JP6014131B2 - 容量センサデバイスおよび容量センサデバイスを較正する方法 - Google Patents

Description

本発明は、本発明による、接近および／または接触検出のための容量センサデバイスと、容量センサデバイスを較正する方法に関する。加えて、本発明は、本発明による方法を使用して較正され得る、本発明による容量センサデバイスを備えている、携帯用デバイス、特に、電気携帯用デバイスに関する。

接近および／または接触がそれによって検出され得る容量センサデバイスでは、容量センサデバイスは、１回または所定の時間間隔において、較正される必要があることが要求され得る。例えば、容量センサデバイスの較正は、変化する周囲条件においても、検出の高正確度を保証するために要求され得る。

容量センサデバイスの較正における問題として、センサデバイスが、任意の時点の度に、例えば、物体が、容量センサデバイスに近接、すなわち、容量センサデバイスの測定電極に近接している任意の時点ごとに、較正されない場合があるということが挙げられる。センサデバイスに近接して配置される物体は、センサシステムの較正に悪影響を及ぼし得、センサデバイスは、最終的に、誤って較正される。したがって、較正手順に影響を及ぼす物体が、容量センサデバイスに近接して配置されていない時点において、センサデバイスを較正することが望ましい。

加えて、例えば、電気携帯用デバイス内に提供される容量センサデバイスが、携帯用デバイスの電源投入直後に使用され得るように、それぞれ、容量センサデバイスの起動直後および電源投入直後に、容量センサデバイスを較正することが望ましい。先行技術によると、容量センサデバイスは、電気携帯用デバイスの電源が投入された直後または容量センサデバイスの起動直後、所定の期間である約１秒以内に較正される。順序正しい較正を行うことを可能にするために、ユーザは、この期間の間、携帯用デバイスを取り扱うことを許可されない。なぜなら、これは、ひいては、較正に悪影響を及ぼし得るからである。携帯用デバイスのユーザは、例えば、ディスプレイデバイスを介して、容量センサデバイスが較正段階にあることを通知され得る。しかしながら、そうすることによって、ユーザが、依然として、較正段階の間、携帯用デバイスを操作しないことが保証されるわけではない。加えて、そのような較正方法は、人間工学的理由のためのみでも、容認不可能である。

容量センサデバイスを較正するための先行技術において公知のさらなる可能性は、容量センサデバイスの生データが変化していない場合、または、例えば、ユーザが、電気携帯用デバイスを置いたため、所定の期間の間、非常にわずかしか変化していない場合に、較正を行うことである。しかしながら、センサデバイスの生データが、変化していないこと、または所定の期間の間、わずかしか変化ししていないことが保証されないため、センサシステムの較正が行われることが全く保証されることができないことは、この方法の不利点である。加えて、較正が行われる時点まで是が非でも、容量センサデバイスの生データが較正されない様式で処理されることは、不利であり、これは、接近および／または接触の誤った検出をもたらし得る。

先行技術から公知のさらなる解決策では、電気携帯用デバイスのユーザが、較正作用を起動させる。例えば、これは、そのために専用に提供されたボタンを作動させることによって行われ得る。代替として、較正作用はまた、所定のジェスチャを行うことによっても起動され得、センサデバイスの最初に較正されていない生データからも認識され得るそのようなジェスチャが提供されるべきである。そのようなジェスチャは、例えば、スワイプジェスチャ、またはその前に電気携帯用デバイスに置かれた指の高速除去であり得る。この方法は、不利点を有する。なぜなら、較正が、ユーザによって始動されるので、ユーザが、較正を始動するのを忘れ得るか、または較正を行う必要があることを把握しておらず、センサデバイスが、より長い期間の間、較正されないからである。さらなる不利点は、センサシステムの起動のために提供されるジェスチャを行うことが、意図されない較正をもたらし得ること、例えば、指または手が、較正に悪影響を及ぼさないことが保証されないことである。

本発明の目標は、容量センサデバイス、特に、電気携帯用デバイス内に提供される容量センサデバイスの較正を可能にする解決策を提供することであり、有利な較正時間の決定が、先行技術から公知の不利点を備えておらず、物体が容量センサデバイスに近接する場合、および測定電極に近接する場合、センサデバイスがまた、較正され得る。

本発明によると、本目標は、独立請求項に記載の接近および／または接触検出のための容量センサデバイスと、容量センサデバイスおよび携帯用デバイスを較正する方法とによって達成される。本発明の有利な実施形態および進歩は、それぞれの従属請求項において与えられる。

それによると、接近および／または接触検出のための容量センサデバイスが提供され、容量センサデバイスは、少なくとも１つのジェネレータ電極と、少なくとも１つの測定電極と、少なくとも１つの較正電極とを備え、少なくとも１つの較正電極は、少なくとも１つの測定電極に隣接して所定の距離内に配置され、少なくとも１つの測定電極および少なくとも１つの較正電極は、ジェネレータ電極に割り当てられ、少なくとも１つのジェネレータ電極は、ジェネレータ電圧を負荷され得、少なくとも１つの較正電極は、較正電圧を負荷され得、少なくとも１つの較正電極は、少なくとも、第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作され得、
動作モードの各々において、較正電圧は、接地電圧とジェネレータ電圧との間にあり、
較正電圧は、各動作モードにおいて異なる。

