JP6284623B2 - 多領域容量検出方法、該方法を実施する装置及び機器 - Google Patents

Description

本発明は、多領域容量検出のための方法及び装置に関する。本発明の分野は、特に、しかしながら非限定的に、容量検出システム、並びに、接触式及び非接触式ヒューマンマシンインタフェースの分野である。

多くの通信・作業機器は、コマンドを入力するためのヒューマンマシンインタフェースとして接触式又は非接触式の測定インタフェースを使用する。これらのインタフェースは、特に、パッドスクリーン又はタッチスクリーンの形態を成すことができる。これらのインタフェースは、例えば、携帯電話、スマートフォン、タッチスクリーンコンピュータ、タブレット、パッド、ＰＣ、マウス、タッチスクリーン、及び、ワイドスクリーン等に見られる。

これらのインタフェースは、しばしば、容量技術を使用する。測定面には導電性電極が設けられ、これらの電極は、命令を実行するべく電極と検出されるべき物体との間にもたらされる容量の変化を測定できるようにする電子手段に連結される。

インタフェースを例えばスマートフォンのディスプレイスクリーン上に重ね合わせることができるようにする透明な電極をもたらすことができる。

これらのインタフェースの大部分は接触式インタフェースである。すなわち、これらのインタフェースは、１つ以上の対象物体の接触を検出できる或いはインタフェースの表面を用いて命令を出すことができる。

インタフェースから大きく距離を隔てたコマンド物体を表面と接触することなく検出できるジェスチャーインタフェース又は非接触インタフェースが次第に開発されている。

非接触インタフェースの開発は、非常に感度が良い容量測定技術の実施、及び、環境的な干渉に対する高度な防御の措置を必要とする。実際に、インタフェースの容量測定電極とコマンド物体との間にもたらされる容量は、これらの間の距離に反比例する。

Ｒｏｚｉｅｒｅによる文献、仏国特許出願公開第２７５６０４８号明細書が知られており、この文献は、複数の独立した電極と近接する物体との間の容量及び距離を測定できるようにする容量測定方法を開示する。

この技術は、高い分解能及び感度をもって電極と物体との間の容量の測定値を得ることができるようにし、それにより、数センチメートル或いは更には１０センチメートルの距離を隔てた例えば指の検出を可能にする。検出は、三次元空間内で行うことができるが、測定面として知られる表面上で行うこともできる。

一般に、コマンド物体は、露出導電部又はアースなどの基準電位にあると見なされ得る。

大部分の容量検出技術では、電極が励起電圧で分極される。したがって、これらの分極された電極と基準電位にある物体との間の容量結合が測定される。

スマートフォン又はタブレットなどの携帯機器の場合、それがバッテリによって給電されるため、電気回路は、アースに対して浮いている基準電位又は内部アースを備える。しかしながら、この内部基準電位は、その環境との容量結合の影響により（特に、それがユーザの手の中で保持されるとき）、アースに又は少なくともユーザの身体の電位に設定される。したがって、他方の手が測定電極に近づくと、それは、実質的に装置の内部基準電位又はアース電位にあると「わかる」。

ディスプレイスクリーン以外の所定の場所に測定電極を備える高感度面を含むスマートフォン又はタブレットなどの携帯機器の開発への関心が存在する。そのような機器は、例えば、それらの環境に関する情報の更なる項目を検出するために、スクリーンとは反対側の面上に及び／又は側面上に電極をそれらが保持されるなどの態様で備えることができる。

この場合に生じる問題は、設けられる電子機器のアースに対する浮性に起因して、励起電圧で分極される測定電極が例えば装置を保持するユーザの手と電気的に接触している或いは強く（容量的に）結合される場合に、ユーザの身体全体が電子機器によって実質的にこの励起電位にあると「わかる」ことである。この場合、例えばユーザの他方の手であるコマンド物体も、実質的に電極の励起電位にあると「わかる」。このとき、容量結合はゼロ又は非常に弱く、物体が検出されず或いは短い距離でしか物体が検出されない。

また、容量検出技術は、ロボット又は可動式医用撮像機器（スキャナ等）などのシステムに該システムのそれらの環境に対する感度を良くするべく備えるように使用される。原理は同じである。すなわち、容量結合は、励起電圧で分極される容量電極と、露出導電部又はアースに対して基準電位にあると想定される環境の物体との間で測定される。

容量電極を備える２つの物体が互いに対して移動されると、それらの物体が互いを検出しない場合があるというリスクが存在する。これは、測定電極が同じ電位にある場合に容量結合がそれらの測定電極間で確立されないからである。また、これは、大部分の容量検出システムにおいて使用されるガード原理である。すなわち、電極は、同じ励起電位にある導電面を近傍に有することによって望ましくない環境的影響（寄生容量）から保護される。

