１１が、突出部分７の局所領域９を押すと、この突出部分７は変形して、共振回路１９の押された領域９の部分が送信アンテナ２１のより近くに移動する。その結果、共振回路１９内で、押された領域９の位置を示す電流が誘起される。共振回路１９内で誘起されたこの電流により、受信アンテナ２３内で信号が誘起される。この信号は信号プロセッサによって処理され、それによって、押された領域９の位置を表す値が求められる。次いで、信号プロセッサは、求められた位置の値を表示器１３に表示させる駆動信号を生成する。

図２は、図１Ａに示した感知装置の断面図で、タッチパッド１の断面図を概略的に示している。この実施形態では、基板５は、厚さ３ｍｍのＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）熱可塑性パネルである。基板５に接着層３３によって厚さ１００ミクロンのポリエステルシート３１を固定する。厚さ１００ミクロンのポリエステルシート３１によって膜３も形成し、突出部分７から離れたところで接着層３５によってポリエステルシート３１を固定する。この実施形態では、膜３は、突出部分７の周辺を取り囲む隆起部分（ｒｉｄｇｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）３７を有する。この隆起部分３７により、非変形状態で、突出部分７の範囲全体にわたって、突出部分７と基板５の垂直距離を実質的に一定にすることができる。

図３は、図１Ａに示したセンサの一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図で、共振回路１９と送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３の配置を示している。図３に示すように、この第１実施形態では、共振回路１９と送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３は、長手中心軸３９に関して全体的に対称である。

共振回路１９は、突出部分７の周辺内部をループ状に延び、かつ関連するインダクタンスを有する導電トラック（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｒａｃｋ）４１と、コンデンサ４３とを直列に接続することによって形成されている。導電トラック４１に関連するインダクタンス及びコンデンサ４３の容量により、この共振回路１９の共振周波数ｆ_ｒｅｓが決まる。この実施形態では、共振回路１９の共振周波数ｆ_ｒｅｓは２ＭＨｚである。

受信アンテナ２３は、基板５の周辺を回って延びる導電トラック４１によって形成された感知コイル４５を備えている。この導電トラック４１は、ケーブル１７を介して信号プロセッサと接続するために、長手中心軸３９に隣接して、（以下、ケーブル端４８という）１つの長手方向端部に設けられた端子４７ａ，４７ｂを有している。

送信アンテナ２１は、ケーブル１７を介して信号発生器と接続するために、長手中心軸３９に隣接してケーブル端４８のところに端子５１ａ及び５１ｂを有する導電トラック４１によって形成された正弦波状コイル（ｓｉｎｅ ｃｏｉｌ）４９と、ケーブル１７を介して信号発生器と接続するために、長手中心軸３９に隣接してケーブル端４８のところに設けられた端子５５ａ及び５５ｂを有する導電トラック４１によって形成された余弦波状コイル（ｃｏｓｉｎｅ ｃｏｉｌ）５３とを備えている。次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３をより詳細に説明する。

図４Ａは、図３に示した送信アンテナの一部を構成する正弦波状コイルを示す図で、図４Ｂは、図３に示した送信アンテナの一部を構成する余弦波状コイルを示す図である。

図４Ａに示すように、正弦波状コイル４９を形成する導電トラック４１は、測定経路に沿って、ケーブル端４８のところの突出部分７の長手方向端部に隣接する位置に対応するｘ＝０から、突出部分７の他方の長手方向端部に隣接する位置に対応するｘ＝Ｌまで延びている。導電トラック４１と長手中心軸３９の間の横方向距離（すなわち、ｙ方向の距離）は、測定経路に沿ってｘ＝０からｘ＝Ｌまで、正弦関数の１周期に従って変化する。ｘ＝Ｌで、導電トラック４１は折り返し、この場合も測定経路に沿って正弦関数の１周期に従って長手中心軸３９までの横方向距離を変化させながらｘ＝０に戻る。このようにして、第１電流ループ６１ａ及び第２電流ループ６１ｂが実質的に形成される。電流信号Ｉ（ｔ）が正弦波状コイル４９に印加されると、第１電流ループ６１ａ及び第２電流ループ６１ｂを回る電流がそれぞれ反対方向に流れ、したがって、第１電流ループ６１ａを回って流れる電流は、第２電流ループ６１ｂを回って流れる電流によって生成される磁界とは反対の極性を有する磁界を生成する。その結果、正弦波状コイル４９は、式（１）に示す関数に従って測定方向ｘに沿って正弦波状に変化する、基板５に直交する方向に分解された磁界強度成分Ｂ_１を有する第１磁界を生成する。

ただし、Ｆ（ｚ）は、基板５からの垂直距離ｚに従って変化する関数である。

図４Ｂに示すように、余弦波状コイル５３は、ｘ＝０で端子５５ａから基板５の第１横側面（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｉｄｅ）に延びる第１端部６３を有する導電トラック４１によって形成されている。次いで、この導電トラック４１は、測定ｘ方向に沿って余弦関数の１周期に従って長手中心軸３９からの横方向距離を変化させながら、方向ｘに沿ってｘ＝０からｘ＝Ｌまで延びている。ｘ＝Ｌで、この導電トラック４１の端部６５は、基板５の第１横側面から第２側面に横切り、次いで、この導電トラック４１は、反転した余弦関数の周期に従って測定経路に沿って長手中心軸３９からの横方向距離を変化させながら、測定方向に沿ってｘ＝０に戻る。ｘ＝０で、この導電トラック４１の第３端部６７は、第２横側面から端子５５ｂに延びている。このようにして、３つのループ６９ａ、６９ｂ、及び６９ｃが形成され、そのうち、外側のループ６９ａ及び６９ｃは、内側のループ６９ｂのサイズの約半分である。電流信号Ｉ（ｔ）が余弦波状コイル５３に印加されると、電流が、外側のループ６９ａ及び６９ｃを回って一方向に流れ、内側のループ６９ｂを回って反対方向に流れる。そのため、内側のループ６９ｂを回って流れる電流によって生成される磁界の極性は、外側のループ６９ａ及び６９ｃを回って流れる電流によって生成される磁界とは反対になる。その結果、やはり測定方向に沿って正弦波状に変化するが、第１磁界成分Ｂ_１の位相とはπ／２ラジアン（９０°）だけ位相が異なる、基板５に直交する方向に分解された式（２）の磁界強度成分Ｂ_２を有する第２磁界が生成される。

このようにして、第１磁界成分Ｂ_１及び第２磁界成分Ｂ_２によって、基板５に直交する総磁界成分Ｂ_Ｔが形成され、第１磁界成分Ｂ_１と第２第２磁界成分Ｂ_２の相対的な割合は、測定方向ｘに沿って変化する。

