JP6121397B2 - 携帯デバイスへの接近の検出のための測定デバイスおよび方法 - Google Patents

携帯デバイスへの接近の検出のための測定デバイスおよび方法 Download PDF

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Description

(発明の分野)
本発明は、携帯デバイスへの手の接近についての検出のための、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスに関する。さらに、本発明は、本発明による容量性測定デバイスを用いて、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近の検出のための方法に関する。
(現状技術および発明の背景)
携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスは、携帯デバイスへの手の接近または手による携帯デバイスの接近を検出するための容量性センサをますます提供されるようになっている。携帯デバイスを操作するための付加的な相互作用の可能性を提供することが、接近または接触検出の背景にある。それによって、携帯デバイスの有用性は、向上または促進されることになる。
携帯デバイスのセンサ表面上に容量性センサデバイスのセンサ電極を配列することは、現状技術から公知である。このセンサ表面は、相互作用領域を提供し、それによって、携帯デバイスは、ユーザ入力を受信することができる。ユーザ入力は、例えば、センサ表面の接触および/またはセンサ表面への手の接近によって生じることができる。センサ表面下には、大領域のエミッタ電極(伝送電極)を配列することができ、それによって、交流電場が誘導され得る。センサ表面のセンサ電極によって検出された信号またはそこから導出されたデータは、センサ電極からの物体、例えば、指の距離に関連する。
しかしながら、携帯デバイスが手の中に保持されている場合、センサ表面に対する、指先端、例えば、親指の先端の位置が、例えば、親指がセンサ表面内へと側方に延在するとき、必要精度で決定されることができないことは、不都合である。しかし、多数の用途に対して、センサ表面に対する指先端の位置の具体的決定は、必要な前提条件である。
携帯デバイスを保持する指、例えば、手の親指がセンサ表面領域内を移動するとき、表面を囲む交流電場は歪曲される。しかしながら、親指の先端が同一の位置にある状態において、交流電場の歪曲は、親指がセンサ表面の中へどちらの側に延在するかに依存する。センサ表面に対する、例えば、親指の指先端の位置を決定するとき、センサ表面の交流電場のこれらの異なる歪曲を検討するために、携帯デバイスがどちらの手の中に保持されているかを把握することが必要である。したがって、センサ表面に対する指先端の位置の正確な決定のためには、さらに、携帯デバイスが左手または右手の中に保持されているか否かが検出されなければならない。
現状技術において、手の位置、すなわち、携帯デバイスが右手または左手の中に保持されているか否かは、センサ表面に関連して指先端の位置を検出するときに検討されていない。したがって、多数の用途に対して、必要精度でセンサ表面に対する指先端の位置を検出することは不可能である。現状技術においては、携帯デバイスの筐体の形状によって操作を決定することにより、この問題に直面しようと試みられている。例えば、携帯デバイスの筐体の形状は、右手または左手のみによって操作され得るように、設計することができる。携帯デバイスの操作または容易性は、したがって、大幅に限定される。
本発明の目的は、したがって、容量性測定デバイス、ならびに携帯デバイスへの手の接近を検出するか、または携帯デバイスが手によって保持されているか否かを検出するための方法を提供することであり、それによって、携帯デバイスのセンサ表面に対する指先端位置の検出が向上され得る。
この問題は、本発明によると、独立請求項に記載の携帯デバイスのための容量性測定デバイスおよび携帯デバイスへの手の接近の検出のための方法によって解決される。本発明の有利な設計および実施形態は、個々の従属請求項に示される。さらに、本発明による、容量性測定デバイスを有する携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスもまた、解決策の一部である。
したがって、携帯デバイスへの接近を検出するための携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスであって、
容量性測定デバイスは切替デバイスを有し、
容量性測定デバイスの接地は、切替デバイスによって携帯デバイスの導電性構造にガルバニックに(galvanically)接続可能であり、
容量性測定デバイスは、携帯デバイスの上に配列され得る少なくとも1つの接地電極を有する接地電極構造を備え、容量性測定デバイスの接地は、切替デバイスによって、少なくとも1つの接地電極にガルバニックに接続可能である、デバイスが提供される。
切替デバイスは、導電性構造および/または接地電極構造の少なくとも1つの接地電極のいずれかが、容量性測定デバイスの接地にガルバニックに接続されるように設計することができる。また、導電性構造も接地電極構造の接地電極も容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されないことも想定されることができる。
接地電極構造は、携帯デバイスが手によって保持されているとき、2つの接地電極のうちの少なくとも1つが、その手によって少なくとも部分的に被覆されるように、携帯デバイスの上、好ましくは、携帯デバイスの筐体の中、特に、好ましくは、携帯デバイスの筐体シェルの内側に定置される第1の接地電極および第2の接地電極を備えることができる。
切替デバイスは、スイッチを接地電極構造のどの接地電極および導電性構造の両方に提供することができる。
接地電極構造のどの接地電極も、導電性構造のための結合静電容量C、C、Cを提供されることができる。導電性構造に対する接地電極および/または接地電極の配列は、結合容量C、C、Cが、可能な限り低くなるように選択されなければならない。