本発明の主題は、従来技術のこれらの欠点を克服できるようにする容量検出方法及び装置を提案することである。

本発明の他の主題は、特定の電極と露出導電部又はアースとの強力な電気的結合によって測定が影響されない或いは僅かしか影響されないように、一般的な露出導電部又はアースに対して電気的に浮いている機器に対して対象物体の接近を検出できる容量検出電極を備え付けることができるようにする容量検出方法及び装置を提案することである。

本発明の他の主題は、特定の電極と露出導電部又はアースとの強力な電気的結合によって測定が影響されない或いは僅かしか影響されないように、スマートフォン又はタブレットなどの携帯機器に対して複数の面上に容量検出電極を備え付けることができるようにする容量検出方法及び装置を提案することである。

本発明の他の主題は、複数の機器に対してこれらの機器も互いを検出できるように容量検出電極を備え付けることができるようにする容量検出方法及び装置を提案することである。

この目的は、複数の電極を使用する容量検出のための方法であって、複数の電極が、それらの近傍の物体の検出を容量結合によって可能にし得る方法において、異なる励起電位により前記電極の少なくとも一部を同時に分極するステップを備え、前記励起電位は、これらの励起電位のうちの少なくとも２つの所定の継続時間にわたるスカラー積がゼロである或いは前記所定の継続時間にわたるこれらの励起電位のうちの一方及び／又は他方のそれ自体とのスカラー積よりも非常に小さくなるように、基準電位に対して生成されることを特徴とする方法を用いて達成される。

励起電位は、例えば、基準電位に基準付けられる励起電気信号の時間値に、又は、基準電位に対する電圧差に対応し得る。

無論、本発明の範囲内で、任意の数の異なる励起電位を利用できる。特に、２つの励起電位、又は、３つ以上の多くの励起電位を利用できる。

実施形態によれば、生成される励起電位は、
−経時的に変化可能な少なくとも１つの励起電位を備えることができ；
−異なる周波数を有する周期的な励起電位を備えることができ；
−少なくとも１つの励起電位を備えることができ、該励起電位の周波数成分がスペクトル帯域にわたって広げられる；
−直角位相を成す同じ周波数の２つの周期的な励起電位を備えることができ；
−少なくとも１つの励起電位を備えることができ、該励起電位の干渉信号とのスカラー積が最小化され；
−基準電位にほぼ等しい少なくとも１つの励起電位を備えることができる。

本発明に係る方法は、電極の容量結合を測定するステップも備えることができ、該ステップは、
−電極の電荷の代表的な測定値の取得と、
−電極の励起電位を使用することによる電荷の前記代表的な測定値の復調と、を備える。

他の態様によれば、複数の電極を備える容量検出装置であって、複数の電極が、それらの近傍の物体の検出を容量結合によって可能にし得る容量検出装置が提案され、該装置は、異なる励起電位により前記電極の少なくとも一部を同時に分極できる励起手段を更に備え、前記励起電位は、これらの励起電位のうちの少なくとも２つの所定の継続時間にわたるスカラー積がゼロである或いは前記所定の継続時間にわたるこれらの励起電位のうちの一方及び／又は他方のそれ自体とのスカラー積よりも非常に小さくなるように、基準電位に対して生成される。

本発明に係る装置は、
−測定手段も備えることができ、該測定手段は、それらが連結される電極と同じ励起電位に基準付けられる。
−測定手段に連結されるとともに、基準電位に基準付けられる容量結合の代表的な測定値をもたらすことができる復調手段も備えることができる。

実施形態によれば、本発明に係る装置は、少なくとも１つの電極を、
−幾つかの異なる励起電位で、及び／又は、
−少なくとも１つの励起電位で或いは基準電位で分極できるようにする手段も備えることができる。

他の態様によれば、容量検出のための装置を備えて、本発明に係る方法を実施する機器が提案される。

実施形態によれば、本発明に係る装置は、ディスプレイスクリーンと、第１の励起電位で分極される第１のほぼ透明な電極とを第１の面上に備えるとともに、第２の励起電位で分極される第２の電極を第１の面とは反対側の第２の面上に備えることができる。

装置は、特に、以下のタイプ、すなわち、スマートフォン、タブレットのうちの１つであってもよい。

実施形態によれば、本発明に係る装置は、互いに対して移動できる複数のモジュールを備えることができ、各モジュールは、他のモジュールとは異なる励起電位で分極される電極を備える。

本発明の他の利点及び特徴は、決して限定的ではない実施形態の詳細な説明及び以下の添付図面を読むと明らかになる。
本発明の第１の実施形態を示す。 本発明の第２の実施形態を示す。 本発明の実施のための電子機器の回路図を示す。 測定値の取得の予定表を示す。

無論、与えられた本発明の実施形態及びこれらの実施形態に記載される電極の分布及び配置は、決して限定的ではない。これらの実施形態は、単に典型的な一例として与えられる。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

例えば、この実施形態は、例えば幾つかのスクリーン又は１つのスクリーン及びボタン等の高感度領域などを含む電話、スマートフォン、ＰＣタブレットなどの電子装置２又は機器２における本発明の実施に対応する。

