JP5833017B2 - 多機能接触および／または接近センサ - Google Patents

Description

本発明は、検出信号を提供するためのセンサデバイスおよび方法に関する。検出信号は、電気デバイスのデバイス状態を制御するために使用され得る。

先行技術から、定量的に測定パラメータを検出するために、例えば、携帯用デバイス上に配置され得るセンサデバイスは、公知である。例えば、ラウドスピーカの領域内において、携帯電話に赤外線センサを提供し、それによって、物体までの距離が検出され得ることが知られている。したがって、例えば、携帯電話から耳までの距離が検出され得る。次いで、距離に応じて、携帯電話の表示が、オンまたはオフに切り替えられ得る。

本観点から、少なくともプローブは、携帯電話の表面に配置されなければならないため、赤外線センサが、外側から可視であることは、不利である。したがって、携帯電話の設計の可能性が制限される。さらに、携帯電話が、実際に、耳の位置にある場合、あるいは赤外線センサまたはプローブが、例えば、手によって覆われない場合、容易に検出することができない。

したがって、本発明の目的は、少なくとも部分的に、先行技術から知られている不利点を回避するセンサデバイスを提供することである。

本目的は、本発明に従って、独立請求項による検出信号を提供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、
−容量センサ要素として構成され、送信電極および受信電極を備えている、第１の電極構造を備え、送信電極によって放出される第１の交流電場が、受信電極に結合され得る、接触および／または接近を検出するための少なくとも１つの第１のセンサ要素と、
−少なくとも１つの第２のセンサ要素と、
−少なくとも１つの第１のセンサ要素および少なくとも１つの第２のセンサ要素と結合される、評価デバイスであって、第１のセンサ要素の受信電極からタップされる第１の信号および第２のセンサ要素によって提供される少なくとも１つの第２の信号を評価し、評価に応じて、少なくとも１つの検出信号を生成するように構成されている、評価デバイスと
を備えている、センサデバイスが提供される。

このように、例えば、デバイスの接触および／またはデバイスへの近接に応じるだけではなく、また、他のセンサ値に応じて、電気デバイスの動作モードが変更され得る。有利には、特に、電子的手デバイスの人間工学が、明確に改良され得る。

第１の電極構造は、補償電極を備え、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送信機を備え、補償電極によって放出される第２の交流電場は、受信電極に結合され得る。

したがって、携帯用デバイス上の送信電極、受信電極、および補償電極の適切な配置によって、手による携帯用デバイスの包含の検出が、特に有利な方法で実現化され得る。

補償電極は、実質的に、送信電極と受信電極との間に配置され得る。

第２の交流電気信号は、第１の交流電気信号に対して位相偏移され得る。

第１のセンサ要素は、いくつかの電場感知電極を備えている第２の電極構造を備え、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、電場感知電極のうちの少なくとも１つにも結合され、
−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、互に対して、配置され、
評価デバイスは、電場感知電極のうちの少なくとも１つからタップされる第３の信号を評価するように構成されている。

電場感知電極によって、携帯用デバイスにおける容量センサ要素の観察領域は、明確に拡大され得、同時に、また、電場感知電極への接近の検出は、送信電極と電場感知電極との間の拡大容量結合に対応する、送信電極において放出された交流場が、手を介して、電場感知電極に結合される場合のみ達成されるので、電場感知電極のみへの接近が、検出につながらないことが保証される。

第１の交流電気信号の振幅は、第２の交流電気信号の振幅より大きいものであり得る。

第１の電極構造に対する物体の接近は、第１の電極構造に対する物体の接近を示す、受信電極からタップされる第１の信号のレベル変化につながり得る。

物体の第２の電極構造に対するさらなる接近は、電場感知電極からタップされる少なくとも１つの第３の信号のレベル変化につながり得、第３の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、補助電極は、ガルバニックにまたは容量的に、少なくとも１つの電場感知電極と結合され得る。