容量性測定デバイスは、基準静電容量CREFを有することができ、これは、導電性構造とガルバニックに接続され、および容量性測定デバイスの接地を有する切替要素を備えるスイッチとガルバニックに接続可能である。
好ましくは、基準容量CREFおよび結合容量C、C、Cは、実質的に等しい。
さらに、容量性測定デバイス、特に、本発明による、容量性測定デバイスによる、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近を検出するための方法であって、容量性測定デバイスが、少なくとも1つの接地電極を有する接地電極構造と、少なくとも1つのセンサ電極とを有し、
第1の測定サイクルにおいて、容量性測定デバイスの接地は、携帯デバイスの導電性構造とガルバニックに接続され、第1のセンサ信号が少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
第2の測定サイクルにおいて、容量性測定デバイスの接地は、接地電極構造の少なくとも1つの接地電極とガルバニックに接続され、第2のセンサ信号が少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
第1のセンサ信号と第2のセンサ信号との信号レベルの間の差が決定され、決定された差は、携帯デバイスへの手の接近を示す、方法が、提供される。
接地電極構造は、手によって携帯デバイスを保持するとき、2つの接地電極のうちの少なくとも1つが、手によって少なくとも部分的に被覆されるように、携帯デバイスの中に配置される第1の接地電極および第2の接地電極を提供されることができ、第2の測定サイクルにおいて、
最初に、第1の接地電極は、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続され、第1の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号DS2は、少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
続いて、第2の接地電極は、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続され、第2の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号DS2は、少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
第1の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号DS2と第1のセンサ信号DS1との信号レベルの間の第1の差、すなわち、DS2−DS1は、第2の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号DS2と第1のセンサ信号DS1との信号レベルの間の第2の差、すなわち、DS2−DS1と比較され、第1の差と第2の差との間の差、すなわち、(DS2−DS1)−(DS2−DS1)は、2つの接地電極のうちのいずれが手によって被覆されているかを示す。
好ましくは、導電性構造は、少なくとも、第2の測定サイクルにおいて、基準容量CREFを用いて、容量性測定デバイスの接地と接続可能である。
接地電極構造の接地電極E、E、Eは、それぞれ、導電性構造への結合容量C、C、Cを提供されることができる。接地電極および/または導電性構造に対する接地電極の配列は、結合容量C、C、Cが、可能な限り低くなるように選択される。
基準容量CREFおよび結合容量C、C、Cは、それらが実質的に等しくなるように選択することができる。
接地電極、基準容量、および導電性構造は、それぞれ、切替要素および後者に並列の寄生容量を備えるスイッチを用いて、容量性測定デバイスの接地と接続可能であることができ、スイッチは、好ましくは、その静電容量が、結合容量よりも有意に低くなるように選択される。
較正ステップにおいて、導電性構造は、基準容量によって、容量性測定デバイスの接地と接続することができ、第3のセンサ信号は、少なくとも1つの接地電極のための基準センサとして使用される、少なくとも1つの電極センサ内で検出され、少なくとも1つの接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号の信号レベルは、第1のセンサ信号と第3のセンサ信号の信号レベル間の差が、第1のセンサ信号と第2のセンサ信号の信号レベル間の差の大きさを上回る場合、少なくとも1つの接地電極への接近を示す。
少なくとも、第3のセンサ信号は、公差値によって補正することができる。
携帯デバイスまたは電気携帯デバイスは、例えば、スマートフォン、モバイル無線ユニット、遠隔制御デバイス、デジタルカメラ、特に、タッチスクリーンを伴うデジタルカメラ、タッチスクリーンを伴うゲームコントローラまたはゲームコンソール、ポータブルミニコンピュータ、タブレットPC、または類似物であることができる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスであって、該容量性測定デバイスは、該携帯デバイスへの接近を検出するためのものであり、
該容量性測定デバイスは、切替デバイス(S)を有し、
該容量性測定デバイスの接地(GND)は、該切替デバイス(S)によって、該携帯デバイスの導電性構造(G)とガルバニックに接続可能であり、
該容量性測定デバイスは、少なくとも1つの接地電極(E )を有する該携帯デバイスに配列され得る接地電極構造を有し、該容量性測定デバイスの該接地(GND)は、該切替デバイス(S)によって該少なくとも1つの接地電極(E )とガルバニックに接続可能である、容量性測定デバイス。
(項目2)
前記切替デバイス(S)は、
前記容量性測定デバイスの前記接地(GND)と
前記導電性構造(G)、もしくは、
前記接地電極構造の少なくとも1つの接地電極(E )とをガルバニックに接続するか、または、
該導電性構造(G)もしくは該接地電極構造の接地電極(E )のいずれともガルバニックに接続しないように適応される、項目1に記載の容量性測定デバイス。
(項目3)