図１に示される例では、断面で与えられる機器２がスマートフォン又はＰＣタブレットを表す。この機器はディスプレイスクリーン４を有する第１の面を備え、ディスプレイスクリーン４にはその表面上にわたって（例えばマトリックス配列を成して）分布される第１の透明な容量電極５が設けられる。これらの第１の電極５及びそれらの関連する電子機器は、ディスプレイスクリーン４上におけるコマンド物体１の位置、距離３、及び／又は、接触を検出できるようにする。コマンド物体１は例えばユーザの指であり得る。検出された位置及び距離は、その後、機器２のヒューマンマシンインタフェースの制御ソフトウェアによってコマンド用語へと変換される。

標準的なやり方で、装置は、スクリーンの第１の電極５の背後に位置される第１の導電性ガード面６を、これらの電極５と機器２の他の要素との間に備える。この第１のガード６は、第１の電極５と電子機器１２などの機器２の内部要素との間の寄生容量結合を回避するために、第１の電極５と同じ励起電位で分極される。

励起電位は、機器２の電子機器１２の一般的な質量に対応する基準電位１３に対して規定される。バッテリ給電式の携帯型機器の場合には、アースとの電気的な連結又は有意な結合を欠くと、この基準電位１３がアースに対して浮いていることに留意すべきである。

また、機器２は、スクリーン４を支持する面とは反対側の第２の面１４上にわたって（例えばマトリックス配列を成して）分布される第２の電極７も備える。これらの第２の電極７は、第２のディスプレイスクリーン上に重ね合わされる透明電極、又は、機器２のケースに単に備わる電極であってもよい。

これらの第２の電極７及びそれらの関連する電子機器は、それらの環境内の物体の位置、距離３、及び／又は、接触を検出できるようにする。

また、機器２は、スクリーンの第２の電極７の背後に位置される第２の導電性ガード面８も、これらの電極７と機器２の他の要素との間に備える。この第２のガード８は、第２の電極７と電子機器１２などの機器２の内部要素との間の寄生容量結合を回避するために、第２の電極７と同じ励起電位で分極される。

機器２は、側面上に第３の電極１０，１１を備えることもできる。

スクリーン４が（例えば）使用される場合、第２の面１４及び側面は、手の中で機器２を保持するために或いは機器を手の掌の上に置くために或いは更にはテーブル又は床の上に機器を置くために好まれる場所である。

第１の電極５のみを備える従来技術の装置は、それらが保持される或いは下に置かれるときに電子機器１２の一般的な質量がユーザの身体に及び／又は支持体に（電気的接触によって或いは容量結合によって）結合されるように形成される。これらの状態下では、基準電位１３がユーザの身体及び／又はアースの電位にほぼ対応するようにすることが可能である。このとき、指又はユーザにより保持される導電物体は、ほぼ基準電位１３のコマンド物体１を構成し、したがって、第１の電極５によって最良の状態下で検出され得る。

図１に示されるような機器２が例えば第２の電極７の側にある手又はテーブルなどの支持体９上に配置されると、強力な容量結合が支持体９とこれらの電極７との間にもたらされる。その結果、機器２の内部基準電位１３に対して、支持体９は、第２の電極７の励起電位で分極されるように見える。これまでと同じ議論によれば、コマンド物体１は、機器２の内部基準電位１３に対して、支持体９とほぼ同じ電位で、すなわち、第２の電極７の励起電位で分極されると「わかる」。励起電位が従来技術の装置の場合のように全ての電極に関して同一である場合、コマンド物体１は、電極との容量結合をもはや形成せず、したがって、もはや検出され得ない（或いは、少なくとも大幅に低下した性能を伴ってしか検出され得ない）。

以下で詳述される本発明によって実施される解決策は、第１の電極５及び第２の電極７に関する数学的な意味で略直交する異なる励起電位の生成を含む。

側面上の第３の電極１０，１１に関しては、特に機器２がスマートフォン又はタブレットであるときに、異なる選択肢が可能である。断面又は断面図によれば、
−機器２は、図１に示されるように、第１及び第２の面４，１４へ向けてそれぞれ別個の第３の電極１０，１１を備えることができる。この場合、第３の電極１０のうちの１つは、第１の電極５の励起電位にあることができ、また、第３の電極１１のうちの１つは、第２の電極７の励起電位にあることができ；
−機器２が側面の少なくとも一部を覆う第３の電極１０又は１１のみを備えることが可能である。この場合、この第３の電極は、第１の電極５の励起電位にあることができ或いは第２の電極７の励起電位にあることができる。第３の電極は、随意的に、第１及び／又は第２の電極の測定から生じる情報の項目に応じて、一方の励起電位から他方の励起電位へと切り換えられ得る。第３の電極１０又は１１は、第１及び第２の電極の励起電位とは異なる励起電位にあることもできる。