第２のセンサ要素は、位置センサ、加速度センサ、光センサ、および温度センサのうちの少なくとも１つを備え得る。

本発明はまた、
−第１の信号が、第１のセンサ要素の受信電極からタップされ、第１のセンサ要素は、容量センサ要素として構成され、送信電極および受信電極を備えている第１の電極構造を備え、送信電極によって放出される第１の交流電場は、受信電極に結合され、
−第１の信号が、評価され、
−第２のセンサ要素から提供される第２の信号が、評価され、
−評価された第１の信号および評価された第２の信号に応じて、検出信号が、生成される、
検出信号を提供する方法を提供する。

第１のセンサ要素は、いくつかの電場感知電極を備えている第２の電極構造を備え、
−送信電極によって放出される第１の交流電場は、少なくとも１つの電場感知電極に結合され、
−少なくとも１つの電場感知電極において、第３の信号が、検出され、
−第３の信号が、評価され、
検出信号は、評価された第３の信号に応じている。

第１の電極構造は、補償電極を備え、送信電極は、第１の交流電気信号を供給され、補償電極は、第２の交流電気信号を供給される。

第２の交流電気信号は、第１の交流電気信号に対して位相偏移され得る。

受信電極、送信電極、補償電極、および電場感知電極は、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るように、互に対して、配置される。

また、電気デバイスのデバイス状態を制御する方法が提供され、検出信号を提供する方法によって提供される検出信号から、デバイス状態を制御するために使用される制御情報が導出される。

