JP6464498B2 - 容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステム - Google Patents

容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステム Download PDF

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Description

本発明は、容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステム(Integrated Communication and Capacitive Sensing Circuit)に関する。
図1は従来の通信技術に用いられる送受信装置を示す回路図である。図1を参照すれば、送受信装置は、アンテナ101と、転送回路102と、変調回路103と、増幅回路104と、フィルター回路105と、コンパレータ回路106と、復調器回路107とを備える。アンテナ101により信号が受信されると、増幅回路104により受信された信号の前置増幅が行われた後、フィルター回路105及びコンパレータ回路106により前置増幅された信号に対する波形処理が施され、最後に復調器回路107により復調されて受信データが得られる。また、データの伝送が必要な場合、伝送するデータはまず変調回路103により変調され、その後、転送回路102による信号処理を経て、アンテナ101から出力される。
しかしながら、前述した従来の回路では、すなわち、タッチ制御機能及びデータを送受信させる通信機能を同時に達成させる場合、実際の回路は上述の図1の回路ブロックにタッチ制御を担うブロックをもう1つ加えねばならない。このため、タッチ制御機能及びデータを送受信させる通信機能を同時に達成させると、回路が複雑化し、回路が占める面積が大きくなり、製品の体積が大きくなりすぎたり、重くなりすぎるといった問題があった。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的かつ効果的に課題を改善する本発明の提案に到った。
本発明は、以上の従来技術の課題を解決する為になされたものである。即ち、本発明は、容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステムを提供することを主目的とする。すなわち、極少ない部材により、通信及び容量性感知効果を達成させる。
また、本発明の他の目的は、容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステムを提供することにある。すなわち、部材数を減らすことで、製品の体積の縮小を達成させる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る容量性感知と通信を具備する統合回路は、マイクロプロセッサーと、感知電極と、共振回路とを備える。マイクロプロセッサーは第一入力出用ピン及び第二入力出用ピンを含む。感知電極はマイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される。共振回路は入力端及び出力端を含む。共振回路の入力端はマイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気的に接続される。共振回路の出力端は感知電極に電気的に接続される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンは感知電極に対する充放電状態に基づいて、感知電極の容量の変化の判定を行う。データの出力が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンは伝送データに基づいて、高周波キャリアを出力させるか或いは出力させない。高周波キャリアは共振回路により共振されることにより、高周波キャリアの振幅が増幅される。
本発明に係るインタラクティブシステムは、第一インタラクティブデバイス及び第二インタラクティブデバイスを備える。第一インタラクティブデバイスは、第一容量性感知と通信を具備する統合回路を含み、第一容量性感知と通信を具備する統合回路は、第一マイクロプロセッサーと、第一感知電極と、第一共振回路とを含む。第一マイクロプロセッサーは第一入力出用ピン及び第二入力出用ピンからなる。第一感知電極は第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される。第一共振回路は入力端及び出力端を備え、第一共振回路の入力端は第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気的に接続される。第一共振回路の出力端は第一感知電極に電気的に接続される。第二インタラクティブデバイスは第二容量性感知と通信を具備する統合回路を含み、第二容量性感知と通信を具備する統合回路は、第二マイクロプロセッサーと、第二感知電極と、出力回路とを備える。第二マイクロプロセッサーは第一入力出用ピンで構成される。第二感知電極は第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される。出力回路は第二容量性感知と通信を具備する統合回路に電気的に接続される。第一容量性感知と通信を具備する統合回路は容量性感知が行われると、第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンは第一感知電極に対する充放電状態に基づいて、第一感知電極の容量値の変化の判定を行う。第一インタラクティブデバイスによりデータが出力されると、第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンは伝送データに基づいて、高周波キャリアを出力させるか或いは出力させない。高周波キャリアは第一共振回路により共振されることにより、高周波キャリアの振幅が増幅される。第二インタラクティブデバイスにより第一インタラクティブデバイスからのデータが受信されると、第二マイクロプロセッサーは第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより検知された容量値の不安定期間のパケットに基づいて、第二感知電極により受信された高周波キャリアのパケットの判断を行い、第一インタラクティブデバイスから伝送された伝送データのデコードを行う。伝送データに基づいて、第二容量性感知と通信を具備する統合回路により出力回路から出力された対応される出力効果の制御が行われる。