前記接地電極構造は、少なくとも1つの第1の接地電極(E )および少なくとも1つの第2の接地電極(E )を有し、これらは、前記携帯デバイスの上に、好ましくは該携帯デバイスの筐体の中に、好ましくは該携帯デバイスの筐体の内側に配列され、それにより、該携帯デバイスが手によって保持されるとき、該2つの接地電極(E 、E )のうちの少なくとも1つが、その手によって少なくとも部分的に被覆される、項目1または2に記載の容量性測定デバイス。
(項目4)
前記切替デバイス(S)は、前記接地電極構造のどの接地電極(E M、 、E )に対しても、および前記導電性構造(G)に対してもそれぞれ1つのスイッチを有し、各スイッチは、切替要素(S 、S 、S )を備える、項目1〜3のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
(項目5)
前記容量性測定デバイスは、基準容量(C REF )を有し、該基準容量(C REF )は、前記導電性構造(G)とガルバニックに接続され、および切替要素(S4)を備えるスイッチによって、該容量性測定デバイスの前記接地(GND)とガルバニックに接続される、項目1〜4のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
(項目6)
前記基準容量(C REF )および前記結合容量(C 、C )は、本質的に等しい、項目5に記載の容量性測定デバイス。
(項目7)
前記切替要素の切替容量(Cs)は、前記結合容量(C 、C )よりも有意に低い、項目1〜6のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
(項目8)
特に、項目1〜7のいずれかに記載の容量性測定デバイスを用いて、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近を検出するための方法であって、該容量性測定デバイスは、少なくとも1つの接地電極(E 、E 、E )を有する接地電極構造と、少なくとも1つのセンサ電極とを有し、
第1の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの前記接地(GND)は、該携帯デバイスの導電性構造(G)とガルバニックに接続され、第1のセンサ信号(DS1)が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
第2の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの該接地(GND)は、該接地電極構造の少なくとも1つの接地電極(E )とガルバニックに接続され、第2のセンサ信号(DS2)が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
該第1のセンサ信号(DS1)と該第2のセンサ信号(DS2)との信号レベルの間の差が決定され、該決定された差は、該携帯デバイスへの該手の接近を示している、方法。
(項目9)
前記接地電極構造は、前記携帯デバイスの上に配列された少なくとも1つの第1の接地電極(E )および少なくとも1つの第2の接地電極(E )を有し、それにより、手による該携帯デバイスの把持によって、該2つの接地電極(E 、E )のうちの少なくとも1つが、その手によって少なくとも部分的に被覆され、前記第2の測定サイクルにおいて、
最初に、該第1の接地電極(E )は、前記容量性測定デバイスの前記接地(GND)とガルバニックに接続され、該第1の接地電極(E )に関連付けられた第2のセンサ信号(DS2 )が、前記少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
次に、該第2の接地電極(E )は、該容量性測定デバイスの該接地(GND)とガルバニックに接続され、該第2の接地電極(E )に関連付けられた第2のセンサ信号(DS2 )が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
該第1の接地電極(E )に関連付けられた該第2のセンサ信号(DS2 )の前記信号レベルと該第1のセンサ信号(DS1)のそれとの間の第1の差は、該第2の接地電極(E )に関連付けられた該第2のセンサ信号(DS2 )の該信号レベルと該第1のセンサ信号(DS1)のそれとの間の第2の差と比較され、該第1の差と該第2の差との間の差は、該2つの接地電極(E 、E )のうちのいずれが該手によって被覆されているかを示している、項目8に記載の方法。
(項目10)
少なくとも前記第2の測定サイクルにおいて、前記導電性構造(G)は、基準容量(C REF )を用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地(GND)と接続可能である、項目8〜9のうちのいずれかに記載の方法。
(項目11)
前記基準容量(C REF )および前記接地電極(E 、E 、E )と前記導電性構造(G)との間の前記結合容量(C 、C 、C )は、それらが本質的に等しくなるように選択される、項目10に記載の方法。
(項目12)
前記接地電極(E 、E 、E )、前記基準容量(C REF )、および前記導電性構造(G)は、切替要素(S 、S 、S )を備えるスイッチを用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地(GND)とそれぞれ接続可能であり、該切替要素の前記切替容量(Cs)は、それらが前記結合容量(C 、C 、C )よりも有意に低くなるように選択される、項目10〜11のうちのいずれかに記載の方法。
(項目13)
較正ステップにおいて、前記導電性構造(G)は、前記基準容量(C REF )を用いて前記容量性測定デバイスの前記接地(GND)と接続され、第3のセンサ信号(DS3)が、前記少なくとも1つのセンサ電極において検出され、それは、少なくとも1つの接地電極(E 、E 、E )に対する基準センサ信号としての役割を果たし、該少なくとも1つの接地電極(E 、E 、E )と関連付けられた前記第2のセンサ信号(DS2)の信号レベルは、前記第1のセンサ信号(DS1)の信号レベルと該第3のセンサ信号(DS3)のそれとの間の差が、該第1のセンサ信号(DS1)の信号レベルと該第2のセンサの信号のそれとの間の差を上回るとき、該少なくとも1つの接地電極(E 、E 、E )への接近を示している、項目10〜12のうちのいずれかに記載の方法。
(項目14)