制御情報は、例えば、
−デバイスの空間状況、
−デバイスの環境内の照明条件、または
−デバイスの環境内の温度またはユニットの内側の温度
を含み得る。

さらに、本発明によって、本発明によるセンサデバイスを備えている電気携帯用デバイスが提供される。

第１の電極構造の電極は、手による携帯用デバイスの包含の場合、これらが、少なくとも部分的に、手によって覆われるように、携帯用デバイス上に配置され得る。

電気携帯用デバイスは、携帯電話、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、ヘッドホン、コンピュータマウス、およびリモートコントロールのうちの少なくとも１つを含み得る。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
接触および／または接近の検出のための少なくとも１つの第１のセンサ要素（ＫＳ）であって、前記少なくとも１つの第１のセンサ要素（ＫＳ）は、容量センサ要素として構成され、送信電極（ＳＥ）および受信電極（ＥＥ）を備えている第１の電極構造を備え、前記送信電極（ＳＥ）によって放出される第１の交流電場（ＷＳ）は、前記受信電極（ＥＥ）に結合可能である、少なくとも１つの第１のセンサ要素（ＫＳ）と、
少なくとも１つの第２のセンサ要素（ＡＳ）と、
前記少なくとも１つの第１のセンサ要素（ＫＳ）および前記少なくとも１つの第２のセンサ要素（ＡＳ）と結合されている評価デバイス（Ａ）と
を備え、
評価デバイス（Ａ）は、前記第１のセンサ要素（ＫＳ）の受信電極（ＥＥ）からタップされる第１の信号（Ｓ１）および前記第２のセンサ要素（ＡＳ）によって提供される少なくとも１つの第２の信号（Ｓ２）を評価し、前記評価に応じて、少なくとも１つの検出信号（ＤＳ）を生成するように構成されている、
センサデバイス。
（項目２）
前記第１の電極構造は、補償電極（ＫＥ）を備え、前記評価デバイス（Ａ）は、信号発生器（Ｇ）を備え、前記信号発生器（Ｇ）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）を供給し、前記補償電極（ＫＥ）によって放出される第２の交流電場（ＷＫ）は、前記受信電極（ＥＥ）に結合可能である、項目１に記載のセンサデバイス。
（項目３）
前記補償電極（ＫＥ）は、実質的に、前記送信電極（ＳＥ）と前記受信電極（ＥＥ）との間に配置されている、項目２に記載のセンサデバイス。
（項目４）
前記第２の交流電気信号（ＷＳ２）は、前記第１の交流電気信号（ＷＳ１）に対して位相偏移されている、項目２または３に記載のセンサデバイス。
（項目５）
前記第１のセンサ要素（ＫＳ）は、第２の電極構造を備え、前記第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極（ＦＥ）を備え、
前記受信電極（ＥＥ）、前記送信電極（ＳＥ）、前記補償電極（ＫＥ）、および前記電場感知電極（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、前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの少なくとも１つにも結合可能であり、
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）にのみ結合可能である
ように、互に対して配置され、
前記評価デバイス（Ａ）は、前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの少なくとも１つからタップされる第３の信号（Ｓ３）を評価するように構成されている、
項目２から４のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目６）
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、項目１から５のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目７）
前記第１の電極構造に対する物体の接近は、前記受信電極（ＥＥ）からタップされる前記第１の信号（Ｓ１）のレベル変化につながり、前記第１の信号（Ｓ１）は、前記第１の電極構造に対する前記物体の接近を示す、項目１から６のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目８）
前記第２の電極構造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）からタップされる前記少なくとも１つの第３の信号（Ｓ３）のレベル変化につながり、前記第３の信号（Ｓ３）のレベル変化は、前記物体が、前記第１の電極構造および前記第２の電極構造の両方に接近していることを示す、項目７に記載のセンサデバイス。
（項目９）
少なくとも１つの補助電極（ＨＥ）が、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、ガルバニックにまたは容量的に、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、項目１から８のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目１０）
前記電場感知電極（ＦＥ）からタップされる前記第３の信号（Ｓ３）は、時分割多重方式によって評価可能である、項目５から９のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目１１）
前記第２のセンサ要素（ＡＳ）は、位置センサ、加速度センサ、光センサ、および温度センサのうちの少なくとも１つを備えている、項目１から１０のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目１２）
前記センサデバイスは、電気携帯用デバイス内に配置可能である、項目１から１１のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
（項目１３）
検出信号（ＤＳ）を提供する方法であって、
第１の信号（Ｓ１）が、第１のセンサ要素（ＫＳ）の受信電極（ＥＥ）からタップされ、前記第１のセンサ要素（ＫＳ）は、容量センサ要素として構成され、送信電極（ＳＥ）および前記受信電極（ＥＥ）を備えている第１の電極構造を備え、前記送信電極（ＳＥ）によって放出される第１の交流電場（ＷＳ）は、前記受信電極（ＥＥ）に結合され、
前記第１の信号（Ｓ１）が、評価され、
第２のセンサ要素（ＡＳ）によって提供される第２の信号（Ｓ２）が、評価され、
前記評価された第１の信号（Ｓ１）および前記評価された第２の信号（Ｓ２）に応じて、検出信号（ＤＳ）が、生成される、
方法。
（項目１４）
前記第１のセンサ要素（ＫＳ）は、第２の電極構造を備え、前記第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極（ＦＥ）を備え、
前記送信電極（ＳＥ）によって放出される第１の交流電場（ＷＳ）は、少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）に結合され、
第３の信号（Ｓ３）が、少なくとも１つの電場感知電極（ＦＥ）からタップされ、
前記第３の信号（Ｓ３）が、評価され、
前記検出信号（ＤＳ）は、前記評価された第３の信号（Ｓ３）に応じている、
項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記電場感知電極（ＦＥ）から、前記第３の信号（Ｓ３）が、時分割多重方式においてタップされる、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記第１の電極構造は、補償電極（ＫＥ）を備え、前記送信電極（ＳＥ）は、第１の交流電気信号（ＷＳ１）を供給され、前記補償電極（ＫＥ）は、第２の交流電気信号（ＷＳ２）を供給される、項目１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
（項目１７）
補助電極が、前記電場感知電極（ＦＥ）のうちの少なくとも１つに割り当てられ、前記補助電極は、ガルバニックにまたは容量的に、前記電場感知電極（ＦＥ）と結合可能である、項目１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
前記検出信号（ＤＳ）は、前記第１の電極構造に対する身体の接近を示し、電気携帯用デバイス内に配置されている前記第１の電極構造に対する身体の接近の場合、前記電気携帯用デバイスは、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えられる、項目１３から１７のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
前記第１の動作モードは、スリーピングモードであり、前記第２の動作モードは、アクティブモードである、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
項目１から１２のいずれか一項に記載のセンサデバイスを備えている電気携帯用デバイス。
（項目２１）
前記第１の電極構造の電極は、手によって前記携帯用デバイスを包含した場合に、前記電極が、前記手によって少なくとも部分的に覆われるように、前記携帯用デバイス内に配置されている、項目２０に記載の電気携帯用デバイス。
（項目２２）
前記電気携帯用デバイスは、携帯電話、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、ヘッドホン、コンピュータマウス、およびリモートコントロールのうちの少なくとも１つを備えている、項目２０または２１に記載の電気携帯用デバイス。