側面に沿って、第３の電極は、機器２を取り囲むリングを構成することができ、或いは、これらの側面上にわたって分布される幾つかの電極を備えることができる。

ここで、図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

この実施形態は、例えば、互いに対して及びそれらの環境に対して移動できるモジュール２１，２２における本発明の実施に対応する。このタイプの構成は、例えばロボットにおいて或いはスキャナなどの移動部品を含む医用撮像機器において見出され得る。

例えば、医用撮像のためのロボットにおいては、同じ患者の近くで動作する幾つかのモジュール２１，２２又は幾つかのロボット２１，２２を利用することが必要な場合がある。各モジュール２１，２２は、衝突を回避するために及び／又はその動きを衝突させずに自律させるために電極５，７を伴う少なくとも１つの容量検出領域２３，２４を有する。モジュール２１の容量検出領域２３が他のモジュール２２の検出領域２４を標的物体として認識して、これらのモジュール間の衝突のリスクを回避することも必要である。

この場合も先と同様に、モジュール２１，２２のそれぞれの検出領域２３，２４の容量電極が従来技術のシステムの場合と同じ励起電位に晒される場合には、これらの電極間の容量結合は存在せず、また、これらの電極は互いを検出できない。

以下で詳述される本発明によって実施される解決策は、異なるモジュール２１，２２の検出領域の電極に関する数学的な意味で略直交する異なる励起電位の生成を含む。異なるモジュール２１，２２の測定は、１つの同じ容量測定装置２５によって管理される。

無論、図１に示されるように、図２のモジュール２１，２２には幾つかの面上に幾つかの検出領域又は電極を設けることもできる。この場合、１つの同じモジュールの領域及び／又は異なるモジュールの領域の間の相互干渉を引き起こさないように、検出領域を以下で説明されるように管理することができる。

ここで、図３を参照して、本発明の実施のための回路図１２について説明する。

この図は、文献である仏国特許出願公開第２７５６０４８号明細書の教示内容に基づき、実施の詳細に関してはこの文献が参照されてもよい。

与えられた図は、複数の平行な測定経路を備える。図３は、２つの測定経路を伴う一例を示す。

各測定経路は、１つ或いは複数の電極での測定の制御及び測定値の取得、並びに、これらの電極のための異なる励起電位の生成を可能にする。

無論、図３における図は、
−任意の数の平行な測定経路を実施するため、
−異なる測定経路に関して、任意の数の異なる励起電位を実施するため、
−同じ励起電位で分極される電極での幾つかの測定値の取得を同時に可能にするべく同じ励起電位を伴う平行な測定経路を実施するために、一般化され得る。

ここで、第１の測定経路のための図について詳しく説明する。この場合、丸括弧内の参照数字は第２の測定経路に対応する。

検出電子機器１２は、励起電位４２（４３）に基準付けられる「フローティング」として知られる部分３２（３３）を備え、この部分３２（３３）は、電極に最も近い第１の測定ステップを備える。励起電位４２（４３）は、電子機器１２の基準電位１３に基準付けられる経時的に変化可能な電圧源３０（３１）によって生成される。

フローティング電子機器３２（３３）は、励起電位４２（４３）に基準付けられる電荷増幅器３４（３５）を本質的に備える。この電荷増幅器３４（３５）は、測定電極５（７）への入力に連結される。電荷増幅器は、電極５（７）付近の物体１（９）により生み出される結合容量によって決まる電極５（７）内の蓄積電荷に比例する電圧を生成できるようにする。

また、フローティング電子機器３２（３３）は、単一の測定経路を用いて複数の電極５（７）を連続的に「ポーリング」できるようにするマルチプレクサ４４（４５）又はスキャナも備える。このマルチプレクサ４４（４５）は、
−測定値を取得するために電荷増幅器３４（３５）の入力に対して電極５（７）を連結するようになっており、
−或いは、基準電位４２（４３）に対して電極５（７）を連結するようになっており、この場合には、対応する電極がガード電極６（８）のように振る舞い、それにより、電荷増幅器３４（３５）の入力に連結される活性電極との寄生容量の出現を回避することができる。

電荷増幅器３４（３５）の出力信号は励起電位４２（４３）に基準付けられる。この出力信号は、差動増幅器３６（３７）によって、基準電位１３に基準付けられる信号へと変換される。無論、差動増幅器３６（３７）を、異なる基準電位を有する電子ステージ間で信号を転送できるようにする任意の他の構成要素に置き換えることができる。

その後、測定信号は、電極５（７）と物体１（９）との距離又は電極５（７）と物体１（９）との結合を表す測定値４０（４１）をもたらすために復調器３８（３９）によって復調される。実際には、復調器３８（３９）はデジタルである。

この検出原理は、電極５（７）に近い電子素子の全てが励起電位４２（４３）に基準付けられる及び／又は励起電位４２（４３）で分極されるため、非常に高い感度で且つ非常に高い精度で測定値をもたらすことができるようにする。電荷増幅器３４（３５）の構造に起因して、電極５（７）も励起電位４２（４３）で分極される。したがって、寄生容量が出現し得ない。また、励起電位４２（４３）で分極されるガード電極６（８）を含むガード要素は、他の電位に晒されているすぐ近くの要素との寄生容量の出現を回避するために、測定電極５（７）付近又はそれらの接続トラック付近に付加され得る。