正弦波状コイル４９は、第１電流ループ６１ａを回って流れる電流によって感知コイル４５内で誘起される電圧と、第２電流ループ６１ｂを回って流れる電流によって感知コイル４５内で誘起される電圧とが実質的に打ち消し合うように配置され、したがって、正弦波状コイル４９内を流れる電流により感知コイル４５内で直接誘起される信号はない。同様に、余弦波状コイル５３は、外側のループ６９ａ、６９ｃによって感知コイル４５内で誘起される電圧と、内側のループ６９ｂによって感知コイル４５内で誘起される電圧とが実質的に打ち消し合うように配置され、したがって、余弦波状コイル５３内を流れる電流により感知コイル４５内で直接誘起される信号はない。したがって、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３は相互に均衡する。正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３の配置は、正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３からの電磁放射が、単一の平面コイルの場合よりも距離が離れるにつれ大きな割合で減少するという別の利点を有する。このため、電磁放射についての規制要件を満足しながら、依然としてより大きな駆動信号を使用することができる。このことは、電磁放射についての規制要件が徐々により厳しくなりつつあるために特に重要である。

この第１実施形態では、送信アンテナ２１を形成する正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３、ならびに受信アンテナ２３を形成する感知コイル４５は、ポリエステルシート３１上に導電インクを印刷することによって形成されている。具体的には、まず図５Ａに示すように、正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３の（図５Ａに示す）負の傾きを有する部分に対応する導電トラック７５ａから７５ｅの重なり合わない部分と、余弦波状コイル５３の第２端部６５とを、銀を加えたインクを使用して印刷する。その後、図５Ｂに示すように、基板５全体にわたって、下にある導電性インクトラックの端部の位置に対応するビアホール７９ａから７９ｊを含む非導電性インクの層７７を形成する。最後に、図５Ｃに示すように、正の傾きを有する正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３と、余弦波状コイル５３の第１端部６３及び第３端部６７と、受信アンテナ２３の感知コイル４５を形成する導電トラックの部分とに対応する非導電インク層７７の上面に、導電トラックの部分８１ａから８１ｅを印刷する。非導電インク層７７上に印刷されたこれらの導電トラックの部分は、ビアホール７９を介して下にある導電トラックの部分に接続され、それによって、正弦波状コイル４９と余弦波状コイル５３及び感知コイル４５が形成される。

共振回路１９は、正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３の形成と類似のやり方で、膜３上に導電インクを印刷することによって形成される。コンデンサ４３は、第１区域の導電インクを印刷し、次いで、この第１区域の導電インクの上で非導電性インクを印刷し、その後、第２区域の導電インクを印刷することによって形成される。こうすると、非導電性インクにより、第１区域の導電インクと第２区域の導電インクが分離される。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、センサの動作をより詳細に説明する。
図６Ａは、変形していない状態での図１Ａに示したセンサの主要コンポーネント間の相互作用を概略的に示す図で、図６Ｂは、変形した状態での図１Ａに示したセンサの主要コンポーネント間の相互作用を概略的に示す図である。

図６Ａ、図６Ｂに示すように、制御装置１５の信号発生器９１は、それぞれの異なる出力のところで同相信号（ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｓｉｇｎａｌ）Ｉ（ｔ）及び直角位相信号（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｓｉｇｎａｌ）Ｑ（ｔ）を生成する。同相信号Ｉ（ｔ）は、この第１実施形態では３．９ｋＨｚである変調周波数ｆ_１で振動する第１変調信号を使用して、この実施形態では２ＭＨｚである共振回路１９の共振周波数ｆ_ｒｅｓに等しい搬送周波数ｆ_０を有する振動搬送信号を振幅変調することによって生成される。したがって、同相信号Ｉ（ｔ）は、以下の形式の成分を有する。
Ｉ（ｔ）＝Ａｓｉｎ２πｆ_１ｔｃｏｓ２πｆ_０ｔ ・・・（３）

同様に、直角位相信号Ｑ（ｔ）は、第１変調信号とπ／２ラジアン（９０°）位相がずれた、変調周波数ｆ_１で振動する第２変調信号を使用して、搬送周波数ｆ_０を有する振動搬送信号を振幅変調することによって生成される。したがって、直角位相信号Ｑ（ｔ）は、以下の形式の成分を有する。
Ｑ（ｔ）＝Ａｃｏｓ２πｆ_１ｔｃｏｓ２πｆ_０ｔ ・・・（４）

同相信号Ｉ（ｔ）は、正弦波状コイル４９に印加され、直角位相信号Ｑ（ｔ）は、余弦波状コイル５３に印加される。

制御装置１５の信号プロセッサ９３は、感知コイル４５から感知信号Ｓ（ｔ）を受け取り、この感知信号Ｓ（ｔ）を処理して、突出部分７の変形があるかどうかを判定し、変形がある場合には、その変形の位置を求める。次いで、信号プロセッサ９３は、表示器１３に適切な駆動信号を送信する。

図６Ａに、突出部分７がその初期状態にある（すなわち、押されていない）ときの、すなわち、突出部分７と基板５の表面の距離ｚが値ｚ_０で実質的に一定であるときの、基板５に直交する方向に分解された磁界強度成分Ｂ_１及びＢ_２のピーク強度包絡線（ｐｅａｋ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を概略的に示している。共振回路１９内で誘起される電流Ｉ_ｒｅｓは、測定方向に沿って総磁界成分Ｂ_Ｔの変化率をｘ＝０からｘ＝Ｌまで積分したものに比例する。したがって、電流Ｉ_ｒｅｓは、以下の形式をとる。

正弦関数及び余弦関数はともに、１周期にわたって積分するとゼロになるので、突出部分７が初期状態にあるときは、電流Ｉｒｅｓは実質的にゼロに等しい。

共振回路１９内で電流が実質的に誘起されないので、同様に、感知コイル４５内の共振回路によっても電流は誘起されない。したがって、突出部分７が初期状態にあるときには、感知コイル４５によって制御装置１５に出力される感知信号Ｓ（ｔ）はヌル信号になる。信号プロセッサ９３がこのヌル信号を検出すると、信号プロセッサ９３は、駆動信号を出力して、表示器１３にヌル示度を表示させる。

図６Ｂに、突出部分７が基板５に向かって押されて、位置ｘ＝Ｘ_０で、突出部分７が基板５から距離ｚ_１にあるときの、磁界強度成分Ｂ_１及びＢ_２のピーク強度包絡線を概略的に示している。図６Ｂに示すように、磁界成分強度の振幅が増加する位置Ｘ_０から離れたところでは、磁界成分Ｂ_１及びＢ_２はそれぞれ正弦関数及び余弦関数に従う。したがって、共振回路１９内で誘起される電流Ｉ_ｒｅｓは、実質的に以下の形式をとる。

式（５）に関して説明したように、式（６）の右辺第１項は実質的にゼロである。したがって、実際には、電流Ｉｒｅｓは、Ｘ０の部分における追加の磁界成分強度によって生成される。さらに、搬送周波数ｆ０は、この変調周波数ｆ１よりもかなり高いので、電流Ｉｒｅｓについての表現は、以下の式（７）ように近似される。