少なくとも、第3のセンサ信号(DS3)は、公差値(ε)によって補正される、項目13に記載の方法。
本発明の他の詳細および特性ならびに本発明の実施形態の実施例は、図面と関連して検討される以下の説明から明白となるであろう。
図1aは、本発明による、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスの等価回路図を示す。 図1bは、裏面に定置された接地電極を有する電気携帯デバイスの側面図を示す。 図2aは、本発明による、容量性測定デバイスの第2の実施形態の等価回路図を示す。 図2bは、電気伝導性構造および接地電極を有する携帯デバイスの筐体の側面図を示す。 図3は、携帯デバイスがどのように保持されているかに応じて、センサ電極(測定電極)内において測定された電気信号の時系列を示す。 図4は、本発明による、容量性測定デバイスの別の実施形態の等価回路図を示す。
図1aは、携帯デバイスへの接近の検出のための、本発明による、携帯デバイスのための容量性測定デバイスについての等価回路図を示す。携帯デバイスは、センサ表面Aを有し、そこに、いくつかのセンサ電極(測定電極)が配列され得る。センサ電極によって、例えば、センサ表面Aに対する指先端の位置を決定することが可能である。この場合、センサ表面Aへの指先端の接近または指先端によるセンサ表面の接触を検出することが可能である。例えば、大領域の電極として設計され得、およびセンサ電極下に配列され得るセンサ表面のセンサ電極およびエミッタ電極(伝送電極)は、容量性測定デバイスと接続されることができる。電気携帯デバイスの導電性筐体または導電性筐体層は、容量性測定デバイスの接地と接続されることができる。筐体層は、図2bに示されるように、導電性構造Gを備えることができる。
携帯デバイスにおいて、接地電極Eが付加的に配列され、それはまた、容量性測定デバイスと接続可能である。接地電極Eは、好ましくは、携帯デバイスが手によって保持されるとき、デバイスが少なくとも部分的にその手によって被覆されるように、携帯デバイスの中に配列される。さらに、接地電極Eの表面は、携帯デバイスの導電性構造Gよりも大幅に大きいか、または大幅に小さい。好ましくは、導電性構造Gよりも実質的に小さい。以下の特定の生の値または測定された変数および式または計算において、接地電極Eの表面は、導電性構造Gよりも実質的に小さいと仮定される。特定の生の値または測定された変数および式または計算はまた、接地電極Eの表面が導電性構造Gよりも大幅に大きい場合に有効であり、但し、その場合、測定された変数の算術符号が変化する。
センサ表面に対する指先端の位置と相関するセンサ信号は、センサ表面Aのセンサ電極において検出される。電気携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、筐体または携帯デバイスの導電性構造Gは、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続される。導電性構造Gと容量性測定デバイスの接地との接続は、例えば、切替デバイスのスイッチSによって行われることができる。
本発明による、携帯デバイスへの接近の検出は、本質的に、2つの連続測定サイクルにおいて生じ、検出は、数回、行われる。両測定サイクルの間の時間間隔は、好ましくは、指が、2つのサイクル間、センサ表面Aの領域内を移動しない、すなわち、センサ表面Aに対する指の移動が、そのように認識されず、検出に影響を及ぼさないと仮定されることができるように選択される。これは、両測定サイクルの間の時間間隔が、好ましくは、非常に小さくなるように選択されることを意味する。
第1の測定サイクルにおいて、センサ信号は、スイッチSが閉鎖される、すなわち、導電性構造Gが、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されるとき、センサ表面Aのセンサ電極において検出される。
接地電極Eは、切替デバイスの第2のスイッチSによって、容量性測定デバイスの接地と接続されることができる。前述の第1の測定サイクルの間、第2のスイッチSは、開放されている、すなわち、接地電極Eは、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されていない。
第2の測定サイクルにおいて、導電性構造Gの代わりに、接地電極Eが、容量性測定デバイスの接地と接続される。この目的のために、第1のスイッチSが開放され、第2のスイッチSが閉鎖される。第2の測定サイクルの間、センサ信号はまた、センサ表面Aのセンサ電極において検出される。この切替プロセス(第1のスイッチSの開放および第2のスイッチSの閉鎖)において、センサ表面Aのセンサ電極において検出されたセンサ信号は、同相干渉を受ける。接地電極Eにおいて、導電性構造Gの接地と連通すると、センサ表面のセンサ電極において検出されたセンサ信号または測定されたセンサデータはまた、変化した容量状態に起因して変化する。
接地電極Eと導電性構造Gとの間の接続は、等価容量Cとして、図1に示される。容量性測定デバイスの接地を導電性構造Gから接地電極Eに切り替えると、センサ表面Aのセンサ電極において測定された電気信号の信号レベルの減少が検出される。これに対する条件は、手と導電性構造Gとの間の接続が、手と接地電極Eとの間の接続を上回ることである。これは、接地電極Eが、導電性構造Gよりも実質的に小さくなるように選択することによって達成されることができる。
導電性構造Gまたは接地電極Eの設計に応じて、測定されたセンサ信号のレベル上昇は、容量性測定デバイスの接地の導電性構造Gから接地電極Eへの切替によって生じ得る。接地の切替が、センサ電極において測定または検出された電気信号のレベル上昇またはレベル低下につながるか否かにかかわらず、接地の切替は、測定されるセンサ信号内に同相干渉を生じさせ、これは、携帯デバイスの把持を検出するために使用される。
本発明による容量性測定デバイスにおいて、接地電極Eがスイッチのみによって容量性測定デバイスと接続される必要があるために、すなわち、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されなければならないために、付加的アナログフロントエンドが接地電極Eのために提供される必要がないことは、特に有利である。