図３における電子機器は、例えば、
−１つの面４，１４の電極の全てが１つの同じ電子測定経路によって制御されるように、図１における装置に実装できる。したがって、この示された構成によれば、第１の測定経路が第１の面６の第１の電極５の全てを制御し、また、第２の測定経路が第２の面１４の第２の電極７の全てを制御する。
−１つの面４，１４の電極が複数の領域で分布されて幾つかの電子測定経路によってそれぞれ制御されるように、図１における装置に実装できる。これにより、精度を向上させることができるとともに、異なる領域における測定の独立性を高めることができる。
−側部電極１０，１１が第１及び第２の測定経路によってそれぞれ制御されるように、
−側部電極１０，１１が随意的に切り換え手段によって第１の測定経路又は第２の測定経路に連結されるように、図１における装置に実装できる。切り換えは、他の電極から生じる情報の項目に応じて行うことができる。
−側部電極１０，１１が第３の測定経路によって制御されるように、図１における装置に実装できる。

同様に、例えばモジュール２１，２２の電極の全てが１つの同じ電子測定経路によって制御されるように、図３における電子機器を図２における装置に実装できる。したがって、この示された構成によれば、第１の測定経路が第１のモジュール２１の第１の電極５の全てを制御し、また、第２の測定経路が第２のモジュール２２の第２の電極７の全てを制御する。

前述したように、本発明の主題は、その一部がユーザ又は標的と強く結合されてもよい複数の検出領域を管理できるようにする方法を提供することである。

本発明の第１の変形実施形態によれば、他の検出領域の電極を用いて測定値が取得されるときに、１つ以上の検出領域の電極の全てが基準電位１３へと切り換えられる。したがって、図２の場合のような直接的な結合によって或いは図１の場合のようなコマンド物体との結合によって、相互干渉を引き起こす検出領域を回避することができる。

より具体的には、図２の図を参照すると、これは、励起電位４３を例えば基準電位１３へ切り換えることによって有利に行うことができる。実際には、これは、特に電圧源３１を短絡させることによって行うことができ、このことは、電圧源をＯＦＦに切り換えること或いはゼロ電圧を生成することを意味する。したがって、この励起電位４３に基準付けられる要素の全ては、ガード要素８を含めて、基準電位１３に設定される。

本発明のこの第１の変形は、以下のように図１における実施形態で実施され得る。
−第２の電極７の励起電位４３が基準電位１３へ切り換えられ、それにより、第２の面１４の第２の電極７がこの基準電位１３に設定される；
−第１の電極５を用いて測定が行われる。したがって、電話を（例えば）その第２の面１４によって保持しているユーザの手９に対して第２の電極７が強力に結合される場合であっても、最適な状態下で第１の電極５を用いて指１を検出することができる。これは、ユーザがこれらの電極によって基準電位１３にあると「わかる」からである。
−その後、同じようにして、第１の電極５の励起電位４２が基準電位１３へ切り換えられ、それにより、第１の面４の第１の電極５がこの基準電位１３に設定され、それから、第２の電極７を用いて測定が行われる。したがって、装置は、その両方の面で、随意的には同じ方法で保持されて使用され得る。

本発明の第１の変形は、以下のように図２における実施形態でも実施され得る。
−第２の電極の励起電位４３が基準電位１３へ切り換えられ、それにより、第２のモジュール２２の第２の電極７がこの基準電位１３に設定される；
−第１のモジュール２１の第１の電極５を用いて測定が行われる。したがって、これらの第１の電極５は、検出領域２４に沿うなど、第２のモジュール２２の存在に対するのと同じように、環境の残りの部分に関して感度が良い。
−その後、同じようにして、第１の電極５の励起電位４２が基準電位１３へ切り換えられ、それにより、第１のモジュール２１の第１の電極５がこの基準電位１３に設定され、それから、第２のモジュール２２の第２の電極７を用いて測定が行われる。

無論、時分割多重化及び異なる検出領域の走査の方策の全ては、本発明の範囲内で実施され得る。

しかしながら、本発明のこの第１の変形は、異なる検出領域の電極を連続的に起動させてポーリングしなければならないという欠点を有する。

ここで、幾つかの検出領域でこれらの領域間の干渉のリスクを最小にしつつ測定を同時に行うことができるようにする本発明の好ましい実施形態に対応する第２の変形が与えられる。

図４を参照すると、検出電子機器の第１の経路の復調器３８の出力４０で得られる（デジタル）結合信号に対して名前Ｖ_ｅ１（ｌ）が与えられ、この結合信号は、容量結合の典型的な測定値又は第１の測定電極５と対象物体１との間の距離の典型的な測定値を与える。