容量センサデバイスは評価デバイスをさらに備え得、評価デバイスは、少なくとも、測定電極および較正電極と結合され得、評価デバイスは、
第１の動作モードにおいて、較正電極に第１の較正電圧を負荷して、センサデバイスの測定電極と接地との間の第１の静電容量を検出することと、
第２の動作モードにおいて、較正電極に第２の較正電圧を負荷して、センサデバイスの測定電極と接地との間の第２の静電容量を検出することと
を行うように設計されている。

好ましくは、較正電極の形状は、実質的に、測定電極の形状に適合される。

測定電極および較正電極は、印刷回路基板上に配置され得る。印刷回路基板は、好ましくは、測定電極と較正電極との間の領域内にカットアウトを備えている。

１つの較正電極が、いくつかの測定電極に割り当てられ得る。

ジェネレータ電極は、印刷回路基板の下側に配置され得、少なくとも１つの測定電極および少なくとも１つの較正電極は、印刷回路基板の上側に配置され得る。

本発明によって、容量センサデバイスを較正する方法がさらに提供され、センサデバイスは、少なくとも１つのジェネレータ電極と、少なくとも１つの測定電極と、少なくとも１つの較正電極とを備え、少なくとも１つの測定電極および少なくとも１つの較正電極は、互に隣接して所定の距離内に配置され、少なくとも１つのジェネレータ電極に割り当てられ、
少なくとも１つのジェネレータ電極は、ジェネレータ電圧を負荷され、
較正電極は、第１の動作モードにおいて、第１の較正電圧を負荷され、第１のセンサ信号が、測定電極でタップされ、
較正電極は、第２の動作モードにおいて、第２の較正電圧を負荷され、第２のセンサ信号が、測定電極でタップされ、
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間の差異が、決定され、
その絶対値における差異が所定の閾値より大きい場合、容量センサデバイスの較正が行われる。

好ましくは、第１の較正電圧は、第２の較正電圧と異なるように選定される。加えて、較正電圧の両方は、好ましくは、それらが、各々、測定電圧とジェネレータ電圧との間にあるように選定される。

較正電極の形状が、実質的に、測定電極の形状に適合される場合、有利であることが証明されている。

測定電極および較正電極は、印刷回路基板上に配置され得、印刷回路基板は、測定電極と較正電極との間の領域内にカットアウトを備えている。

その絶対値における差異が所定の閾値より小さい場合、容量センサデバイスの予備較正が行われ得、第１および第２のセンサ信号から、測定電極からの物体の距離が、それぞれ、導出および推定され、容量センサデバイスのセンサデータは、推定された距離を用いて較正される。

第１のセンサ信号および第２のセンサ信号の各々は、センサ生データを備え得る。

加えて、携帯用デバイス、特に、本発明による容量センサデバイスを備えている電子携帯用デバイスが提供され、容量センサデバイスは、特に、本発明による方法に従って、較正され得る。

いくつかの測定電極を備えている容量センサデバイスが、携帯用デバイスに提供され得、少なくとも、測定電極のいくつかに対して、各専用較正電極が、割り当てられるか、または全測定電極に対して、各単一較正電極が、割り当てられる。測定電極は全て、単一較正ステップにおいて較正され得る。代替として、測定電極の各々に対して、全測定電極が、互に独立して、較正され得るように、専用較正ステップまたは較正段階が、行われ得る。