センサ電極の測定信号は、その容量負荷に依存する。この場合、この負荷は、概して、回路がアースとガルバニックに接続されないので、回路のセンサ電極と接地との間の容量として理解されなければならない。単純な「通常例」において、言い換えると、回路の接地電極Eおよび接地GNDが直接、伝導性筐体と接続されていないとき、この静電容量は、センサ電極−手CH1および手−筐体CH3容量の直列接続によって形成される。
図1aは、適用の簡略化された略図を示す。CH1、CH2、CH3は、センサ電極、接地電極、または筐体に対するユーザの手(両手)の静電容量である。センサ信号を決定する、センサ電極の容量負荷については、以下の式が有効である(キャパシタの並列接続は、「
」によって、直列接続は、「
」によって示される)。
a)第1の測定サイクル(接地から筐体)に対して:
b)第2の測定サイクル(接地から接地電極)に対して:
H2またはCH3がより高いかに応じて、信号の差は、測定サイクルを変更すると、負または正であることが公式より明らかであろう。
第1の測定サイクルにおいて検出されたセンサ信号の信号レベルおよび第2の測定サイクルにおいて検出されたセンサ信号の信号レベルから、電気携帯デバイスの把持または保持を推測することが可能である。したがって、第1のセンサ信号の信号レベル(第1の測定サイクル)と第2のセンサ信号の信号レベル(第2の測定サイクル)との間の差が、決定される。差の量は、この場合、携帯デバイスへの手の接近を示す。差の量が所定の値を下回る場合、携帯デバイスへの手の接近がそこから推定されることができる。携帯デバイスが手によって保持される場合、接地電極EMと導電性構造Gとの間の容量接続は、手を介した付加的な接続のために増加する。検討される例(表面(G)>>表面(EM)、=>CH3>>CH2、C〜CH2、C>>Cs)において、センサ電極の負荷容量は、以下のように、近似的に記述されることができる。
a)第1の測定サイクル(接地から筐体)に対して:
b)第2の測定サイクル(接地から接地電極)に対して:
容量接続CH2が良好であるほど、第2の測定サイクルの間のセンサ電極の負荷容量は、両センサ信号の信号レベルの間の差の量が減少するように、より高くなることは明らかであろう。
差の代わりに、またはその代替として、閾値を定義することもまた可能であり、そこでは、第2の信号の信号レベルの閾値を超える(または、代替として、下回る)ことは、携帯デバイスへの手の接近を示す。いくつかの閾値がまた、異なるセンサ電極における異なる信号レベルによって定義されることができる。
図1bは、電気携帯デバイス内の接地電極Eの配列を示し、接地電極Eは、携帯デバイスの裏面10内に配列される。センサ表面Aは、例えば、携帯デバイスの正面20に配列されることができる。デバイスが手によって保持される場合、手の表面は、携帯デバイスの裏面10に配列される接地電極Eに接近し、その結果、センサ表面Aのセンサ電極によって測定されたセンサ信号から、携帯デバイスの把持が前述の方法によって検出され得る。この目的のために、接地電極Eが、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されるように、第1のスイッチSが開放され、第2のスイッチSが閉鎖される。
図2aは、携帯デバイスのための、本発明による、容量性測定デバイスの等価回路図を示し、容量性測定デバイスは、2つの接地電極E、Eとガルバニックに接続可能である。好ましくは、接地電極は、携帯デバイスの両側に配列される。例えば、第1の接地電極Eは、携帯デバイスの筐体の左壁に、第2の接地電極Eは、携帯デバイスの筐体の右壁に配列される。それによって、有利な方法で、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かに関して、区別を行うことができる。
これは、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かに応じて、接地電極E、Eへの接続の容量状態が修正されるので、可能である。接地電極EおよびEは、それぞれ、切替デバイスのスイッチSまたはSによって、容量性測定デバイスの接地と接続可能である。左の接地電極は、携帯デバイスの導電性構造Gへの結合容量Cを有する。右の接地電極Eは、電気携帯デバイスへの導電性構造Gへの結合容量Cを有する。
電気携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、容量性測定デバイスの接地は、携帯デバイスの導電性構造Gとガルバニックに接続される、すなわち、スイッチS1は、閉鎖される。さらに、通常動作において、接地電極EまたはEが、容量性測定デバイスの接地へのガルバニックな接続を示さないように、スイッチSおよびSは、開放される。第1の電気センサ信号DS1が、センサ表面のセンサ電極において検出または測定される。
どちらの手(右または左)によって、携帯デバイスが保持されているかを検出するために、スイッチSは、最初に開放され、スイッチSは、閉鎖され、スイッチSは、同様に、開放される。それによって、(左)接地電極Eは、センサデバイスの接地とガルバニックに接続される。スイッチSの開放およびスイッチSの閉鎖は、センサ表面のセンサ電極において測定された電気信号(第2のセンサ信号DS2)の同相干渉につながる。i=1、2、...、NEL(NELは、センサ電極の数)の場合の第2のセンサ信号DS2の生の値u(E)は、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かを決定するために、以下のステップにおいて使用される。
別の測定ステップにおいて、スイッチSが開放され、スイッチSが閉鎖され、スイッチSIは、開放される。それによって、(右)接地電極Eは、センサデバイスの接地とガルバニックに接続される。この他の測定ステップにおいて、i=1、2、...、NER(NERは、センサ電極の数(常時、NER=NEL))の場合のセンサ信号(第2のセンサ信号DS2)もまた、センサ電極において測定され、その生の値u(E)は、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かを決定するために、以下のステップにおいて使用される。