より一般的には、検出電子機器の経路ｉ（ｉ＝１，２，．．．）から生じる結合信号に対して名前Ｖ_ｅｉ（ｌ）が与えられる。

結合信号Ｖ_ｅｉ（ｌ）は、後述するように、復調器３８における測定値の蓄積継続時間τ_ｅ以上の時間間隔をもって更新される。結合信号は、例えば、
−同じ第１の電極５を用いて取得される一連の測定値に対応し、或いは、
−同じ基準電位４２で分極されてマルチプレクサ４４によって切り換えられる異なる第１の電極５を用いて取得される連続する測定値に対応する。

基準電位１３に基準付けられるアナログ電荷測定信号に対して名前Ｕ_ｓ１（ｔ）が与えられ、このアナログ電荷測定信号は差動増幅器３６の出力で現れる。

より一般的には、検出電子機器の経路ｉ（ｉ＝１，２，．．．）の電荷測定信号に対して名前Ｕ_ｓ１（ｔ）が与えられる。

この電荷測定信号Ｕ_ｓ１（ｔ）は、測定電極（すなわち、経路ｉ＝１に関しては電極５）で蓄積される電荷Ｑ_ｅｉ（ｔ）と電荷増幅利得Ｇ_ｅｉとの積に対応する。すなわち、

又は、時間間隔τ_ｓをもってサンプリングされたデジタル型式では、

電荷測定信号は、結合信号Ｖ_ｅｉ（ｌ）を得るために（経路１に関しては）復調器３８で復調される。この復調は、関連する経路の励起信号が局部発振器３０，３１として使用される同期振幅復調（ローパスフィルタ及びベースバンド転位）である。この復調はデジタルで行われる。復調は、対応する経路ｉの電荷測定信号Ｕ_ｓｉ（ｋ）と励起信号Ｖ_ｉ（ｋ）との項間乗算（ｔｅｒｍ−ｔｏ−ｔｅｒｍ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）、及び、蓄積時間間隔τ_ｅにわたる積の項の総和とを含む。すなわち、

この場合、ｋ＝０…Ｎ_ｓ−１及びＮ_ｓ＝τ_ｅ／τ_ｓである。

励起信号Ｖ_ｉ（ｋ）は、振幅項とその時間形を規定する基底関数ｂ_ｉ（ｋ）との積の一般形式で書き表すことができる。すなわち、

前述したように、基準電位１３とは異なる電位で分極される要素の存在は、測定値を歪める可能性がある。これらの歪みは、測定電極を異なる干渉電圧源に関連付ける等価容量によってほぼ並行してモデリングされ得る。

例えば、図３における場合には、更なる電気的干渉源Ｖ_ｐを考慮に入れて、対象物体１の存在下において第１の励起電位Ｖ_ｉ（ｔ）で分極される第１の電極５で測定された電荷を以下のように表すことができる。すなわち、

容量Ｃ_１１は、電極５と基準電位１３にあると想定される対象物体１との間で測定されるべき容量である。容量Ｃ_１２は、例えば対象物体１と第２の励起電位Ｖ_２（ｔ）で分極される第２の電極７（及びガード電極８）との間の部分結合に起因する寄生容量である。同様に、容量Ｃ_１ｐは、更なる電気的干渉源Ｖ_ｐとの結合に起因する寄生容量である。

更なる電気的干渉源Ｖ_ｐは、例えば充電器に対する携帯機器の接続に起因し得る。
対象物体１には、例えば、
−その動作と関連付けられる干渉に起因して、電圧源が存在する場合があり、
−対象物体１がそれ自体の励起電位で分極される能動的なスタイラスである場合には、対象物体１に存在する電圧源が、対象物体の動作のために意図的に生成される場合もある。

このとき、スタイラスのこの励起電位は、測定経路の少なくとも１つに関して或いは順次に連なる幾つかの測定経路に関して測定に寄与するように或いは測定を向上させるように選択され得る。この場合、スタイラスのこの励起電位は、少なくとも１つの測定経路の電極の励起電位と同期し得る。

測定された電荷は、因数分解されたデジタル形式で書き改められ得る。すなわち、

式６と式３とを組み合わせることにより、結合信号の式が得られる。

この式は、以下の形式で書き改められ得る。

式４と式８とを組み合わせることにより、結合信号の式が最終的に得られる。

この式は、以下の形式の励起電位Ｖ_ｉの任意の数ｉに関して一般化され得る。

励起電位ｉにのみ依存する結合信号Ｖ_ｅｉ（ｌ）の一般式の第１の項は、測定することが望ましい値に対応する。

他の励起電位ｊ又は更なる干渉信号Ｖ_ｐに依存する他の項は寄生項であり、その影響は最小限に抑えられなければならない。

表記を簡略化するために、以下のように基底関数ｂ_ｉの次元Ｎ_ｓのベクトル空間にわたってスカラー積を規定することができる。

このとき、関数ｂ_ｉのノルムは以下の通りである。

したがって、結合信号Ｖ_ｅｉの一般式における干渉の影響を最小限に抑えるために、２つの異なる基底関数ｂ_ｉ，ｂ_ｊのスカラー積（例えば異なる測定経路に対応する）が無視できる或いは対象の電極の励起信号Ｖ_ｉの基底関数ｂ_ｉのノルムよりも少なくとも非常に小さくなるように励起信号Ｖ_ｉが選択されなければならないことがわかる。すなわち、