電気携帯用デバイスは、例えば、スマートフォン、モバイル無線ユニット、コンピュータマウス、遠隔制御、キーボード、デジタルカメラ、モバイルミニコンピュータ、タブレットＰＣ、または別の電気携帯用デバイスであり得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
接近および／または接触検出のための容量センサデバイスであって、
少なくとも１つのジェネレータ電極と、
少なくとも１つの測定電極（Ｍ）と、
少なくとも１つの較正電極（Ｋ）と
を備え、
前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）に隣接して所定の距離内に配置され、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記ジェネレータ電極に割り当てられ、前記少なくとも１つのジェネレータ電極は、ジェネレータ電圧（Ｕ _ＧＥＮ ）を負荷され、前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ ）を負荷されることが可能であり、前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、少なくとも、第１の動作モード（Ｂ１）および第２の動作モード（Ｂ２）で動作させられることが可能であり、
前記動作モード（Ｂ１、Ｂ２）の各々において、前記較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ ）は、接地電圧（Ｕ _ＧＮＤ ）と前記ジェネレータ電圧（Ｕ _ＧＥＮ ）との間にあり、
前記較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ ）は、各動作モード（Ｂ１、Ｂ２）において異なる、
センサデバイス。
（項目２）
少なくとも、前記測定電極（Ｍ）および前記較正電極（Ｋ）と結合されることが可能な評価デバイスを備え、前記評価デバイスは、
前記第１の動作モード（Ｂ１）において、前記較正電極（Ｋ）に第１の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ ）を負荷して、前記センサデバイスの前記測定電極（Ｍ）と前記接地との間の第１の静電容量を検出することと、
前記第２の動作モード（Ｂ２）において、前記較正電極（Ｋ）に第２の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ２ ）を負荷して、前記センサデバイスの前記測定電極（Ｍ）と前記接地との間の第２の静電容量を検出することと
を行うように設計されている、項目１に記載の容量センサデバイス。
（項目３）
前記較正電極（Ｋ）の形状は、実質的に、前記測定電極（Ｍ）の形状に適合されている、項目１または２に記載の容量センサデバイス。
（項目４）
前記測定電極（Ｍ）および前記較正電極（Ｋ）は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置され、前記印刷回路基板（ＰＣＢ）は、前記測定電極（Ｍ）と前記較正電極（Ｋ）との間の領域内にカットアウト（ＣＯ）を備えている、項目１から３のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
（項目５）
１つの較正電極（Ｋ）が、いくつかの測定電極（Ｍ）に割り当てられている、項目１から４のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
（項目６）
前記ジェネレータ電極は、前記印刷回路基板の下側に配置され、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記印刷回路基板の上側に配置されている、項目１から５のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
（項目７）
容量センサデバイスを較正する方法であって、
前記センサデバイスは、
少なくとも１つのジェネレータ電極と、
少なくとも１つの測定電極（Ｍ）と、
少なくとも１つの較正電極（Ｋ）と
を備え、
前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、互に隣接して所定の距離内に配置され、前記少なくとも１つのジェネレータ電極に割り当てられ、
前記少なくとも１つのジェネレータ電極は、ジェネレータ電圧（Ｕ _ＧＥＮ ）を負荷され、
前記較正電極（Ｋ）は、第１の動作モード（Ｂ１）において、第１の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ ）を負荷され、第１のセンサ信号が、前記測定電極（Ｍ）でタップされ、
前記較正電極（Ｋ）は、第２の動作モード（Ｂ２）において、第２の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ２ ）を負荷され、第２のセンサ信号が、前記測定電極（Ｍ）でタップされ、
前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との間の差異（Ｄ）が、決定され、
その絶対値における前記差異（Ｄ）が所定の閾値（Ｘ）より大きい場合、前記容量センサデバイスの較正が行われる、方法。
（項目８）
前記第１の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ ）は、前記第２の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ２ ）と異なるように選定され、前記較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ 、Ｕ _ＫＡＬ２ ）の両方は、それらが、各々、接地電圧（Ｕ _ＧＮＤ ）と前記ジェネレータ電圧（Ｕ _ＧＥＮ ）との間にあるように選定される、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記較正電極（Ｋ）の形状は、実質的に、前記測定電極（Ｍ）の形状に適合されている、項目７または８に記載の方法。
（項目１０）
前記測定電極（Ｍ）および前記較正電極（Ｋ）は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置され、前記印刷回路基板（ＰＣＢ）は、前記測定電極（Ｍ）と前記較正電極（Ｋ）との間の領域内にカットアウト（ＣＯ）を備えている、項目７から９のうちのいずれかに記載の方法。
（項目１１）
その絶対値における前記差異（Ｄ）が前記所定の閾値（Ｘ）より小さい場合、前記容量センサデバイスの予備較正が行われ、前記測定電極（Ｍ）からの物体の距離（Ａ）が、前記第１および第２のセンサ信号から導出および推定され、前記容量センサデバイスのセンサデータが、前記推定された距離を用いて較正される、項目７から１０のうちのいずれかに記載の方法。
（項目１２）
前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号の各々は、センサ生データを備えている、項目７から１１のうちのいずれかに記載の方法。
（項目１３）
特に、項目１から６のうちの１つに記載の容量センサデバイスを備えている携帯用デバイスであって、前記容量センサデバイスは、特に、項目７から１２のうちの１つに従って較正されることが可能である、携帯用デバイス。

本発明のさらなる詳細および特性ならびに本発明の具体的な例示的実施形態は、図面とともに、以下の説明からもたらされる。
図１ａ−１ｅは、本発明による、容量センサデバイスの電極構成の異なる実施形態を示し、電極構成の各々は、少なくとも１つの測定電極および少なくとも１つの較正電極を備えている。 図２は、容量センサデバイスおよび較正電極の第１の動作モードの間ならびに第２の動作モードの間の経時的容量センサデバイスの生信号を示す。 図３は、測定電極からの物体の距離に依存する、図２に示される生信号の差異を示す。 図４ａ、４ｂは、それぞれ、印刷回路基板上の測定および較正電極の配置の例示的実施形態ならびに印刷回路基板の好ましい実施形態を示す。