式（７）でわかるように、共振回路１９内で誘起される電流Ｉ_ｒｅｓは、変調周波数ｆ_１の変調信号によって変調された、搬送周波数ｆ_０で振動する信号を含んでいる。この変調信号の位相は、突出部分７が押される位置に依存するが、突出部分７が押される量には無関係である。したがって、電流Ｉ_ｒｅｓの変調周波数ｆ_１成分の位相を測定することによって、突出部分７が押された位置を計算することができる。

共振回路１９内で誘起される電流Ｉ_ｒｅｓにより磁界が生成され、それによって、感知コイル４５内で感知信号Ｓ（ｔ）が誘起される。すなわち、共振回路１９は、突出部分７が押される位置を表す磁界を生成する磁界発生器とみなすことができる。

感知コイル４５内で誘起される感知信号Ｓ（ｔ）は、共振回路１９内で誘起される電流Ｉ_ｒｅｓと同じ形式を有し、したがって、突出部分７が押された位置を示す位相を有する変調周波数ｆ_１成分を含んでいる。信号プロセッサ９３は、この位相を測定して、突出部分７が押された位置の値を求め、次いで、表示器１３に駆動信号を送信して、表示器１３に求められた位置の値を表示させる。

この第１実施形態では、制御装置１５は、特許文献１に記載の位置センサの制御ユニットと同じである。この内容全体を参照により本明細書に組み込まれる。次に、図７を参照して、制御装置１５の主要コンポーネントを説明する。

図７は、図６Ａ及び図６Ｂに示す信号発生器及び信号プロセッサのコンポーネントをより詳細に示す図である。

図７に示すように、直角位相信号発生器１０１は、変調周波数ｆ_１の１対の直角位相信号を変調器１０３に出力する。この変調器１０３は、この１対の直角位相信号を使用して、信号発生器１０５によって生成された搬送周波数ｆ_０の搬送信号を変調する。得られた１対の変調信号は、それぞれ１対のコイル駆動部１０７ａ，１０７ｂに入力される。これらの駆動部１０７ａ，１０７ｂは、これらの変調信号を増幅して、同相信号Ｉ（ｔ）及び直角位相信号Ｑ（ｔ）を生成する。これらの信号は、それぞれ正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３に入力される。

感知コイル４５からの感知信号Ｓ（ｔ）は復調器１０７に入力され、復調器１０７は、信号発生器１０５からの搬送周波数ｆ_０の信号を使用して、この感知信号Ｓ（ｔ）を復調して変調周波数ｆ_１の復調信号を形成する。復調器１０７から出力された復調信号は、位相検出器１０９に入力され、位相検出器１０９は、この復調信号の位相を測定し、この位相測定値を位置計算器１１１に出力する。位置計算器１１１は、求められた位相に対応する位置の値を計算し、この計算された位置の値は、表示コントローラ１１３に出力され、表示コントローラ１１３は表示器１３に対して、対応する駆動信号を生成する。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、突出部分７の下面に形成された共振回路１９は、空隙によって基板５の表面上に形成された送信アンテナ及び受信アンテナから分離されている。次に、図８を参照して、膜３と基板５の間に可撓性発泡材料（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｏａｍ ｍａｔｅｒｉａｌ）を配置する第２実施形態を説明する。

図８は、図１Ａに示したセンサの第２の実施形態を概略的に示す断面図で、第１実施形態における対応するコンポーネントと同じコンポーネントは、同一の参照番号を付してあり、再度詳細には説明しない。

図８に示すように、第２実施形態では、膜３上に印刷した共振回路１９と、ポリエステルシート３１上に印刷した送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３との間に成型材料の層（成形層）１２１を配置する。この実施形態では、この成型材料は、ポリウレタンフォームである。使用者が、基板５に向かって膜３の突出部分７を押すと、押された領域の成型層１２１は圧縮され、この圧縮に抵抗するバイアス力が生成される。使用者が、膜３を押すのとやめると、このバイアス力により成型層１２１の圧縮が解除されて、膜３の突出部分７が移動してその初期状態に戻る。

この第２実施形態では、制御装置は、第１実施形態の制御装置と同じであり、したがって、再度詳細に説明しない。

（第３実施形態）
第２実施形態では、成型層１２１により、突出部分７を移動して、膜３と基板５の垂直距離が、突出部分７の範囲全体にわたって実質的に一定である初期状態に戻すバイアス力が得られる。したがって、隆起部分３７はほとんどの場合余計である。

図９は、図１Ａに示したセンサの第３実施形態を概略的に示す断面図で、膜３と基板５の全体の間に成型層１２１を配置する第３実施形態のタッチパッドの断面図を示している。具体的には、成型層１２１により、送信アンテナ２１及び受信アンテナ２３から共振回路１９が分離されている。

（第４実施形態）
第１実施形態では、測定方向に沿ったｘ＝０及びｘ＝Ｌの位置で、余弦波状コイル５３を形成する導電トラックの端部６３，６５，６７は、実質的に基板５の一方の横側面から他方の横側面に横切る。導電トラックの端部６３，６５，６７に沿って流れる電流により、余弦波状コイル５３によって生成される第２磁界成分Ｂ_２の正弦波状の変化を歪ませる磁界が生成される。次に、図１０を参照して、受信アンテナの配置を調整して、余弦波状コイル５３によって生成される磁界に対するこの歪みを補償する第４実施形態を説明する。

図１０は、図１Ａに示したセンサの第４実施形態の一部を構成する送信アンテナ及び受信アンテナの平面図である。この第４実施形態では、このセンサの送信アンテナ及び受信アンテナ以外の残りのコンポーネントは、第１実施形態における対応するコンポーネントと同じであり、したがって再度詳細に説明しない。

図１０には、第４実施形態の基板５の上に形成された送信アンテナ及び受信アンテナの平面図を示している。この送信アンテナは、図１０に示すように、正弦波状コイル１３１及び余弦波状コイル１３３によって形成される。この実施形態では、送信アンテナによって生成される磁界強度を大きくするために、正弦波状コイル１３１及び余弦波状コイル１３３を形成する導電トラックは、それに対応する第１実施形態の正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３を形成する導電トラックの経路を２回たどる。すなわち、正弦波状コイル４９及び余弦波状コイル５３によって形成される電流ループは、それぞれ１対の重なり合うコイルによって実質的に形成されている。

第４実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、送信アンテナ及び受信アンテナは、まず導電インクを印刷して、正弦波状コイル１３１と余弦波状コイル１３３及び感知コイル１３５の一部（図１０では破線で示す）を形成し、次いで、導電トラックのすでに印刷された部分の端部に対応するビアホールを伴う非導電インク層を印刷し、その後、導電インクを印刷して、正弦波状コイル１３１と余弦波状コイル１３３及び感知コイル１３５の残りの部分（図１０では実線で示す）を形成することによって形成される。