である。

無論、励起電位Ｖ_ｊで分極される電極を用いて測定を同時に行うことが望ましい場合には、対称条件を満たすことも必要である。すなわち、

である。

同じ論法を干渉信号Ｖ_ｐに関して当てはめることができる。ただし、この信号を（理論的に或いは測定に起因して）十分に知ることができる場合に限る。測定値に対する干渉信号の影響は、励起信号Ｖ_ｉを干渉信号Ｖ_ｐとのそのスカラー積が無視できる或いは励起信号Ｖ_ｉのノルムよりも少なくとも非常に小さくなるように選択できれば、最小限に抑えることができる。

これらの基準を満たすことができる或いはこれらの基準に少なくとも近づけることができるようにする全ての基底関数を本発明の範囲内で使用できる。

各測定経路ｉにより検出される信号の他の項に対する良好な独立性を確保するため、例えば−２０ｄＢ以下程度の或いは−３０ｄＢ又は−４０ｄＢ以下程度のデシベル比率

を得るように基底関数ｂ_ｉを選択することができる。したがって、寄生源に起因する結合信号の振幅に対する干渉は、このデシベル値を超えない。

基底関数は、＋１及び−１などの２つの値をとることができる離散関数であってもよい。

基底関数は、
＋１；１／ｒｏｏｔ（２）；０；−１／ｒｏｏｔ（２）；−１
などの離散値のより完全な組をとることができる離散関数となることもできる。

これは、連続するインデックスｋに関して隣り合う値を選択することによって、高周波へと向かう生成エネルギースペクトルの更に良好な制御を可能にする。また、これにより、真正な正弦曲線に近づく関数を生成することもできる。

ここでは、非限定的な例として、基底関数を生成するために使用され得る基準が与えられる。すなわち、
−周期的な方形波信号パターン或いはほぼ正弦曲線を生成するように基底関数ｂ_ｉを選択することができる。このとき、各基底関数ｂ_ｉを本質的に周波数ｆ_ｉによって表すことができる。この場合、
−選択は、周波数ｆ_ｉを互いから遠ざけるように行うことができ、或いは、周波数は、異なる基底関数ｂ_ｉ間で直交性を得るべく適切な態様で選択され得る；
−２つの励起電位を生成するために、同一の周波数ｆ_１、ｆ_２有するが９０度の位相シフトを有する信号を生成することができる。このとき、信号は直角位相を成す。
−基底関数ｂ_ｉは、エネルギーピークを最小にするように或いはスペクトルを平滑化するように選択され得る。装置により特定の周波数で放射されるエネルギーを最小限に抑えることができるようにする周波数分散法を使用することができる。この場合、
−基底関数ｂ_ｉは、１／ｆ雑音がシステムに悪影響を及ぼす低い周波数のエネルギーを最小限に抑えるべく、及び／又は、電磁両立性又は電磁消費の理由により高い周波数のエネルギーを回避するように選択され得る；
−前述した方法のそれぞれにおいて、選択は、寄生干渉Ｖ_ｐに晒されるスカラー積の項を最小にして寄生干渉の影響を最小限に抑えるべく方向付けることもできる。

装置での実施に関して、
−基底関数ｂ_ｉを予め計算して装置に記憶させることができ、それにより、装置は、更なる計算を伴うことなく、これらの基底関数をリアルタイムで利用できる；
−関数の幾つかの組を先だって利用できる。このとき、これらの基底関数間の選択は、干渉信号Ｖ_ｐの影響の最小化などの基準にしたがって行うことができる。すなわち、
−必要に応じて、結合信号Ｖ_ｅｉ（ｌ）の一連の取得間で、したがって周期τ_ｅ間で、基底関数の異なる組同士の間を切り換えることができる。図２の図において、このことは、励起源３０，３１により生成される信号の形状を経時的に変えること、或いは、異なる励起源３０，３１を切り換えることを意味する。したがって、装置全体をその環境に応じて動的に再構成することができる。

電極が基準電位１３で分極される変形実施形態は、交差項のスカラー積を最小にする分極電位の生成の基準にしたがうことに留意すべきである。実際に、ｂ_ｉが測定のために使用される電極の分極電位の基底関数であり、ｂ_ｊが基準電位の電極の基底関数である場合には、ｂ_ｊ＝０、ｂ_ｉ・ｂ_ｊ＝０であり、そのため、式１３にしたがって｜ｂ_ｉ｜≫ｂ_ｉ・ｂ_ｊである。