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、容量センサ要素の電極配置である。 図２は、図１の電極配置ならびに容量近接場の力線に及ぼす電極配置への身体接近の影響である。 図３は、加速度センサを伴う、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上の本発明によるセンサデバイスの電極の配置である。 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上の本発明によるセンサデバイスの電極の配置の実施例である。 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本の指に対するものであって、一方は、電場感知電極の表面に接触する１本の指に対するものである。 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置である。

ここで、本発明による、容量センサ要素の動作モードについて、より詳細に説明する。

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

第１の電極構造は、１つの送信電極ＳＥと、１つの補償電極ＫＥと、１つの受信電極ＥＥとを備えている。図１に示される実施形態では、補償電極ＫＥは、実質的に、送信電極ＳＥと受信電極ＥＥとの間に配置される。

第２の電極構造は、４つの電場感知電極ＦＥを備えている。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の電極構造に対して配置される。

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はそれぞれ、決定された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、以下に示される。

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。好ましくは、送信電極ＳＥに供給される交流電気信号は、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が供給される、交流電気信号の波形および周波数を示す。補償電極ＫＥが供給される交流電気信号は、送信電極ＳＥの交流電気信号に対して位相偏移されている。移相は、例えば、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、移相器によって行われ得る（図３参照）。

送信電極ＳＥまたは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、構成されている。補償電極ＫＥまたは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ている。送信電極ＳＥによって放出される交流電場ＷＳに位相偏移されている、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）の移相によって、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または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の電極構造に対する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の電極構造に対する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、受信電極ＥＥを通って流動する電流は、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の電極構造に対する十分な接近によってのみ、受信電極ＥＥを通って流動する電流は、所定の切替レベルを超え、その結果、第１の電極構造に対する接近が検出される。

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の電極構造に対する接近の代わりに、第１の電極構造の接触が検出されるように、携帯用デバイス上に配置され得る。携帯用デバイス上のそのような電極配置は、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の電極構造に対して配置される。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１の電極構造にわたって検出されるのと同時に、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥが、また、第２の電極構造の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、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ている場合、これは、十分となる。

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。観察領域内の第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、実際、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および評価され得る、電流を電場感知電極ＦＥを通して流動させる。電場感知電極ＦＥを通って流動する本電流に対して、信号レベルがまた、規定され得、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ならびに本発明による電極配置は、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、特に有利なように使用され得る。

図２は、図１に表される電極配置を示し、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、接近する手であり得る。

手Ｋが第１の電極構造に接近する場合、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を介して、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の作用範囲を撤退させるため、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、受信電極を通して流動する電流のレベルを有意に拡大させる。図２に示されるように、接近する手Ｋは、ほぼ、補償電極ＫＥに対する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ないことがあるように、選択され得る。そのような配置は、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、携帯用デバイス上の受信電極に対する送信電極の対応する配置では、携帯用デバイスの包含が、確実に検出され得る。

図２に示されるように、身体Ｋが電極に接近する場合もまた、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。身体Ｋのある接近から、所定のレベルを超える電流が、電場電極ＦＥ内に流動する。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、手の接近の指標であり得る。

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置では、手による携帯用デバイスの包含および携帯用デバイスへの物体、例えば、第２の手の接近が、確実に検出されるようにし得る。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、覆われるように、携帯用デバイス上に配置され得る。第２の電極構造の電場感知電極は、携帯用デバイスを包含する手によって覆われないように、携帯用デバイス上に配置され得る。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場合、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の電極構造はそれぞれ、評価デバイスＡと結合される。第２の電極構造の電場感知電極ＦＥは、それぞれの電場感知電極ＦＥに隣接する電気信号Ｓ３を評価デバイスＡに伝達するように、評価デバイスＡ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を評価デバイスに伝達するように、評価デバイスＡ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はそれぞれ、評価デバイスＡ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に対して位相偏移される。本目的のために、評価デバイスは、交流電気信号を生成および提供するための信号発生器Ｇが提供され得る。信号発生器Ｇによって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に交流電気信号を供給するために、信号発生器によって提供される信号は、補償電極ＫＥの移相器Δφを通して伝達され得る。