受信アンテナは、正弦波状コイル１３１及び余弦波状コイル１３３を取り囲む主ループを有する感知コイル１３５によって形成されている。この主ループの長手方向端部のところで、感知コイル１３５は、補助ループ１３７ａ，１３７ｂを有する。感知コイル１３５は、電流が主ループを流れる方向と同じ方向に、感知コイル１３５を流れる電流がこれらの補助ループを回るように構成されている。さらに、補助ループ１３７は、電流が余弦波状コイル１３３を流れるときに、余弦波状コイル１３３の端部を流れる電流により主ループ内で誘起される信号が、余弦波状コイル１３３の端部を流れる電流により補助ループ１３７内で誘起される対応する信号と均衡するように形状設定されている。こうすると、膜の突出部分が初期状態にある（すなわち、押されていない）ときには、感知コイル１３５内でヌル信号が誘起される。

（第５実施形態）
上述した実施形態では、受信アンテナ１５５は、送信アンテナの正弦波上コイル及び余弦波状コイルを取り囲む感知コイルによって形成され、共振回路は、送信アンテナによって形成される測定経路の長さに沿って延びる。次に、図１１を参照して、送信アンテナに隣接する感知コイルによって受信アンテナが形成され、共振回路が、送信アンテナ及び受信アンテナの上を延びる第５実施形態を説明する。第５実施形態では、制御装置は、第１実施形態の制御装置と同じであり、したがって、再度詳細に説明しない。

図１１は、図１Ａに示したセンサの第５実施形態の一部を形成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す斜視図である。

図１１に示すように、この実施形態では、基板１５１は、第１及び第２長手方向縁部１５３ａ，１５３ｂならびに第１及び第２横方向縁部１５５ａ，１５５ｂによって形成される矩形表面を有する。受信アンテナは、第１長手方向縁部１５３ａに隣接して配置される感知コイル１５７によって形成されている。感知コイル１５７は、全体的に「８の字」パターンに従う導電トラックによって形成され、それによって実際には、第１及び第２導電ループ１５９ａ，１５９ｂが形成される。第１導電ループ１５９ａは、第１横方向縁部１５５ａに隣接し、第２導電ループ１５９ｂは、第２横方向縁部１５５ｂに隣接する。感知コイル１５７は、実質的に基板の全幅を横切って延びるが、基板１５１の長さに沿っては、第１長手方向縁部１５３ａから基板１５１の長さの約１／５しか延びていない。

送信アンテナは、正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３によって形成される。図１１に示すように、この送信アンテナは、受信アンテナの縁部から、基板１５１の長さの約４／５に沿って、最大で第２長手方向縁部１５３ｂまで延び、そのため、受信アンテナ及び送信アンテナは並んで形成されるが、重なり合わない。正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３の配置は、正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３を形成する導電トラックが、正弦関数及び余弦関数ではなく、相互に９０°位相がずれている方形波関数に従って基板１５１の長さに沿って変化することを除き、第１実施形態の正弦波状コイル及び余弦波状コイルの配置と同じである。そうではあるが、正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３に関連する磁界成分強度は、式（１）及び式（２）の表現によって与えられる。

膜１６５は、（図示しない支持体によって）基板１５１に対して相対的に支持される。共振回路１６７は、コンデンサ１６９と並列に接続された導電トラックによって膜１６５の上に形成されている。この導電トラックは、実質的に送信アンテナに重なる主ループ１７１と、実質的に感知コイル１５７の２つの導電ループ１５９ａ，１５９ｂにそれぞれ重なる２つの補助ループ１７３ａ，１７３ｂとを備えている。具体的には、共振回路１６７の導電トラックは、共振回路１６７を流れる電流が、補助ループ１７３をそれぞれ反対方向に回って流れるように構成されている。

図１１に示すように、送信アンテナ及び受信アンテナは、基板１５１の長手中心軸に関して実質的に対称であるが、電流は、導電ループ１５９をそれぞれ反対方向に流れる。その結果、正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３によって生成された磁界によって、感知コイルの導電ループ１５９内で、それぞれ等しいが反対の信号成分が誘起される。さらに、初期状態では（すなわち、膜１６５が基板１５１に向かって押されていないとき）、正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３によって共振回路１６７の主ループ１７１内で誘起された信号成分を積分するとゼロになり、したがって、初期状態では、共振回路１６７は、感知コイル１５７内で実質的に信号を誘起しない。ただし、第１実施形態の場合と同様に、使用者によって送信アンテナに重なる膜１６５の一部が送信アンテナに向かって押されると、共振回路１６７の主ループ１７１内で、膜１６５の凹み位置を表す位相を有する信号が誘起される。次いで、この誘起された信号は、共振回路１６７の補助ループ１７３ａ，１７３ｂをそれぞれ反対方向に流れ、感知コイル１５７内で誘起された結果得られた信号は互いに加算されて、感知信号Ｓ（ｔ）を形成する。

送信アンテナから受信アンテナを空間的に分離することによって、送信アンテナの正弦波状コイル１６１及び余弦波状コイル１６３に関して、受信アンテナの感知コイル１５７を均衡させることは、感知コイル１５７内で相補的な電流ループを導入することにより一般に比較的容易である。さらに、共振回路の配置を調整して、感知コイル１５７の相補的な電流ループの配置に一致させることによって、共振回路１６７と、受信アンテナの感知コイル１５７との間の結合を高め、それによって感知信号Ｓ（ｔ）の大きさを大きくし得る。

（第６実施形態）
上述した実施形態では、測定経路長Ｌは、正弦波状コイル及び余弦波状コイルの周期に等しく、したがって、感知信号Ｓ（ｔ）の位相は、測定経路長Ｌ全体にわたって２πラジアン（３６０°）を通じて変化する。その結果、制御装置内の信号プロセッサは、膜が基板に向かって押される位置を明確に識別し得る。正弦波状コイル及び余弦波状コイルの周期を長くすることによって、それに対応して測定経路長が長くなる場合、位置測定の精度は悪くなる。あるいは、正弦波状コイル及び余弦波状コイルの複数の周期を利用することによって、測定経路長が長くなる場合、制御装置は、もはや膜が基板に向かって押される位置を明確に求めることができない。

次に、図１２を参照して、複数ピッチのコイル構成を使用して、長い測定長全体にわたって位置を正確に測定し得る本発明の第６実施形態を説明する。

図１２は、図１Ａに示したセンサの第６実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図である。図１２に示すように、この送信アンテナは、それぞれ測定経路長に等しい周期を有する第１正弦波状コイル１８１及び第１余弦波状コイル１８３と、それぞれ測定経路長の１／３に等しい周期を有する第２正弦波状コイル１８５（図１２に点線で示す）及び第２余弦波状コイル１８７（図１２に破線で示す）とを備える。受信アンテナは、送信アンテナの周りを延びる感知コイル１８９によって形成され、共振回路は、測定経路に沿って延びる導電トラック１９１のループによって形成される。このループの各端部は、コンデンサ１９３のそれぞれの端子に接続される。