無論、この場合には、基準電位１３で分極される電極を用いた同時測定が行われず、したがって、式１４の対称条件を満たす必要がない。

適用例として、以下の条件下で本発明を実施できる。
τ_ｓ＝５μｓ
τ_ｅ＝８ｍｓ
Ｎ_ｓ＝１６００

また、特に以下の一群の励起電位を生成することもできる。この場合、ｋ＝０…Ｎ_ｓ−１である。
−２つの異なる直交する周波数に関し、
ｂ_１（ｋ）＝＋１；＋１；−１；−１；＋１；＋１；−１；−１；…１９９回繰り返され；
ｂ_２（ｋ）＝＋１；＋１；＋１；＋１；−１；−１；−１；−１；…１９９回繰り返される。
−２つの同一の周波数及び直交信号に関し、
ｂ_１（ｋ）＝＋１；＋１；−１；−１；＋１；＋１；−１；−１；…１９９回繰り返され；
ｂ_２（ｋ）＝−１；＋１；＋１；−１；−１；＋１；＋１；−１；…１９９回繰り返される。

無論、本発明は、今しがた説明してきた例に限定されず、また、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に対して多くの調整を行うことができる。

Claims (16)

1. 複数の電極（５，７）を使用する容量検出のための方法であって、前記電極は、それらの近傍の1つ以上の物体（１，２１，２２）の検出を容量結合によって可能にし得る方法において、
   少なくとも第１の面及び第２の面に沿って、前記複数の電極（５，７）を形成し、
   前記第２の面上の前記電極の少なくとも一部を第２の励起電位で分極し、
   前記第１の面上の前記電極（５，７）の少なくとも一部を第１の励起電位で同時に分極するステップを備え、前記励起電位（４２，４３）は、これらの励起電位（４２，４３）の所定の継続時間にわたるスカラー積がゼロであるように、基準電位（１３）に対して生成されることを特徴とする方法。
2. 生成される前記励起電位（４２，４３）は、経時的に変化可能な少なくとも１つの励起電位を備える請求項１に記載の方法。
3. 生成される前記励起電位（４２，４３）は、異なる周波数の周期的な励起電位を備える請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 生成される前記励起電位（４２，４３）が少なくとも１つの励起電位を備え、該励起電位の周波数成分がスペクトル帯域にわたって広げられる請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 生成される前記励起電位（４２，４３）は、直角位相を成す同じ周波数の２つの周期的な励起電位を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 生成される前記励起電位（４２，４３）が少なくとも１つの励起電位を備え、該励起電位の干渉信号とのスカラー積が最小化される請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 生成される前記励起電位（４２，４３）は、基準電位にほぼ等しい少なくとも１つの励起電位を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 電極（５，７）の容量結合を測定するステップも備え、該ステップは、
   電極の電荷の代表的な測定値の取得と、
   前記電極（５，７）の励起電位（４２，４３）を使用することによる電荷の前記代表的な測定値の復調と、を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 複数の電極（５，７）を備える容量検出のための装置であって、前記電極は、それらの近傍の１つ以上の物体（１，２１，２２）の検出を容量結合によって可能にし得る装置において、
   前記装置の少なくとも第１の面と第２の面であって、前記複数の電極が、少なくとも前記第１の面と前記第２の面に沿って形成されており、前記第２の面上の前記電極の少なくとも一部が、第２の励起電位で分極されるように構成されている、前記少なくとも第１の面と第２の面、及び
   異なる励起電位（４２，４３）により前記第１の面上の前記電極（５，７）の少なくとも一部を第１の励起電位で同時に分極できる励起手段（３０，３１）を備え、前記励起電位（４２，４３）は、これらの励起電位（４２，４３）の所定の継続時間にわたるスカラー積がゼロであるように、基準電位（１３）に対して生成されることを特徴とする装置。
10. 測定手段（３４，３５，３６，３７）も備え、該測定手段は、それらが連結される電極（５，７）と同じ励起電位（４２，４３）に基準付けられる請求項９に記載の装置。
11. 前記測定手段（３４，３５，３６，３７）に連結されるとともに、前記基準電位（１３）に基準付けられる容量結合の代表的な測定値をもたらすことができる復調手段（３８，３９）も備える請求項１０に記載の装置。
12. 少なくとも１つの電極を
    幾つかの異なる励起電位（４２，４３）で、及び／又は、
    少なくとも１つの励起電位（４２，４３）で或いは基準電位（１３）で分極できるようにする手段も備える請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 請求項９から１２のいずれか一項に記載の容量検出のための装置を備えて、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実施する機器。
14. ディスプレイスクリーンと、第１の励起電位（４２）で分極される第１のほぼ透明な電極（５）とを前記第１の面（４）上に備えるとともに、前記第２の励起電位（４３）で分極される第２の電極（７）を前記第１の面とは反対側の前記第２の面（１４）上に備える請求項１３に記載の機器。
15. 以下のタイプ、すなわち、スマートフォン、タブレットのうちの１つである請求項１４に記載の機器。
16. 互いに対して移動できる複数のモジュール（２１，２２）を備え、前記各モジュールは、他のモジュール（２１，２２）とは異なる励起電位（４２，４３）で分極される電極（５，７）を備える請求項１３に記載の機器。

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