このさらなるステップにおいて、生の値u(E)は、i毎に生の値u(E)と比較され、uは、i番目のセンサ電極において測定されたセンサ信号の測定値である。
このステップにおいて、第1のセンサ信号DS1の、i=1、2、...、NE0(NE0は、センサ電極の数(常時、NE0=NER=NEL))の場合の生の値u(E)を検討することができる。u(E)は、接地電極がセンサデバイスの接地とガルバニックに接続されていないとき、i番目のセンサ電極において測定されたセンサ信号の測定値である。この場合、第2のセンサ信号DS2に対する第1の差および第2のセンサ信号DS2に対する第2の差が決定される。第1の差が、第2の差の量よりも多い場合(|u(E)−u(E)|>|u(E)−u(E)|)、携帯デバイスは、右手の中に保持されていると結論付けることができる。
また、携帯デバイスが、実質的に対称に両手で保持されている場合と、携帯デバイスがいずれの手によっても保持されていない場合との間の区別を可能にするために、検出された生の信号u(E)の絶対変化u(E)もまた、考慮されることができる。
図2bは、携帯デバイスの側面図を示す。ここでは、筐体の表面下に配列され、その縁において筐体を囲む携帯デバイスの導電性構造Gが示されている。導電性構造Gは、例えば、箔として設計されることができる。代替として、筐体シェルの内側の導電性コーティングとして塗布されることができる。本発明の特定の実施形態では、導電性構造Gは、筐体または筐体シェル自体、例えば、金属筐体によっても形成されることができる。
また、接地電極Eは、筐体上に配列される。図2aに示されるように、2つの接地電極が提供される場合、一方の接地電極(E)は、筐体の右壁に、他方の接地電極(E)は、筐体の左壁に配列されることができる。
単数の接地電極または複数の接地電極は、導電性構造Gとガルバニックに接続されない、言い換えると、接地電極は、導電性構造Gから絶縁されて配列される。
図2bに示される実施例では、導電性構造Gは、陥凹を有し、その中に、接地電極が配列される。CH3>>CH2(または、CH3<<CH2)もまた、有効であるように、接地電極の表面が、導電性構造Gの表面と実質的に異なることが重要である。図2bにおいて、接地電極EMの表面は、導電性構造Gの表面よりも大幅に小さい。卵形形状の設計に加えて、接地電極Eはまた、任意の他の好適な形状であることができる。
図4は、さらなる測定値を提供する、本発明による、容量性測定デバイスの別の実施形態を示し、それによって、u(E)=u(E)の場合の曖昧性を排除するために、生の信号の絶対基準値を求めることができる。
手接続を伴わない、容量性測定デバイスの接地と接地電極EまたはEとの接続の場合、センサ電極において測定された生の値に対する絶対基準を求めるために、基準容量CREFが提供され、その静電容量が把握される。基準容量CREFは、導電性構造とガルバニックに接続される。基準容量CREFもまた、スイッチS4によって、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続可能である。
較正ステップにおいて、基準センサ信号(第3のセンサ信号DS3)は、スイッチS、S、およびSが開放され、スイッチSが閉鎖された状態において、センサ表面Aのセンサ電極において検出されることができる。したがって、検出される基準信号の信号レベルは、u(E)=u(E)において、携帯デバイスが、手によって保持されているか、または手によって保持されていないか否かを区別するために、基準信号レベル(i=1、2、...、NREF(NREFは、センサ電極の数(常に、NREF=NE0=NER=NEL)の場合の生の値u(CREF)を有する)として使用されることができる。有利には、基準容量CREFは、その静電容量が、容量CまたはCに実質的に対応するように選択され、CおよびCは、導電性構造への接地電極EまたはEの容量接続を表す。
したがって、スイッチS4が閉鎖され、スイッチS1、S2、S3が開放された状態におけるセンサ電極の容量電荷は、手/指が左の接地電極Eの近傍にないときの、スイッチS2が閉鎖され、スイッチS1、S3、S4が開放された状態における容量電荷にほぼ対応する。したがって、対応するセンサ信号もまた、これらのスイッチ位置において、ほぼ同一である。同一であることは、右の接地電極Eの場合にも有効である。
|u(E)−u(CREF)|>|u(E)−u(E)|および/または|u(E)−u(CREF)|>|u(E)−u(E)|であると、携帯デバイスが片手および/または両手によって保持されていることが推測されることができる。
付加的基準容量CREFによって、携帯デバイスが手によって実際に保持されているか否か、そうである場合に、携帯デバイスが右手のみによって、左手のみによって、または両手によって保持されているか否かを決定することが可能である。したがって、加えて、接近または把持もまた、接地電極だけが提供されているならば、検出することができる。
切替デバイスの全てのスイッチS〜Sはそれぞれ、個々のスイッチに並列に接続された寄生スイッチ容量Csを示す。好ましくは、スイッチ容量は、接地電極EまたはEと筐体との間の結合容量CおよびCよりも有意に低い(Cs<<C、C)。この場合、左の接地電極Eに対して、スイッチSが閉鎖された状態で検出される生の値は、右の接地電極Eと筐体との間の手接続CHRとほぼ無関係であって、その逆も然りである。
検出についてのロバスト性をさらに改善するために、測定または検出された生の値に対する公差閾値εを考慮する必要があり得る。したがって、構造関連の不正確性または雑音が、生の値を比較するときに考慮され得る。生の値を公差閾値の包含と比較するとき、式は、したがって、εi、|u(E)|、|u(E)|>|u(CREF)+ε|となる。公差閾値εは、例えば、実験的に決定されることができる。
本発明による、容量性測定デバイスの特定の実施形態では、公差閾値εが適切に選択される場合、基準容量CREFを伴わずに済むことが可能性として考えられる。この場合、スイッチS、S、およびSが開放された状態で測定された生の値は、生の基準値として使用することができる。
把持の検出に関して、前述の本発明による方法による場合、携帯デバイスの把持をセンサ信号結果から検出するために、スイッチSは、開放され、スイッチSまたはSは、閉鎖される。