図１ａから図１ｅの各々は、本発明による、センサデバイスの電極構成を示す。

図１ａは、本発明による、センサデバイスの電極構成を示し、測定電極Ｍおよび較正電極Ｋを備えている。較正電極Ｋは、測定電極Ｍから所定の距離内に配置され、それに隣接する。較正電極Ｋが、測定電極Ｍに可能な限り近接して配置されると有利である。しかしながら、較正電極Ｋと測定電極Ｍとの間の距離は、少なくとも、較正電極Ｋが、測定電極Ｍにあまり強力に影響を及ぼさないように、十分に大きくあるべきである。

較正電極Ｋおよび測定電極Ｍは、ここには示されない評価デバイスと結合され得る。評価デバイスは、較正電極Ｋが、少なくとも２つの動作モードで動作され得るように設計される。以下の説明は、較正電極Ｋが、第１の動作モードＢ１および第２の動作モードＢ２で動作される場合に限定される。しかしながら、較正電極Ｋはまた、さらなる動作モードで動作され得る。以下の説明は、また、さらなる動作モードにも適用される。

評価デバイスは、ここに示されないジェネレータ電極に、ジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮを負荷し、較正電極Ｋに、較正電圧Ｕ_ＫＡＬを負荷するように設計される。

本発明のある実施形態では、印刷回路基板の下側に、１つ以上のジェネレータ電極が、配置され得、印刷回路基板の上側に、測定電極および較正電極が、配置され得る。ジェネレータ電極は、ジェネレータ信号を負荷される。例えば、ジェネレータ信号は、約１００ｋＨｚの低域通過フィルタ方形波信号であり得る。また、異なって設計されるジェネレータ信号（特に、異なる周波数を備えている）も実行可能である。本発明の有利な実施形態では、大表面積を有するように設計されるジェネレータ電極が提供される。ジェネレータ信号を負荷されるジェネレータ電極の目的は、ジェネレータ電極の周囲に交流電場を確立することである。

測定電極および複数の測定電極は、それぞれ、評価デバイスに高抵抗で接続される。そうすることによって、測定電極は、事実上、交流電場に不可視であるが、しかしながら、依然として、交流電場の振幅を測定可能である。測定電極で測定された振幅は、測定電極からの伝導性物体の距離に実質的に依存し、物体からの距離は、測定電極で測定された振幅から導出され得る。

本発明によると、較正電極Ｋは、第１の動作モードＢ１では、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１を負荷され、第２の動作モードＢ２では、第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２を負荷される。

較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１、Ｕ_ＫＡＬ２は、一方では、２つの動作モードの各々において、容量センサデバイスの接地電圧Ｕ_ＧＮＤと容量センサデバイスのジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮとの間にあるように選定される。他方では、較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１は、第１の動作モードＢ１において、第２の動作モードＢ２における較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２と異なる。例えば、第１の動作モードでは、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１は、０Ｖ（Ｕ_ＧＮＤ）であり得、第２の動作モードでは、第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２は、ジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮであり得る。本発明によると、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１はまた、容量センサデバイスの接地電圧Ｕ_ＧＮＤと異なり、かつそれより大きいものであり得る。

第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２もまた、ジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮと異なり、かつそれよりも小さいものであり得る。本発明によると、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１および第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２は、以下の条件が満たされるように選定される。
Ｕ_ＫＡＬ１＝Ａ＊Ｕ_ＧＥＮ；Ｕ_ＫＡＬ２＝Ｂ＊Ｕ_ＧＥＮであり、０≦Ａ、Ｂ≦１、およびＡ≠Ｂ。
３つ以上の動作モードでは、それぞれの較正電圧は、以下の条件が満たされるように選定されるべきである。
全てのｎ∈｛動作モード｝に対して、Ｕ_ＫＡＬ１≠Ｕ_ＫＡＬ２≠．．．≠Ｕ_ＫＡＬｎ。

本発明によるジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮの代わりに、類似形態を備えている別の電圧が、使用され得る。

加えて、また、例えば、第１の動作モードでは、較正電極Ｋは、電位に接続されないこと（浮遊導体）も実行可能である。

容量センサデバイスが、２つ以上の測定電極Ｍを備えている場合、全測定電極に対して、またはいくつかの測定電極のみに対して、各々に各較正電極Ｋが割り当てられ、それぞれ、測定電極からの所定の距離内に隣接して配置され得る。そうすることによって、較正電極の各々は、同一の信号を負荷され得、すなわち、較正電極は、較正電圧Ｕ_ＫＡＬ、Ｕ_ＫＡＬ１、Ｕ_ＫＡＬ２、．．．Ｕ_ＫＡＬｎを提供する共有信号ジェネレータに結合され得る。加えて、例えば、図１ｅを参照して示されるように、いくつかの測定電極に、互に接続されたいくつかの電極セグメントから成る単一較正電極Ｋを提供することも実行可能である。

既に説明されたように、交流電場は、ジェネレータ電極および較正電極Ｋの各々において、放出される。測定電極Ｍおよび較正電極Ｋと結合された評価デバイスによって、容量センサデバイスの接地への測定電極Ｍの静電容量が、検出および測定される。較正電極Ｋにおいて放出される交流電場は、ジェネレータ電極において放出される交流電場の電場分布を修正し、ジェネレータ電極において放出される交流電場への較正電極Ｋにおいて放出される交流電場の電場分布の影響は、較正電極Ｋが動作させられる動作モードに依存する。