この第６実施形態では、制御装置（図１２には示さない）は、相互に位相が９０°ずれた変調周波数ｆ_１の第１及び第２の変調信号によってそれぞれ変調された、（共振回路の共振周波数に等しい）搬送周波数ｆ_０の１対の励起信号を出力する。得られた１対の変調信号をそれぞれ、第１正弦波状コイル１８１及び第１余弦波状コイル１８３に印加し、その結果、第１実施形態で説明したように、感知コイル１８９内で、変調周波数ｆ_１成分を有する感知信号Ｓ_１（ｔ）が誘起される。感知信号Ｓ_１（ｔ）の位相により、基板に向かう膜の凹みの大雑把な位置が明確に識別される。次いで、この１対の変調信号をそれぞれ、第２正弦波状コイル１８５及び第２余弦波状コイル１８７に印加し、その結果、感知コイル１８９内で、変調周波数ｆ_１成分を有する感知信号Ｓ_２（ｔ）が誘起される。感知信号Ｓ_２（ｔ）の位相は、基板に向かう膜の凹みの精密な位置の測定値を表す。この測定値は、測定経路に沿ったいくつかの異なるポイントに対応し得るという点で曖昧である。ただし、制御装置内の信号プロセッサは、精密な位置の測定値によって示される可能なポイントのどれが正しいポイントであるかを決定することができる。というのは、これら可能な位置の測定値の１つだけが、第１正弦波状コイル１８１及び第１余弦波状コイル１８３によって得られた大雑把だが明確な位置の測定値に合致するからである。

（第７実施形態）
上述した実施形態では、矩形の測定経路に沿った、膜が基板に向かって押される位置を測定する。次に、図１３を参照して、膜が基板に向かって押される位置を２次元で測定する第７実施形態を説明する。

図１３は、図１Ａに示したセンサの第７実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路の構成を概略的に示す平面図である。

図１３に示すように、この第７実施形態では、タッチパッドは４つの直線センサを有する。各センサは、ｘ方向に平行であり、かつｙ方向に並んで配置された直線構成測定経路を有する。具体的には、このタッチパッドの基板２０１は、４つの感知コイル２０３ａから２０３ｄによって形成された４つの受信アンテナと、４つの正弦波状コイル２０５ａから２０５ｄ及び４つの余弦波状コイル２０７ａから２０７ｄによって形成された４つの送信アンテナとを有する。各受信アンテナの感知コイル２０３は、それぞれの送信アンテナの正弦波状コイル２０５及び余弦波状コイル２０７を取り囲む。タッチパッドの膜（図示しない）は、その上に形成された、４つの共振回路２０９ａから２０９ｄを構成する導電トラックを有する。各共振回路２０９は、それぞれの送信アンテナ及び受信アンテナの対に関連づけられる。

使用中、制御装置（図示しない）は、各直線センサに順に発問する。使用者が膜を押すと、この制御装置は、どの直線センサがヌル信号以外の感知信号Ｓ（ｔ）を生成したかにより、ｙ方向の凹みの位置の目安を決定し、この感知信号Ｓ（ｔ）から、制御装置は、ｘ方向の凹みの位置を求める。

（第８実施形態）
第７実施形態では、並行構成の複数の直線センサを設けることによって、膜の凹みの位置を２次元で検出する。あるいは、２次元区域全体にわたって延びる単一の非矩形測定経路を形成する単一のセンサを使用することによって、凹みの位置を２次元で求めることができる。

次に、図１４を参照して、単一のセンサが、犂耕体（ｂｏｕｓｔｒｏｐｈｅｄｏｎ）タイプの測定経路を構成する第８実施形態を説明する。すなわち、この測定経路は、２次元区域の１つの縁部から別の縁部にジグザグに進む。

図１４は、図１Ａに示したセンサの第８実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図である。

図１４に示すように、この第８実施形態では、送信アンテナは、正弦波状コイル２２１（鎖線で示す）及び余弦波状コイル２２３（図１４に破線で示す）によって形成されている。正弦波状コイル２２１及び余弦波状コイル２２３はともに、ｘ方向に整列されるがｙ方向に互いにオフセットされた４つの１／４周期部分に分割され、その結果、これらの１／４周期部分は並んで形成されている。具体的には、ｘの正方向に沿って延びる、正弦波状コイル２２１及び余弦波状コイル２２３の第１の１／４周期部分は、ｙ方向に整列された導電トラックの一部によって、ｘの負方向に沿って延びる、正弦波状コイル２２１及び余弦波状コイル２２３の第２の１／４周期部分に接続されている。同様に、第２の１／４周期部分は、ｘの正方向に沿って延びる第３の１／４周期部分に接続され、第３の１／４周期部分は、ｘの負方向に沿って延びる第４の１／４周期部分に接続されている。

受信アンテナは、正弦波状コイル２２１及び余弦波状コイル２２３の全体を取り囲む感知コイル２２５によって形成されている。共振回路２２７は、正弦波状コイル２２１及び余弦波状コイル２２３のジグザグ経路を全体的にたどるループを形成する導電トラックを備えている。

この第８実施形態の制御装置と第１実施形態の制御装置の唯一の差は、この第８実施形態では、位置計算器が、感知信号Ｓ（ｔ）の位相を、それぞれの２次元位置に関連づけるルックアップテーブルを含むことである。この制御装置が、正弦波状コイル２２１に同相信号Ｉ（ｔ）を印加し、余弦波状コイル２２３に直角位相信号Ｑ（ｔ）を印加すると、共振回路２２７が形成された膜が押されない場合には、感知コイル２２５の感知信号Ｓ（ｔ）はヌル信号になる。しかし、膜が押された場合には、感知コイル２２５内で、変調周波数ｆ_１成分を有する感知信号Ｓ（ｔ）が形成され、この感知信号Ｓ（ｔ）の位相は、送信アンテナによって形成された測定経路に沿った膜の凹みの位置を表す。制御ユニットは、格納されたルックアップテーブルを使用して、この位相測定値を２次元位置測定値に変換する。

（改変形態及び他の実施形態）
第８実施形態では、送信アンテナは、ジグザグ形状の測定経路を形成する。あるいは、２次元全体にわたって延びる他の形態の測定経路を使用し得る。例えば、送信アンテナは、らせん形状の測定経路を形成し得る。

第７実施形態では、複数の直線センサをｘ方向に整列させるが、ｙ方向には互いにオフセットさせる。ｙ方向の位置は、どの直線センサで、膜の凹みを示す信号が誘起されるかを識別することによって求められる。あるいは、ｘ方向に整列した直線センサの他に、測定経路がｙ方向には整列しているが、ｘ方向に互いにオフセットされた複数の直線センサを設けることもできる。こうすると、ｙ方向の直線センサにより、膜の凹みの位置のｙ方向の座標をより正確に求めることができる。