代替として、3つのスイッチS、S、およびSはまた、本発明による、携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、閉鎖されることができる。手による携帯デバイスの把持を検出するために、またはどの手の中に携帯デバイスが保持されているかを検出するために、スイッチSは、次いで、最初に開放され得(スイッチSおよびSは閉鎖される)、センサ電極において測定されたセンサ信号が分析される。次に、スイッチSは、開放され得(SおよびSは閉鎖される)、そこからのセンサ信号結果が評価される。したがって、得られたセンサ信号は、把持を検出するか、または携帯デバイスを保持する手を検出する目的のために、前述のように相互に比較されることができる。
図3は、生の信号の時系列を示し、容量性測定デバイスの接地は、最初に、筐体とガルバニックに接続され、次いで、接地電極Eとガルバニックに接続される。ここでは、共通センサ表面上に配列される4つのセンサ電極のセンサデータが示され、最も古い値は、左に、最新の値は、右に置かれる。
最初に、容量性測定デバイスの接地は、筐体(すなわち、導電性構造)と接続される(サンプル0から約サンプル170)。手が筐体を囲む。容量性測定デバイスの接地が、筐体から接地電極に方向を変えられると(約サンプル170)、全センサ電極のセンサデータは、明らかに低下する。サンプル170とサンプル255との間において、手は、接地電極を囲んでいない、すなわち、手は、接地電極Eから離れている。接地電極Eが、手によって被覆されると、全センサデータは上昇する(サンプル255とサンプル360との間)。手が接地電極から再び除去されると、センサデータは、再び、低下する(サンプル360とサンプル400との間)。
本発明による容量性測定デバイスまたは本発明による測定方法によって、センサ表面に対する指先端の位置の決定において、対応する指がどちら側からセンサ表面の中へ投影しているかを考慮することができる。したがって、センサ表面の中へ側方に延在する指によって生じる、センサ表面における交流電場の歪曲は、センサ表面に対する指先端の位置を決定するときに、さらに良好に考慮されることができる。したがって、さらに優れた位置決定が可能である。さらに、電気携帯デバイスのユーザインターフェースは、デバイスが保持される手に応じて調節されることができる。両手による携帯デバイスの把持または把持されていないことを区別可能であるので、ユーザインターフェースもまた、対応して、これらの例に対して適応されることができる。
別の利点は、この目的のために必要なさらなる必要接地電極およびスイッチを除いて、さらなる受信電子機器が、接地電極と容量性測定デバイスの接地との接続のために必要とされず、したがって、構築コストおよび生産コストが制限内に維持されることである。例えば、筐体の底部への手の接近もまた、この目的のために、任意の付加的な測定チャネルを提供する必要なく、検出されることができる。筐体の底部に1つの接地電極を配列するだけで十分である。
1つの接地電極Eまたは2つの接地電極E、Eを有する、本発明による、測定デバイスの実施形態が示された。本発明によると、3つ以上の接地電極もまた、提供されることができる。
したがって、例えば、4つの接地電極EL1、EL2、ER1、ER2が提供されることができ、接地電極EL1、EL2は、左の筐体壁に、接地電極ER1、ER2は、右の筐体壁に配列されることができる。左の筐体壁または右の筐体壁において、電極EL1またはER1がそれぞれ、筐体の上側領域に配列されることができ、電極EL2またはER2はそれぞれ、筐体の下側領域に配列されることができる。したがって、指が、例えば、右上または左下からセンサ表面の中へ延在するか否かの区別が可能である。また、指が、実質的に電極の間(例えば、EL1とER1との間)のセンサ表面の中へ側方に延在するか否かを決定することができる。
携帯デバイスまたは電気携帯デバイスは、例えば、スマートフォン、モバイル無線ユニット、遠隔制御デバイス、デジタルカメラ、特に、タッチスクリーンを有するデジタルカメラ、タッチスクリーンを有するゲームコントローラまたはゲームコンソール、ポータブルミニコンピュータ、タブレットPC、または類似物であることができる。

Claims (18)

  1. 携帯デバイスのための容量性測定デバイスであって、該容量性測定デバイスは、該携帯デバイスへの接近を検出するためのものであり、該携帯デバイスは、少なくとも1つのセンサ電極を含み、
    該容量性測定デバイスは、切替デバイスを有し、
    該容量性測定デバイスの接地は、第1のモードの間、該切替デバイスによって、該携帯デバイスの導電性構造とガルバニックに接続可能であり、
    該容量性測定デバイスは、少なくとも1つの接地電極を有する該携帯デバイスに配列され得る接地電極構造を有し、該容量性測定デバイスの該接地は、第2のモードの間、該切替デバイスによって、該導電性構造よりも小さい該少なくとも1つの接地電極とガルバニックに接続可能であり、
    該第1のモードから該第2のモードに切り替えるとき、該少なくとも1つのセンサ電極によって検出されるセンサ信号は、同相干渉を受ける、容量性測定デバイス。
  2. 前記切替デバイスは、
    前記容量性測定デバイスの前記接地と
    前記導電性構造、前記接地電極構造の少なくとも1つの接地電極とをガルバニックに接続するか、または、
    該導電性構造もしくは該接地電極構造の接地電極のいずれともガルバニックに接続しないように適応される、請求項1に記載の容量性測定デバイス。
  3. 前記接地電極構造は、少なくとも1つの第1の接地電極および少なくとも1つの第2の接地電極を有し、該少なくとも1つの第1の接地電極および該少なくとも1つの第2の接地電極は、前記携帯デバイスの上に配列され、それにより、該携帯デバイスが手によって保持されるとき、該2つの接地電極のうちの少なくとも1つが、その手によって少なくとも部分的に被覆される、請求項1に記載の容量性測定デバイス。
  4. 前記切替デバイスは、前記接地電極構造のどの接地電極に対しても、および前記導電性構造に対してもそれぞれ1つのスイッチを有し、各スイッチは、切替要素を備える、請求項1に記載の容量性測定デバイス。