評価デバイスＡは、受信電極ＥＥからタップされる電気信号Ｓ１および電場感知電極ＦＥからタップされる少なくとも１つの電気信号Ｓ３を測定および評価するように構成されている。本評価の結果、評価デバイスＡ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Ａによって提供される検出信号ＤＳ１、ＤＳ２は、物体が、第１の電極構造の観察領域および／または第２の電極構造の観察領域内にあるかどうかについての情報を備えている。検出信号は、例えば、検出信号ＤＳ１、ＤＳ２内に備えられる情報に応じて、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伝達され得る。

検出信号ＤＳ１、ＤＳ２内に備えられる情報はまた、単一検出信号において提供され得る。

好ましくは、評価デバイスＡは、各電場感知電極ＦＥに対して別個に、電場感知電極ＦＥからタップされる電気信号Ｓ３を測定または評価するように構成されている。これは、電場感知電極ＦＥの電気信号Ｓ３によって、どの電場感知電極ＦＥに、手または指が接近しているかを決定し得るように、いくつかの電場感知電極が、例えば、異なる場所において、携帯用デバイス上に配置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置によって、電場感知電極に接近する物体の輪郭もまた、接触せずに、かつ良好な精度で決定され得る。

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からタップされる電気信号Ｓ３は、例えば、図３に示されるように、例えば、時分割多重方式において、連続的に評価され得る。

電極に加え、本発明によるセンサデバイスは、依然として、さらなるセンサを有し得る。

例えば、加速度センサ（ＡＳ）が提供され、そのセンサ信号Ｓ２は、評価デバイスＡにフィードされ得る。評価デバイスＡは、受信電極ＥＥまたは電場感知電極ＦＥからタップされる、電気信号Ｓ１および／またはＳ３、ならびに加速度センサによって提供されるセンサ信号Ｓ２に応じて、例えば、携帯用デバイスが、接触されているかどうか、次いで、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む検出信号を提供するように構成され得る。したがって、着呼後、携帯電話は、手によって包含されるだけではなく、包含後、携帯電話の位置も変更されるので、携帯電話が、手によって包含されており、耳に接近されているかどうかが検出され得る。電場感知電極の信号とともに、特に良好な検出精度が達成され得る。先行技術から公知の赤外線センサは、ここでは必要ない。

本発明による容量センサは、以下を検出するために、加速度センサおよび／または位置センサとともに提供され得る
−デバイスが、デバイスの所定のゾーンにおいて保持されている場合、かつデバイスが、垂直に配向されている場合（図５参照）、デバイスは、あるモード、例えば、カメラモードに切り替えられ得る。同時に、対応するコンテキストメニューが、ディスプレイ上に表示され得る。
−デバイスが、他のゾーンにおいて保持されている場合、かつデバイスが、水平に配向されている場合、デバイスは、例えば、プレイモードまたは電子ブックリーダ-モードに切り替えられ得る。

したがって、デバイス状態またはデバイスの動作モードは、デバイスが、接触または携帯されているかに応じて、かつデバイスがどのように配向されているかに応じて、設定されるであろう。

代替として、または加えて、本発明によるセンサデバイスはまた、光センサを備えてもよく、そのセンサ信号は、接触または接近とともに、評価され得る。したがって、例えば、以下が、実現され得る。

デバイスへの接近は、デバイスをスリーピングモードからアクティブモードに変化させる。同時に、例えば、ディスプレイの照明が、オンに切り替えられ得る。明るく照らされた環境では、照明は、暗環境よりも明るくなるように設定され得る。しかしながら、照明はまた、デバイスが、実際に包含されている場合にも、オンに切り替えられ得る。本目的のために、ユーザによるデバイス上への手動入力は、必要ない。

代替として、または加えて、本発明によるセンサデバイスはまた、温度センサが提供されてもよく、そのセンサ信号は、接触または接近とともに、評価され得る。したがって、例えば、以下のように実現され得る。