第７実施形態では、直線センサは、制御装置によって順に発問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅ）される。あるいは、この制御装置は、各直線センサによって誘起された感知信号Ｓ（ｔ）の成分を、フィルタ構成を使用して分離し得るように、各直線センサごとの同相信号Ｉ（ｔ）及び直角位相信号Ｑ（ｔ）の変調周波数を異なるものにすることによって、これらすべての直線センサに連続的に発問し得る。

上述した実施形態では、受動共振回路（又は共振器）により、送信アンテナと受信アンテナの間に中間結合素子が形成される。ただし、ある種の状況では、増幅型共振器（ｐｏｗｅｒｅｄ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を使用して、この共振器内で誘起される信号を大きく増幅し、それによって信号処理回路の感度要件を緩和することが有利なことがある。

あるいは、共振回路を使用する代わりに、導電ループ又は導電ディスクによって中間結合素子を形成し得る。ただし、共振回路を使用することが好ましいのは、共振回路の共振特性により、感知信号Ｓ（ｔ）がより大きくなるからである。

中間結合素子は不可欠なものではなく、あるいは、送信アンテナ及び受信アンテナの一方を基板上に形成し、他方を膜上に形成し得るはずである。

図１５は、図１Ａに示したセンサの第９実施形態センサの一部を構成する送信アンテナ及び受信アンテナを概略的に示す斜視図で、タッチパッドの基板上に、正弦波状コイル２４１及び余弦波状コイル２４３を備えた送信アンテナを形成し、このタッチパッドの弾性変形可能な膜２４９の上に、感知コイル２４７を備えた受信アンテナを形成する実施形態を概略的に示している。この膜は、膜２４９が初期非変形状態にあるとき、感知コイル２４７における感知信号Ｓ（ｔ）がヌル信号になるように、支持体（図１５には示さない）によって基板に対して相対的に支持される。ただし、膜２４９の局所領域が基板上２４５に向かって押されると、感知コイル２４７内で、押された領域の位置を示す感知信号Ｓ（ｔ）が誘起される。

第１実施形態では、送信アンテナ及び受信アンテナを形成する導電トラックは、基板上に導電インクを印刷することによって形成され、共振回路は、膜上に導電インクを印刷することによって形成される。他の製造技術を利用して、送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を形成し得る。例えば、送信アンテナ及び受信アンテナは、従来の方式で印刷回路基板上に導電トラックを被着させることによって形成し得る。

導電インクを印刷することによってアンテナ及び／又は中間結合素子を形成することは、広く応用可能である。例えば、特許文献１に記載の位置センサの送信アンテナ及び受信アンテナは、このやり方で形成し得るはずである。導電インクは、例えば、ポリエステル及びポリアミドなどの比較的標準のポリマーなど、いくつかの材料に印刷することができる。

第１実施形態で説明したように、コンデンサは、第１区域の導電インクを印刷し、次いで、この第１区域の導電インクの上で誘電体インク層を印刷し、その後、この第１導電インク層の上で第２区域の導電インクを印刷することによって形成し得る。こうすると、この誘電体インク層により、第１区域の導電インクと第２区域の導電インクが分離される。導電インクの区域のサイズを変えることによって、あるいは、誘電体インク層の厚さを変えることによって、様々な容量値を実現し得る。

第１から第８実施形態では、送信アンテナ及び受信アンテナは、タッチパッドの基板上に形成され、中間結合素子は、膜上に形成されている。あるいは、中間結合素子を基板上に形成し、送信アンテナ及び受信アンテナを膜上に形成し得る。

上述した実施形態では、基板に対する相対的な膜の局所変形位置を検出する。ただし一般に、局所的な相対運動が可能なように相互に支持される任意の２つの部材について、局所変形位置を検出し得る。ある実施形態では、送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路は、銅線を使用して形成され、成型層の一方の面上に共振回路が直接取り付けられ、この成型層の他方の面上に送信アンテナ及び受信アンテナが取り付けられる。この場合、共振回路が一方の部材を形成し、送信アンテナ及び受信アンテナが他方の部材を形成する。

上述した実施形態では、送信アンテナは、基板に直交する総磁界成分に対する相対的な寄与が、測定方向に沿った位置に応じて変化するように構成された正弦波状コイル及び余弦波状コイルによって形成される。具体的には、これらの正弦波状コイル及び余弦波状コイルは、交互にねじれたループ構造を有する。ただし、非常に多くの様々な異なる励起卷線の幾何形状を用いて、基板に直交する総磁界成分の、異なる励起卷線が寄与する相対的な割合を測定経路に沿って変化させる目的を達成する送信アンテナを形成し得る。

上記で説明した実施形態では、送信アンテナは、２本の励起卷線によって形成され、受信アンテナは、１本のセンサ卷線によって形成される。送信アンテナと受信アンテナの間の電磁結合が測定経路に沿って変化する他の多くの構成の送信アンテナ及び受信アンテナを使用し得る。例えば、送信アンテナは、単一の励起卷線によって形成し、受信アンテナは、１対のセンサ卷線によって形成し得るはずであり、中間結合素子と受信アンテナの間の電磁結合は、変形に応答して、すなわち、この変形の位置を示すこれら２本のセンサ卷線内で誘起された信号のそれぞれの強度に応答して変化する。

第２及び第３実施形態では、ポリウレタンフォームが、膜から基板を分離する。他の形態の成型ゴムを使用し得る。他の実施形態では、膜と基板を分離する変形可能な材料はネオプレンである。

第１実施形態で説明した感知装置は、当業者には明らかなやり方で正弦波状コイル及び余弦波状コイルの配置を変化させることによって、円などの曲線に沿った線形位置を測定する（すなわち、回転位置決めセンサ）ように適合し得る。この誘導センサは、測定経路に沿って移動しながら、局所的に膜を基板に向かって押すボディ（ｂｏｄｙ）のスピードを検出するスピード検出器として使用することもできる。

上述した実施形態では、膜が基板の表面に向かって押される局所位置を測定する。他の形態の局所的な変形も可能である。例えば、他の実施形態では、第１及び第２部材はともに曲げることができ、局所的な曲げの位置を、その位置における電磁結合の変動により求める。

上述した実施形態では、２ＭＨｚの搬送周波数を用いる。高周波搬送周波数を用いると、送信アンテナと受信アンテナの間の誘導結合が改善されるという利点が得られる。搬送周波数の典型的な値は、１００ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲であろう。

上述した実施形態では、制御装置内の信号発生器は、搬送周波数の搬送信号を含む同相信号Ｉ（ｔ）及び直角位相信号Ｑ（ｔ）を生成する。この搬送信号は、搬送周波数よりもかなり低い変調周波数のそれぞれの変調信号によって変調される。制御装置内の信号プロセッサは、変調周波数の感知信号Ｓ（ｔ）の成分の位相を測定して、膜が押された位置の目安を求める。有利には、この構成では、比較的高い搬送周波数を使用する結果、送信アンテナと受信アンテナの間の結合の大きさが大きくなることと、より低い変調周波数の信号の位相を測定するのに用いる簡単な信号処理技術とを組み合わせる。さらに、コイル駆動部のフィルタリング効果及び送信アンテナと共振回路の間の共振結合により、比較的低品質のデジタル的に生成された励起信号を使用することができる。