ジェネレータ電極において放出される交流電場の電場分布の修正は、測定電極Ｍの静電容量の変動がセンサの接地に対して効果的に測定されるようにする。容量センサデバイスに近接して、および、容量センサデバイスの測定電極および較正電極に近接して、物体が位置付けられていない場合、容量センサデバイスは、第１の動作モードから第２の動作モードへの遷移の間に予期される静電容量変動によって、または第１の動作モードおよび第２の動作モードにおいて予期される静電容量によって、較正され得る。

その絶対値における、第１の動作モードと第２の動作モードとの間の静電容量の差異が、所定の閾値を超える場合、物体が容量センサデバイスの電極に近接していないという仮定に基づいて行動され得る。この場合、本発明による、センサデバイスの較正が、行われ得る。

また、物体が、容量センサデバイスの電極に近接している場合、容量センサデバイスの較正、例えば、予備または仮較正が、以下により詳細に説明されるように、行われ得る。

それとともに、センサデバイスの較正に有利なある時点が利用可能であるかどうかが、ここで決定され得、その時点が較正に不利である場合、センサデバイスの予備較正が行われるか、または較正が全く行われないかのいずれかである。しかしながら、本発明による容量センサデバイスを備えている携帯用デバイスの電源投入の間に、予備または仮較正、あるいは物体がセンサ電極に近接していないときに行われる較正のいずれかによって、各場合にセンサデバイスを較正することが有利である。

容量センサデバイスの最適動作のために、すなわち、較正の時点を確実に決定するために、一方では、較正電極Ｋを測定電極Ｍに近接して配置し、他方では、較正電極の形状を実質的に測定電極Ｍの形状に適合させることが有利である。しかしながら、較正電極Ｋと測定電極Ｍとの間の距離は、少なくとも、較正電極Ｋが測定電極Ｍにあまり強力に影響を及ぼさないように、十分に大きくあるべきである。例えば、小型のコンパクトな測定電極に対して、小型のコンパクトな較正電極が、提供され、測定電極に近接して配置され得る。加えて、例えば、細長い測定電極に対して、細長い較正電極が、提供され得る。

測定電極Ｍの形状への較正電極Ｋの形状の適合は、したがって、当然、容量センサデバイスの較正が行われ得るかどうかが、本発明による方法を用いて決定される場合、ジェネレータ電極において放出される交流電場の電場分布に対する較正電極Ｋにおいて放出される交流電場の影響が、最大化されるという利点を有する。

図１ａに示される電極の例示的実施形態では、測定電極Ｍならびに較正電極Ｋは、円形に形成され、実質的に、同じ電極表面を有する。

図１ｂは、円形測定電極Ｍと、リングセグメントとして形成される２つの較正電極Ｋ１およびＫ２とを示す。電極は、測定電極Ｍが、リングセグメントとして形成される２つの較正電極Ｋ１とＫ２との間に配置されるように、互に対して配置される。較正電極Ｋ１、Ｋ２の各々は、同一の信号で動作され得、すなわち、第１の動作モードでは、較正電極は両方とも、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１を負荷され、第２の動作モードでは、第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２を負荷される。

較正電極の同じ実施形態および較正電極の対称配置により、第１の動作モードで、例えば、較正電極Ｋ１のみ、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１を負荷され得、第２の動作モードで、較正電極Ｋ２のみ、第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２を負荷され得る。しかしながら、より優れた機能を保証するために、両方の動作モードにおいて、各場合に、較正電極の両方に、それぞれの較正電圧を負荷することが有利である。

図１ｃは、本発明による、容量センサデバイスの電極配置のさらなる実施例を示す。測定電極Ｍおよび較正電極Ｋ１の各々は、ここでは、細長に形成され、較正電極は、測定電極Ｍより狭い幅である。しかしながら、較正電極Ｋはまた、測定電極Ｍと幅が等しくてもよく、または測定電極Ｍより広くてもよい。

図１ｄは、本発明による、容量センサデバイスの電極構成のさらなる実施例を示す。ここでは、測定電極は、実質的に、円形に形成される。較正電極Ｋは、実質的に、長方形に形成され、２つの電極の表面積は、好ましくは、同じである。

図１ｅは、本発明による、容量センサデバイスの電極構成のさらなる実施例を示す。本実施例では、電極構成は、４つの測定電極Ｍ１〜Ｍ４と、１つの較正電極Ｋとを備えている。ここでは、較正電極Ｋは、少なくとも部分的に、４つの測定電極Ｍ１〜Ｍ４の各々を囲むように形成される。代替として、較正電極Ｋはまた、４つの測定電極Ｍ１〜Ｍ４を完全に囲むように形成され得る。