デバイスへの接近は、デバイスをスリーピングモードからアクティブモードに変化させる。同時に、ＬＣＤディスプレイのディスプレイ照明が、オンに切り替えられ得る（ＬＣＤディスプレイのバックライトは、同様に、光センサの評価された信号に応じ得る）。温度が、所定の限界値を超える場合、感温式ＬＣＤディスプレイのコントラストが、再調節される。

前述のセンサ信号に加え、例えば、また、容量センサとともに、タイマの信号が、評価され得る。したがって、例えば、以下が、実現され得る。

デバイスへの接近および／またはデバイスの接触／包含は、そのデバイスをスリーピングモードからアクティブモードに変化させる。タイミングパルスに応じて、音響信号が、デバイス上で放出され得る。例えば、午前１０時前は、「Ｇｕｔｅｎ Ｍｏｒｇｅｎ」、正午１２時から午後６時の間は、「Ｇｕｔｅｎ Ｔａｇ」、および午後６時以降は、「Ｇｕｔｅｎ Ａｂｅｎｄ」が発せられ得る。

本発明によるセンサデバイスは、明らかに、本明細書に示されるセンサに限定されない。センサデバイスはまた、例えば、トルクセンサ、湿度センサ等、他のセンサ要素を含み得る。種々のセンサは、センサデバイスにおいて、個々に、または組み合わせられて、提供され得る。

図４は、一例として、電気携帯用デバイス、例えば、携帯電話上の本発明によるセンサデバイスの電極の配置を示す。携帯用デバイスの下側領域において、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、配置される。電気携帯用デバイスが、現時点において、手によって、下側領域において包含されている場合、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、覆われる。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を生じさせる。機能については、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領域には、第２の電極構造の電場感知電極ＦＥが、配置される。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、有意に影響を受けないように、または有意に増進されないように、配置される。

第２の手が、現時点において、電場感知電極ＦＥに接近する場合、同様に、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、有意に増進される。

携帯用デバイスの下側領域は、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領域は、「近位ゾーン」と称される。図４に示される電極配置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から構成されている。

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、ユーザの身体を介して、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、一定して増加する。

次いで、評価デバイスＡ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設定され、携帯電話ディスプレイの照明が、自動的に、携帯電話が耳の位置に保持されるとすぐにオフにされるように、使用され得る。

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置される。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、携帯電話の位置も同様に評価される。携帯電話が、手によって、下側領域および上側領域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、加速度センサによって、決定され得る。

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置の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領域に配置される。携帯用デバイスの上側領域の両側において、各側に、１つの電場感知電極ＦＥが、配置される。

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相互にリンクされ得る。ユーザが、現時点において、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。

用途実施例と組み合わせて、図５に関して説明されたように、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、レリーズとして使用され得る。本目的のための電場感知電極ＦＥの好適な配置は、図６ｂに関連して示される。

電場感知電極ＦＥの図６ｂに示される配置の場合、電場感知電極ＦＥの電気信号Ｓ２はまた、検出精度をさらに改善するために、例えば、携帯電話で電話に出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たびに、少なくとも２つの電場感知電極ＦＥによって、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、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ている、または使用中である時のみ、アクティブモードにあるため、携帯電話のエネルギー消費は、明らかに、削減され得る。

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置され得る。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置され得る。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のための領域への接近を規定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。送信電極および電場感知電極の必要容量結合のため、同時に、手によっても包含されずに、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）は、本発明によるセンサデバイスを装備され得る。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、カメラループの領域内に、第１の電極構造が、配置され得る。このように、手が、ループ内にある場合、検出され得る。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が、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、有意に短縮され得る。さらに、カメラシステムは、手がループから除去されると、次いで、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構成され得る。

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、ビデオカメラ上の異なる作用が生成され得る、１つまたはいくつかの電場感知電極ＦＥが、ビデオカメラ上に配置され得る。好ましくは、手が、ビデオカメラのループ内にある時のみ生成され得る、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に接近する場合と、シェルへの接触による、電場感知電極ＦＥの電気信号の信号曲線を示す。本観点における電場感知電極ＦＥは、ケーシングＧの外側に配置されず、ケーシングＧの内側に配置される。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、シェルの設計に影響を及ぼさない。