上述した実施形態で使用し得る他の制御装置は、特許文献２に記載の位置センサの制御ユニットである。この内容全体をここに参照により組み込まれる。

図１６は、図１Ａに示したセンサの第１０実施形態の一部を構成する信号発生器及び信号プロセッサの主要コンポーネントを概略的に示す図で、制御装置の主要コンポーネントを示している。直角位相信号発生器２６１は、この実施形態では２ＭＨｚの第１周波数ｆ_０の１対の直角位相励起信号を生成する。この１対の直角位相信号はそれぞれ、第１及び第２のコイル駆動部２６３ａ、２６３ｂに印加され、そこで、正弦波状コイル及び余弦波状コイルに印加される前に増幅される。これらの信号は、感知コイル内で、基板に向かう膜の凹みの位置を示す位相を有する第１周波数ｆ_０の感知信号Ｓ（ｔ）を誘起する。ただし、第１周波数ｆ_０は比較的高いので、感知信号Ｓ（ｔ）の位相を正確に測定することは難しい。この問題を克服するために、ヘテロダイン検波システムを使用する。ヘテロダイン検波システムでは、感知信号は、混合器２６５に入力され、そこで、信号発生器２６７によって生成された第２周波数ｆ_２の信号と混合される。第２周波数ｆ_２は、第１周波数ｆ_０に近いが同じではない。したがって、この混合器は、周波数ｆ_０−ｆ_２の低周波数成分及び周波数ｆ_０＋ｆ_２の高周波数成分を有する信号を出力する。この高周波数成分は、ローパスフィルタ２６８によって取り除かれ、周波数ｆ_０−ｆ_２の残りの低周波数成分は、位相検出器２６９に入力される。位相検出器２６９は、信号発生器２７１から提供される周波数ｆ_０−ｆ_２の基準信号に関して、この低周波数成分の位相を検出する。この位相は、膜が基板に向かって押された位置を示す。この検出された位相は位置計算器に入力され、位置計算器は、この検出された位相を位置の値に変換する。この位置の値は、表示コントローラに出力され、表示コントローラは、対応する駆動信号を生成して表示器にこの計算された位置の値を表示させる。

図１６に関して説明した制御装置では、送信アンテナと受信アンテナの間の誘導結合に高周波数を用い、位置の値を求める信号処理に低周波数を用いることの利点も組み合わせることができる。

上述した実施形態では、検出された位置を示す値を表示器に表示する。しかし、多くの応用例では、この値を関連するシステム用の制御パラメータとして用いる。例えば、この感知装置は、自動車、洗濯機などの家庭用器具、電気機器、航空宇宙機器、農耕用機器、産業用機械、船舶、繊維用機械、スポーツ機器、視聴覚機器、防衛機器、ＩＴ／通信機器、パーソナルコンピュータ、又はセキュリティシステムに組み込むことができる。

これらのセンサの寸法は、桁が大きく異なり得る。典型的には、測定経路は、数ミリメートルから数メートルの距離を延びる。比較的規模の大きな応用例は、マットレスに横になる人によってこのマットレスに加えられる局所的な圧力ポイントを監視することであろう。このようなシステムは、床擦れなどの予防措置として、寝たきりの人がベッドに横になる様子を監視し、また、安全システムとして、小児用ベッドに横になる乳児の動きを監視するのに有利であろう。

膜上に共振回路を印刷することに加えて、使用者の情報も膜上に印刷することができる。

図１７は、図１Ａに示したセンサの第１１実施形態を概略的に示す斜視図である。（ｉ）１０進キーパッド３０１ａ〜３０１ｊが膜の上面（すなわち、基板とは反対側を向いた表面）に、この１０進キーパッドの各数字が膜の盛り上がった部分のそれぞれ異なる領域にくるように形成され、（ｉｉ）制御装置が、膜の各領域を、対応する数字に関連づけるルックアップテーブルを含み、（ｉｉｉ）制御装置が、数字表示器３０３及び（図示しない）関連する表示コントローラを含むという点で第１実施形態と異なる実施形態を示している。使用者の指が膜の盛り上がった部分上に示す数字の１つを押すと、制御装置は、その凹みの位置を計算し、ルックアップテーブルを用いて対応する数字を決定する。次いで、この決定された数字を数字表示器３０３に表示する。

好ましい実施形態では、この膜は、基板に脱着可能に装着することができる。こうすると、多くの異なるマンマシンインターフェースに同じ基板を使用することができ、それぞれの膜には使用者の情報しか印刷されておらず、信号処理回路は、これらのマンマシンインターフェース間で異なる。このようにして、本発明による感知装置を組み込んだ製品の開発及びカスタム化がかなり簡略化される。

上述したように、第１実施形態では、制御装置は、特許文献１に記載の位置センサの制御装置と同じである。ある実施形態では、感知システムは、第１実施形態で説明した１つ又は複数の位置センサならびに特許文献１に記載の１つ又は複数の位置センサ用の共通制御ユニットを備え、この制御ユニットと、これらのセンサの送信アンテナ及び受信アンテナの間にはマルチプレクサが配置されており、それによって、この制御ユニットは、個々のセンサを選択的にアドレス指定することができる。このような複数の感知装置が必要とされる典型的な状況が生じるは、自動車、又は、洗濯機、回転式乾燥機（ｔｕｍｂｌｅ ｄｒｙｅｒ）、皿洗い機などの家庭用器具においてである。

本発明の感知装置の他の応用例は、衝撃の位置を測定するものである。例えば、この感知装置は、目標上での投射物の衝撃位置を測定することができる。この投射物は、例えば、ボールとし得る。

他の実施形態では、タッチパッドを透明材料で作製し、表示スクリーンの前に配置する。次いで、使用者は、表示スクリーン上の各位置に表示された情報に対応するタッチパッド上の位置を押すことによって情報を入力することができる。好ましくは、できる限り小さいゲージの導線、又はインジウムスズ酸化物などの透明導電体を使用して導電トラックを形成する。他の実施形態では、送信アンテナ及び受信アンテナは、表示スクリーンの一方の面に形成し、中間結合素子は、この表示スクリーンの他方の面に形成して画質の低下を少なくする。