本発明によると、それぞれの他のものから独立して、容量センサデバイスの較正のための好適な時点が存在するかどうかが、各個々の測定電極Ｍ１〜Ｍ４に対して決定され得る。本発明のある実施形態では、容量センサデバイスは、較正のための前提条件が、全４つの測定電極Ｍ１〜Ｍ４に対して充足される場合、較正され得る。本発明の別の実施形態では、各個々の測定電極は、個々かつ他の測定電極から独立して、較正され得、すなわち、それぞれの測定電極と関連付けられたセンサ生信号は、残りの測定電極のセンサ生信号から独立して較正される。これは、特に、測定電極が、互から大きく離間し、大きく離間した測定電極の周囲条件が、互に異なる場合、利点である。

（較正方法および較正の瞬間を決定する方法：）
以下では、容量センサデバイスを較正する方法、および容量センサデバイスを較正するための好ましい時点を決定する方法が、より詳細に説明される。

本発明による方法は、測定電極Ｍおよび較正電極Ｋを備えている、容量センサデバイスに基づいて説明され、本方法はまた、いくつかの測定電極および測定電極に割り当てられるいくつかの較正電極を備えている、容量センサデバイスのために行われ得る。加えて、本発明による方法の以下の説明は、２つの動作モードが、較正電極の動作のために提供されるという仮定に基づいて与えられる。

当然ながら、それぞれの様式における本発明による方法は、また、図１ａを参照して既に説明されたように、３つ以上の動作モードが、較正電極の動作のために提供されるときに適用され得る。

例えば、測定電極および較正電極は、図１ａから図１ｅを参照して説明されたように形成され、互に対して配置される。ジェネレータ電極は、ジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮを負荷され、ジェネレータ電圧Ｕ_ＧＥＮは、較正電極Ｋの各動作モードにおいて同じままである。

第１のステップでは、較正電極Ｋは、第１の動作モードＢ１で動作される。第１の動作モードＢ１では、較正電極Ｋ１は、第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１を負荷され、センサデバイスの測定電極Ｍと接地との間の第１の静電容量が検出され、測定電極Ｍのセンサ生データが、検出される。

続いて、第２のステップでは、較正電極Ｋを動作させるために、第１の動作モードＢ１から第２の動作モードＢ２に切り替えられる。第２の動作モードＢ２では、較正電極Ｋは、第１の動作モードＢ１の第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１と異なる、第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２を負荷される。第１の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ１および第２の較正電圧Ｕ_ＫＡＬ２は、ここでは、図１ａを参照して説明されるように選定される。第２のステップでは、すなわち、第２の動作モードＢ２における較正電極の動作の間、第２の静電容量が、センサデバイスの測定電極Ｍと接地との間で検出され、再び、測定電極Ｍのセンサ生データが、検出される。

図２は、測定電極Ｍの第１の動作モードおよび第２の動作モードにおいて検出されたセンサ生データの時間過程を示す。上側曲線は、第１の動作モードで検出された、検出されたセンサ生データを示す。下側曲線は、第２の動作モードで検出された、センサ生データを示す。ここに示される実施例では、測定電極Ｍからの物体の距離は、測定の間、段階的に、約５ｃｍ〜約０．５ｃｍに短縮され、段階のサイズは、約０．５ｃｍである。図２から分かるように、センサ生信号に及ぼす較正電極の影響は、測定電極からの物体の距離の減少に伴って、第１の動作モードから第２の動作モードへの切替の間に減少し、すなわち、第１の動作モードにおけるセンサ生信号と、第２の動作モードにおけるセンサ生信号の差異は、測定電極からの物体の距離の減少に伴って、徐々に減少する。

本発明による方法のさらなるステップでは、前のステップにおいて測定されたセンサ生データの差異が、決定される。

第１の動作モードと第２の動作モードにおけるセンサ生データ間の差異は、図３に示され、曲線は、測定電極Ｍからの物体の曲線に依存した差異を示す。第１の動作モードのセンサ生データと第２の動作モードのセンサ生データとの間の差異の絶対値は、それぞれ、測定電極Ｍからの物体の距離の増加に伴って、増加し、かつより大きくなることは明白である。また、図３から、測定電極からの物体の距離についての結論が、０ｃｍ〜約３ｃｍの測定電極からの物体の距離に対して行われ得る一方、測定電極からの物体の距離が３ｃｍを上回ると、差異は、事実上、同じままであることは、明白である。

その絶対値における差異Ｄが、所定の閾値Ｘを上回る場合、容量センサデバイスの較正のための有利な時点が存在するという仮定に基づいて較正が行われる。なぜなら、測定電極に近接する物体がなく、かつ物体が測定電極に近接して存在しないからである。この場合、容量センサデバイスの較正は、始動され、行われ得る。

実験では、物体のサイズからの差異Ｄの着目すべき依存性は存在しないことが示されている。しかしながら、この依存性が存在する場合でも、なお、物体が測定電極に近接するかどうかを決定することが実行可能であり、この場合に容量センサデバイスの較正が行われないままとなり得、省略され得る。