指が、電場感知電極ＦＥが配置される領域内の筐体に接近する場合、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、一定に増加する。指Ｋが、筐体表面Ｇに接触する場合、指の結合表面は、急速に拡大され、送信電極ＳＥと対応する電場電極鉄間の容量結合が、同様に急成長する。本容量結合の急速成長は、ひいては、電場感知電極ＦＥにおいて測定された電流をも同様に急成長させる。電場感知電極ＦＥにおいて測定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への接触と区別するために、使用され得る。

筐体Ｇの内側に配置された電場感知電極ＦＥに、依然として、接近する指に対する良好な容量結合をもたらすために、補助電極ＨＥが、シェル外側表面上またはシェル外側表面直下に配置され得る。そのような配置は、図８に示される。

補助電極ＨＥは、ここでは、シェル内側に配置された電場感知電極ＦＥに関連付けられる。これは、補助電極ＨＥと電場感知電極ＦＥとの間のガルバニ接続によって、行われ得る。ガルバニ接続は、補助電極ＨＥが、電場感知電極ＦＥに直接対向して配置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、開口部がシェルＧ上に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において測定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筐体が存在しないため、補助電極ＨＥと指Ｋの接触は、電場感知電極ＦＥで測定された信号の信号レベルにより強力な影響を及ぼす。したがって、指の結合表面の急速増加は、依然として、電場感知電極ＦＥで測定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区別は、依然として、より精密に行われ得る。

接近と接触との間の区別は、例えば、電場感知電極への接近の場合、カメラの焦点化（図５参照）、電場感知電極における接触の場合、写真撮影をもたらすために、提供され得る。

図９では、携帯用デバイス上の第１の電極構造の電極の配置は、象徴的に示される。送信電極ＳＥは、携帯用デバイスの左側に配置される。補償電極ＫＥおよび受信電極ＥＥは、携帯用デバイスの右側に配置され、受信電極ＥＥは、補償電極ＫＥの上に配置される。

このように、携帯用デバイスの包含を特に有利なように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、携帯用デバイス上に、いくつかの第１の電極構造が、携帯用デバイス上に配置されると、携帯用デバイスの包含が、携帯用デバイスの異なる領域で検出され得るように、いくつかの第１の電極構造を含み得る。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保持される場合、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、リモートコントロール、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、デバイス上の接触の検出と同時に、デバイスへの接近を検出することが必要である、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の電極構造における電気信号が、第２の電極構造で測定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 (20)