本発明に係る感知装置（センサ）を概略的に示す斜視図である。 図１Ａに示したセンサを、送信アンテナ及び受信アンテナが見えるように一部を切り取って概略的に示す斜視図である。 図１Ａに示したセンサの断面図である。 図１Ａに示したセンサの一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図である。 図３に示した送信アンテナの一部を構成する正弦波状コイルを示す図である。 基板上での送信アンテナ及び受信アンテナの形成中の段階を概略的に示す図（その１）である。 基板上での送信アンテナ及び受信アンテナの形成中の段階を概略的に示す図（その２）である。 基板上での送信アンテナ及び受信アンテナの形成中の段階を概略的に示す図（その３）である。 変形していない状態での図１Ａに示したセンサの主要コンポーネント間の相互作用を概略的に示す図である。 変形した状態での図１Ａに示したセンサの主要コンポーネント間の相互作用を概略的に示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂに示した信号発生器及び信号プロセッサのコンポーネントをより詳細に示す図である。 図１Ａに示したセンサの第２実施形態を概略的に示す断面図である。 図１Ａに示したセンサの第３実施形態を概略的に示す断面図である。 図１Ａに示したセンサの第４実施形態の一部を構成する送信アンテナ及び受信アンテナの平面図である。 図１Ａに示したセンサの第５実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す斜視図である。 図１Ａに示したセンサの第６実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図である。 図１Ａに示したセンサの第７実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路の構成を概略的に示す平面図である。 図１Ａに示したセンサの第８実施形態の一部を構成する送信アンテナと受信アンテナ及び共振回路を概略的に示す平面図である。 図１Ａに示したセンサの第９実施形態の一部を構成する送信アンテナ及び受信アンテナを概略的に示す斜視図である。 図１Ａに示したセンサの第１０実施形態の一部を構成する信号発生器及び信号プロセッサの主要コンポーネントを概略的に示す図である。 図１Ａに示したセンサの第１１実施形態を概略的に示す斜視図である。

Claims (25)

1. 支持手段によって相互に支持された第１及び第２部材を備え、前記第１部材は、送信アンテナ及び受信アンテナを備え、前記第２部材は、前記送信アンテナに印加される励起信号に応答して磁界を発生し、それによって前記受信アンテナ内で感知信号が誘起されるように動作可能である中間結合器を備え、
   ｉ）前記送信アンテナと前記中間結合器、及びｉｉ）前記中間結合器と前記受信アンテナの少なくとも１つの間の電磁結合が変化するように、前記第１及び第２部材の少なくとも一方が、前記第１及び第２部材の他方に対して相対的に局所的に変形可能であり、局所的な変形に応答して、前記受信アンテナ内で前記局所的な変形の位置を示す信号が誘起され、
   前記送信アンテナは、第１励起巻線及び第２励起巻線を備え、前記受信アンテナは、センサ巻線を備え、
   前記第１励起巻線及び第２励起巻線は、前記第１励起巻線及び第２励起巻線と前記センサ巻線との間の電磁結合が、前記測定経路に沿ってそれぞれの異なる関数に従って変化するように、前記中間結合器を介して前記センサ巻線に電磁的に結合されていることを特徴とする感知装置。
2. 前記第１及び第２励起巻線ならびに前記センサ巻線は、前記第１関数と前記第２関数が、同じ周期で位置とともに正弦波状に変化するが、互いに位相がずれるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。
3. 前記第１関数と前記第２関数は、互いに１／４サイクル位相がずれていることを特徴とする請求項２に記載の感知装置。
4. 前記中間結合器は、共振回路を備えていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の感知装置。
5. 前記共振回路は、前記送信アンテナによって形成された前記測定経路に沿って延びる少なくとも１本の電流ループを備えていることを特徴とする請求項４に記載の感知装置。
6. 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは並んで配置され、初期状態では、前記受信アンテナに信号が誘起されないように、前記支持手段の長手中心軸に関して対称に配置され、前記中間結合器は、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナに隣接して延びていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の感知装置。
7. 前記受信アンテナは、第１の組の２つ以上のループを形成するセンサ巻線を備え、前記中間結合器は、前記受信アンテナに隣接し、かつ前記第１の組の２つ以上のループに一致する第２の組の２つ以上のループを形成する部分を有する導電巻線を備えていることを特徴とする請求項６に記載の感知装置。
8. 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方は、導電インクのトラックを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の感知装置。
9. 前記送信アンテナに励起信号を印加するように動作可能な信号発生器と、前記受信アンテナ内で誘起された前記信号を処理して前記局所的な変形の位置を求めるように動作可能な信号プロセッサとをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の感知装置。
10. 前記信号発生器は、第２周波数の周期変調信号によって変調された第１周波数の周期搬送信号を含む励起信号を発生するように動作可能であり、前記第１周波数は、前記第２周波数よりも高いことを特徴とする請求項９に記載の感知装置。
11. 前記信号プロセッサは、前記受信アンテナ内で生成された前記誘起信号を復調して、前記第２周波数の復調信号を得るように動作可能な復調器を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の感知装置。
12. 前記信号プロセッサは、前記第２周波数の前記復調信号の位相を検出するように動作可能な位相検出器をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の感知装置。
13. 前記信号発生器は、前記送信アンテナに第１周波数の励起信号を印加して、前記受信アンテナ内で前記第１周波数の信号を誘起するように動作可能であり、前記信号プロセッサは、前記第１周波数の前記誘起された信号と、前記第１周波数と異なる第２周波数の基準信号とを混合して、ビート信号を生成するように動作可能な混合器を備えていることを特徴とする請求項９に記載の感知装置。
14. 前記信号プロセッサは、前記ビート信号の位相を検出する位相検出器を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の感知装置。
15. 前記送信アンテナは、直線構成の測定経路を形成することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の感知装置。
16. 前記送信アンテナは、測定経路をジグザグに横切る測定経路を形成することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の感知装置。
17. 前記支持手段は、前記磁界発生器が、前記アンテナ内でヌル信号を誘起する磁界を発生するように動作可能である非変形状態で、前記第２部材に対して相対的に前記第１部材を支持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の感知装置。
18. 前記支持手段は、変形がない状態で、空隙が前記磁界発生器と前記アンテナを分離するように、前記第２部材に対して相対的に前記第１部材を支持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の感知装置。
19. 前記支持手段は、前記磁界発生器と前記アンテナを分離する変形可能な材料を含むことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の感知装置。
20. 前記第１及び第２部材の一方は基板を備え、前記第１及び第２部材の他方は膜を備え、
    前記支持手段は、変形がない状態で、前記基板の表面から離れたところで前記膜の少なくとも一部を支持することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の感知装置。
21. 前記膜は、変形がない状態で、前記基板の表面に平行な面内にある前記膜の一部を構成する隆起手段を含むことを特徴とする請求項２０に記載の感知装置。
22. 前記膜は、該膜が前記基板の表面に向かう方向に変形可能であるように、可撓性材料の層によって前記基板から分離されていることを特徴とする請求項２０に記載の感知装置。
23. 前記可撓性材料は、弾性変形可能であることを特徴とする請求項２２に記載の感知装置。
24. 前記第１及び第２部材の少なくとも一方は、複数の異なる位置をそれぞれの情報に関連づける指標マークを含むことを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の感知装置。
25. 請求項１乃至２４のいずれかに記載の感知装置を備えたことを特徴とするマンマシンインターフェース。

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