図３に示されるように、その絶対値において、閾値Ｘを下回る、差異Ｄでは、容量センサシステムの較正は、行われない。しかしながら、この情報は、すなわち、その絶対値における差異が、所定の閾値Ｘを下回る場合、センサデバイスの予備または仮較正を行うために使用され得る。したがって、これは、特に、本発明による容量センサデバイスを備えている携帯用デバイスの電源投入時、物体が、測定電極に既に近接しており、それでもなお、携帯用デバイスの電源投入時、較正が、前述のように行われ得る有利な時点まで、較正されていないセンサ生信号が処理されることを回避するために、容量センサデバイスの較正が行われることになる場合、有利である。このように、例えば、携帯用デバイスの動作全体の間、本発明による容量センサデバイスが、較正されることが保証される。

本発明による方法の前述の説明されるステップは、容量センサデバイスの較正が、適用可能である場合、変化する周囲条件に適合され得るように、所定の時点において、または周期的様式において、行われ得る。

センサ生データの予備または仮較正のために、物体からの距離Ａが、差異Ｄから推定され、距離に対応する較正されたセンサ生データが、較正、すなわち、予備較正のために計算および使用され、較正されたセンサ生データは、現在のセンサ生データから減算される。

図４ａおよび図４ｂの各々は、電極構成を示し、電極は、印刷回路基板ＰＣＢ上に配置される。

測定電極Ｍのセンサ生データが、第１の動作モードから第２の動作モードへの較正電極Ｋの切り替え時に変化する量は、較正電極Ｋと測定電極Ｍとの間の静電容量によって実質的に識別される。多くの場合、電極Ｍ、Ｋは、ＰＣＢ上の銅表面として実装される。印刷回路基板のために使用される材料に応じて、印刷回路基板ＰＣＢの寸法は、温度変動に大きく依存して変動し得る。その結果、また、較正電極Ｋから測定電極Ｍへの静電容量も、電極設計の実施形態に応じて、かなり大きな温度依存を被り得る。

好ましくは、物体と測定電極Ｍとの間の距離の不変の推定が、周囲温度から独立して保証されるように、測定電極に対する較正電極の静電容量の温度依存を最小限にし、実質的に排除するために、測定電極Ｍと較正電極Ｋとの間の印刷回路基板ＰＣＢの一部は、測定電極Ｍと較正電極Ｋとの間に、開口部が形成され、実質的に、印刷回路基板の材料が、電極間に位置しないように切削加工され得る。

図４ａは、図１ａに示される電極配置を示し、２つの電極ＭとＫとの間には、実質的に、細長い形態に設計される、カットアウトＣＯが、提供される。

図４ｂは、印刷回路基板ＰＣＢ上の図１ｄに示される電極配置を示し、２つの電極Ｍ、Ｋ間には、再び、実質的に、細長いカットアウトＣＯが、提供される。

本発明による容量センサデバイスおよび容量センサデバイスを較正するための本発明による方法は、容量センサシステムの較正が、行われ得るかどうかを決定するための決定の改良された基礎を提供する。加えて、容量センサシステムの仮および予備（概算）較正が、例えば、較正のための条件が不利である場合、行われ得、例えば、そのような場合として、物体が、測定電極Ｍに近接または非常に近接しているときが該当する。要するに、このように、物体が、測定電極に既に近接しているかどうかにかかわらず、センサデバイスの起動直後、容量センサデバイスを較正するように実行可能である。したがって、容量センサデバイスは、動作の全持続時間の間、構成され、かつ較正され得る。センサ生データが、較正されていない様式において、さらなる処理にフィードされる期間は、このように、効果的に回避され、不変かつ正確な接近および接触の検出が、容量センサデバイスの動作の全持続時間の間、保証され得る。

（参照記号）
Ａ 測定電極からの物体の距離
ＣＯ 印刷回路基板のカットアウト（Ｃｕｔ−Ｏｕｔ）
Ｄ 第１の動作モードと第２の動作モードとの間のセンサ生データの差異
Ｂ１、Ｂ２ 較正電極およびセンサデバイスの動作モード
Ｋ、Ｋ１、Ｋ２ 較正電極
Ｍ、Ｍ１−Ｍ４ 測定電極
ＰＣＢ 印刷回路基板
Ｕ_ＧＥＮ ジェネレータ電極に供給されるジェネレータ電圧
Ｕ_ＫＡＬ、Ｕ_ＫＡＬ１、Ｕ_ＫＡＬ２ 較正電極に供給される較正電圧
Ｘ 閾値

Claims (12)