1. 電気携帯用デバイス内の配置のためのセンサデバイスであって、前記センサデバイスは、
   接近の検出のための少なくとも１つの第１のセンサ要素であって、前記少なくとも１つの第１のセンサ要素は、容量センサ要素として構成され、第１の電極構造および第２の電極構造を備えており、前記第１の電極構造は、前記携帯用デバイスの筐体の第１の側壁に配置された送信電極、および前記第１の側壁の反対の、前記筐体の第２の側壁に配置された受信電極を備えており、前記送信電極によって放出される第１の交流電場は、前記受信電極に結合可能であり、前記第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極を備えており、前記送信電極によって放出される第１の交流電場は、前記電場感知電極のうちの少なくとも１つにも結合可能である、少なくとも１つの第１のセンサ要素と、
   少なくとも１つの第２のセンサ要素と、
   前記少なくとも１つの第１のセンサ要素および前記少なくとも１つの第２のセンサ要素と結合されている評価デバイスと
   を備え、
   前記評価デバイスは、前記第１のセンサ要素の受信電極からタップされる第１の信号、前記第２のセンサ要素によって提供される少なくとも１つの第２の信号および前記電場感知電極のうちの少なくとも１つからタップされる第３の信号を評価し、前記評価に応じて、少なくとも１つの検出信号を生成するように構成されている、
   センサデバイス。
2. 前記第１の電極構造は、補償電極を備え、前記評価デバイスは、信号発生器を備え、前記信号発生器は、前記送信電極に第１の交流電気信号を供給し、前記補償電極に第２の交流電気信号を供給し、前記補償電極によって放出される第２の交流電場は、前記受信電極に結合可能である、請求項１に記載のセンサデバイス。
3. 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置されている、請求項２に記載のセンサデバイス。
4. 前記第２の交流電気信号は、前記第１の交流電気信号に対して位相偏移されている、請求項２または３に記載のセンサデバイス。
5. 前記受信電極、前記送信電極、前記補償電極、および前記電場感知電極は、
   前記補償電極と前記電場感知電極との間の容量結合が、前記補償電極と前記受信電極との間の容量結合に対して十分に小さい
   ように、互に対して配置されている、
   請求項２から４のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
6. 前記第１の交流電気信号の振幅は、前記第２の交流電気信号の振幅より大きい、請求項２から５のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
7. 前記受信電極からタップされる前記第１の信号のレベル変化は、前記第１の電極構造に対する物体の接近を示す、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
8. 前記電場感知電極からタップされる前記少なくとも１つの第３の信号のレベル変化は、物体が前記第１の電極構造および前記第２の電極構造の両方に接近していることを示す、請求項５に記載のセンサデバイス。
9. 少なくとも１つの補助電極が、前記電場感知電極のうちの１つに割り当てられ、前記補助電極は、ガルバニックにまたは容量的に、前記少なくとも１つの電場感知電極と結合可能である、請求項５または８のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
10. 前記電場感知電極からタップされる前記第３の信号は、時分割多重方式によって評価可能である、請求項５、８または９のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
11. 前記第２のセンサ要素は、位置センサ、加速度センサ、光センサ、および温度センサのうちの少なくとも１つを備えている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
12. 前記センサデバイスは、電気携帯用デバイス内に配置可能である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサデバイス。
13. 検出信号を提供する方法であって、前記方法は、
    第１のセンサ要素の受信電極から第１の信号をフィードすることであって、前記第１のセンサ要素は、容量センサ要素として構成され、携帯用デバイスの筐体の第１の側壁に配置された送信電極、および前記第１の側壁の反対の、前記筐体の第２の側壁に配置された前記受信電極を備えている第１の電極構造を備え、前記送信電極によって放出される第１の交流電場は、前記受信電極に結合されており、前記第１のセンサ要素は、第２の電極構造を備え、前記第２の電極構造は、いくつかの電場感知電極を備え、前記送信電極によって放出される第１の交流電場は、少なくとも１つの電場感知電極に結合されている、ことと、
    前記第１の信号を評価することと、
    第２のセンサ要素によって提供される第２の信号を評価することと、
    前記評価された第１の信号および前記評価された第２の信号に応じて、検出信号を生成することと
    を含み、
    第３の信号が、少なくとも１つの電場感知電極からタップされ、
    前記第３の信号が、評価され、
    前記検出信号は、前記評価された第３の信号に応じている、方法。
14. 前記電場感知電極から、前記第３の信号が、時分割多重方式においてタップされる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の電極構造は、補償電極を備え、前記送信電極は、第１の交流電気信号を供給され、前記補償電極は、第２の交流電気信号を供給される、請求項１３から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 補助電極が、前記電場感知電極のうちの少なくとも１つに割り当てられ、前記補助電極は、ガルバニックにまたは容量的に、前記電場感知電極と結合可能である、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記検出信号は、前記第１の電極構造に対する身体の接近を示し、電気携帯用デバイス内に配置されている前記第１の電極構造に対する身体の接近の場合、前記電気携帯用デバイスは、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えられる、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記第１の動作モードは、スリーピングモードであり、前記第２の動作モードは、アクティブモードである、請求項１７に記載の方法。
19. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサデバイスを備えている電気携帯用デバイスであって、前記第１の電極構造の電極は、手によって前記携帯用デバイスを包含した場合に、前記電極が、前記手によって少なくとも部分的に覆われるように、前記携帯用デバイスの右および左の側壁上の底部領域に配置されている、電気携帯用デバイス。
20. 前記電気携帯用デバイスは、携帯電話、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、ヘッドホン、コンピュータマウス、およびリモートコントロールのうちの少なくとも１つを備えている、請求項１９に記載の電気携帯用デバイス。

Images