  5. 前記容量性測定デバイスは、基準キャパシタを有し、該基準キャパシタは、前記導電性構造とガルバニックに接続され、および切替要素を備えるスイッチによって、該容量性測定デバイスの前記接地とガルバニックに接続され、該基準キャパシタは、基準容量を有する、請求項1に記載の容量性測定デバイス。
  6. 前記基準容量および結合容量は、本質的に等しく、結合容量は、前記携帯デバイスの前記導電性構造と、前記少なくとも1つの接地電極の各々とによって形成される、請求項5に記載の容量性測定デバイス。
  7. 前記切替要素の各々の切替容量は、結合容量よりも有意に低く、切替容量は、該切替要素の各々の寄生容量によって形成され、結合容量は、前記携帯デバイスの前記導電性構造と、前記少なくとも1つの接地電極の各々とによって形成される、請求項に記載の容量性測定デバイス。
  8. 容量性測定デバイスを用いて、携帯デバイスへの手の接近を検出するための方法であって、該携帯デバイスは、導電性構造を有し、該容量性測定デバイスは、該導電性構造よりも小さい少なくとも1つの接地電極(E、E、E)を有する接地電極構造と、少なくとも1つのセンサ電極とを有し、
    第1の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの接地は、該携帯デバイスの該導電性構造とガルバニックに接続され、第1のセンサ信号が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
    第2の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの該接地は、該接地電極構造の少なくとも1つの接地電極とガルバニックに接続され、第2のセンサ信号が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、該第2のセンサ信号は、該第1の測定サイクルから該第2の測定サイクルに切り替えるとき、同相干渉を受け、
    該第1のセンサ信号と該第2のセンサ信号との信号レベルの間の差が決定され、該決定された差は、該携帯デバイスへの該手の接近を示している、方法。
  9. 前記接地電極構造は、前記携帯デバイスの上に配列された少なくとも1つの第1の接地電極および少なくとも1つの第2の接地電極を有し、それにより、手による該携帯デバイスの把持によって、該2つの接地電極のうちの少なくとも1つが、その手によって少なくとも部分的に被覆され、前記第2の測定サイクルにおいて、
    最初に、該第1の接地電極は、前記容量性測定デバイスの前記接地とガルバニックに接続され、該第1の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号が、前記少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
    次に、該第2の接地電極は、該容量性測定デバイスの該接地とガルバニックに接続され、該第2の接地電極に関連付けられた第2のセンサ信号が、該少なくとも1つのセンサ電極において検出され、
    該第1の接地電極に関連付けられた該第2のセンサ信号の前記信号レベルと該第1のセンサ信号のそれとの間の第1の差は、該第2の接地電極に関連付けられた該第2のセンサ信号の該信号レベルと該第1のセンサ信号のそれとの間の第2の差と比較され、該第1の差と該第2の差との間の差は、該2つの接地電極のうちのいずれが該手によって被覆されているかを示している、請求項8に記載の方法。
  10. 少なくとも前記第2の測定サイクルにおいて、前記導電性構造は、基準キャパシタを用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地と接続可能であり、該基準キャパシタは、基準容量を有する、請求項8に記載の方法。
  11. 基準容量を有する基準キャパシタおよび結合容量を有する複数の結合キャパシタは、前記接地電極と前記導電性構造との間にあり、該基準容量、および該結合容量は、それらが本質的に等しくなるように選択され、結合容量は、前記携帯デバイスの該導電性構造と、前記少なくとも1つの接地電極の各々とによって形成される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記接地電極、前記基準キャパシタ、および前記導電性構造は、切替要素を備えるスイッチを用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地とそれぞれ接続可能であり、該切替要素の切替容量は、それらが結合容量よりも有意に低くなるように選択され、切替容量は、該切替要素の各々の寄生容量によって形成され、結合容量は、前記携帯デバイスの前記導電性構造と、前記少なくとも1つの接地電極の各々とによって形成される、請求項10に記載の方法。
  13. 較正ステップにおいて、前記導電性構造は、前記基準容量を用いて前記容量性測定デバイスの前記接地と接続され、第3のセンサ信号が、前記少なくとも1つのセンサ電極において検出され、それは、少なくとも1つの接地電極に対する基準センサ信号としての役割を果たし、該少なくとも1つの接地電極と関連付けられた前記第2のセンサ信号の信号レベルは、前記第1のセンサ信号の信号レベルと該第3のセンサ信号のそれとの間の差が、該第1のセンサ信号の信号レベルと該第2のセンサの信号のそれとの間の差を上回るとき、該少なくとも1つの接地電極への接近を示している、請求項10に記載の方法。
  14. 少なくとも、第3のセンサ信号は、公差閾値によって補正される、請求項13に記載の方法。
  15. 前記少なくとも1つの第1の接地電極および前記少なくとも1つの第2の接地電極は、前記携帯デバイスの筐体の中に配列される、請求項3に記載の容量性測定デバイス。
  16. 前記少なくとも1つの第1の接地電極および前記少なくとも1つの第2の接地電極は、前記携帯デバイスの筐体の内側に配列される、請求項3に記載の容量性測定デバイス。
  17. 前記携帯デバイスは、電気携帯デバイスである、請求項1〜7および15〜16のいずれか一項に記載の容量性測定デバイス。
  18. 前記携帯デバイスは、電気携帯デバイスである、請求項8〜14のいずれか一項に記載の方法。
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