1. 接近および／または接触検出のための容量センサデバイスであって、
   少なくとも１つのジェネレータ電極と、
   少なくとも１つの測定電極（Ｍ）と、
   少なくとも１つの較正電極（Ｋ）と
   を備え、
   前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）に隣接して所定の距離内に配置され、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記少なくとも１つのジェネレータ電極に割り当てられ、前記少なくとも１つのジェネレータ電極は、交流ジェネレータ電圧（Ｕ_ＧＥＮ）を受け取ることができ、前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、交流較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ）を受け取ることができ、前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、少なくとも、第１の動作モード（Ｂ１）および第２の動作モード（Ｂ２）で動作させられることが可能であり、
   前記動作モード（Ｂ１、Ｂ２）の各々において、前記較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ）は、前記ジェネレータ電圧（Ｕ_ＧＥＮ）に等しいかまたはそれより小さく、
   前記較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ）は、各動作モード（Ｂ１、Ｂ２）において異なり、
   前記センサデバイスは、評価デバイスをさらに備え、前記評価デバイスは、前記較正電極が前記第１の動作モードまたは前記第２の動作モードのそれぞれにおいて動作させられている間に、前記測定電極（Ｍ）と接地との間の静電容量を測定して、前記測定値間の差異を決定するように構成され、前記評価デバイスはさらに、較正が行われることができるかどうかを決定するために、前記測定値間の前記差異と閾値とを比較する、
   センサデバイス。
2. 前記評価デバイスは、
   前記第１の動作モード（Ｂ１）において、前記較正電極（Ｋ）に第１の較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ１）を負荷して、前記センサデバイスの前記測定電極（Ｍ）と前記接地との間の第１の静電容量を検出することと、
   前記第２の動作モード（Ｂ２）において、前記較正電極（Ｋ）に第２の較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ２）を負荷して、前記センサデバイスの前記測定電極（Ｍ）と前記接地との間の第２の静電容量を検出することと
   を行うように設計されている、請求項１に記載の容量センサデバイス。
3. 前記較正電極（Ｋ）の形状は、実質的に、前記測定電極（Ｍ）の形状に適合されている、請求項１または２に記載の容量センサデバイス。
4. 前記測定電極（Ｍ）および前記較正電極（Ｋ）は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置され、前記印刷回路基板（ＰＣＢ）は、前記測定電極（Ｍ）と前記較正電極（Ｋ）との間の領域内にカットアウト（ＣＯ）を備えている、請求項１から３のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
5. １つの較正電極（Ｋ）が、いくつかの測定電極（Ｍ）に割り当てられている、請求項１から４のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
6. 前記ジェネレータ電極は、前記印刷回路基板の下側に配置され、前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、前記印刷回路基板の上側に配置されている、請求項１から５のうちのいずれかに記載の容量センサデバイス。
7. 瞬間が容量センサデバイスを較正するために好適かどうかを決定する方法であって、
   前記センサデバイスは、
   少なくとも１つのジェネレータ電極と、
   少なくとも１つの測定電極（Ｍ）と、
   少なくとも１つの較正電極（Ｋ）と
   を備え、
   前記少なくとも１つの測定電極（Ｍ）および前記少なくとも１つの較正電極（Ｋ）は、互に隣接して所定の距離内に配置され、前記少なくとも１つのジェネレータ電極に割り当てられ、前記方法は、
   前記少なくとも１つのジェネレータ電極に交流ジェネレータ電圧（Ｕ_ＧＥＮ）を供給することと、
   第１の測定のために、前記較正電極（Ｋ）に第１の交流較正電圧（Ｕ_ＫＡＬ１）を供給し、第１のセンサ信号を前記測定電極（Ｍ）において測定することと、
   第２の測定のために、前記較正電極（Ｋ）に第２の交流較正電圧を供給し、第２のセンサ信号を前記測定電極（Ｍ）において測定することであって、前記第１の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ ）は、前記第２の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ２ ）とは異なるように選定され、両方の較正電圧（Ｕ _ＫＡＬ１ 、Ｕ _ＫＡＬ２ ）は、前記ジェネレータ電圧（Ｕ _ＧＥＮ ）に等しいかまたはそれより小さいように選定される、ことと、
   前記第１のセンサ信号と前記第２のセンサ信号との間の差異（Ｄ）を決定することと、
   その絶対値における前記差異（Ｄ）が所定の閾値（Ｘ）より大きい場合、前記容量センサデバイスの較正を行うことと
   を含む、方法。
8. 前記較正電極（Ｋ）の形状は、実質的に、前記測定電極（Ｍ）の形状に適合されている、請求項７に記載の方法。
9. 前記測定電極（Ｍ）および前記較正電極（Ｋ）は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置され、前記印刷回路基板（ＰＣＢ）は、前記測定電極（Ｍ）と前記較正電極（Ｋ）との間の領域内にカットアウト（ＣＯ）を備えている、請求項７から８のうちのいずれかに記載の方法。
10. その絶対値における前記差異（Ｄ）が前記所定の閾値（Ｘ）より小さい場合、前記容量センサデバイスの予備較正が行われ、前記測定電極（Ｍ）からの物体の距離（Ａ）が、前記第１および第２のセンサ信号から導出および推定され、前記容量センサデバイスのセンサデータが、前記推定された距離を用いて較正される、請求項７から９のうちのいずれかに記載の方法。
11. 前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号の各々は、センサ生データを備えている、請求項７から１０のうちのいずれかに記載の方法。
12. 請求項１から６のうちの１つに記載の容量センサデバイスを備えている携帯用デバイスであって、前記容量センサデバイスは、特に、請求項７から１１のうちの１つに従って較正されることが可能である、携帯用デバイス。
    

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