本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、マイクロプロセッサーは第三入力出用ピンを更に備える。容量性感知と通信を具備する統合回路はインピーダンス素子を更に含む。インピーダンス素子は第一端及び第二端を備え、その第一端はマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気的に接続され、且つインピーダンス素子の第二端はマイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定される。感知電極の電圧が第一共通電圧から第一電圧まで充電されると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定される。感知電極が第二共通電圧から第二電圧まで放電されると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定される。マイクロプロセッサーは感知電極が第一共通電圧から第一電圧まで充電されるのにかかった時間に加えて感知電極が第二共通電圧から第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、感知電極の容量の変化の判断を行う。なお、第一特定電圧は第一電圧に等しいかより高く、且つ第一電圧は第一共通電圧より高い。第二特定電圧は第二電圧に等しいかより低く、且つ第二電圧は第二共通電圧より低い。
本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、マイクロプロセッサーは第三入力出用ピンを更に備え、容量性感知と通信を具備する統合回路はインピーダンス素子を更に含む。インピーダンス素子は第一端及び第二端を備える。インピーダンス素子の第一端はマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気的に接続され、且つインピーダンス素子の第二端はマイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定され、これによりマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより前記感知電極に対する充電が行われる。第一所定の時間が経過すると、マイクロプロセッサーにより感知電極の第一時間電圧が記録された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定され、その後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定され、これによりマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより感知電極に対する放電が行われる。第二所定の時間が経過すると、マイクロプロセッサーにより前記感知電極の第二時間電圧が記録された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定され、その後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定される。マイクロプロセッサーは前記第一時間電圧及び前記第二時間電圧に基づいて、感知電極の容量の変化の判断を行う。なお、第一特定電圧は第一時間電圧に等しいかより高く、且つ第一時間電圧は第一共通電圧より高い。第二特定電圧は第二時間電圧に等しいかより低く、且つ前記第二時間電圧は第二共通電圧より低い。
なお、本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、容量性感知と通信を具備する統合回路はインピーダンス素子を更に備える。インピーダンス素子は第一端及び第二端を含む。インピーダンス素子の第一端はマイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続され、且つインピーダンス素子の第二端は共通電圧に電気的に接続される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより感知電極に対して第一電圧まで充電された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定される。感知電極が第一電圧から第二電圧まで放電されると、マイクロプロセッサーは感知電極が第一電圧から第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、感知電極の容量の変化の判断を行う。
また、本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、容量性感知と通信を具備する統合回路はインピーダンス素子を更に備える。インピーダンス素子は第一端及び第二端を含み、インピーダンス素子の第一端は前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続され、且つインピーダンス素子の第二端は共通電圧に電気的に接続される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより感知電極が第一電圧まで充電された後、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、所定の時間が経過すると、マイクロプロセッサーは感知電極が第一電圧から放電された電圧に基づいて、感知電極の容量の変化の判断を行う。
さらに、本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、上述のマイクロプロセッサーは第四入力出用ピンを更に備える。共振回路は、インダクタンスと、キャパシタと、抵抗器とを含む。キャパシタは第一端及び第二端からなり、インダクタンスの第一端はマイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気的に接続され、インダクタンスの第二端は感知電極に電気的に接続される。キャパシタは第一端及び第二端を備え、キャパシタの第一端はマイクロプロセッサーの第四入力出用ピンに電気的に接続され、キャパシタの第二端は感知電極に電気的に接続される。抵抗器は第一端及び第二端を含み、抵抗器の第一端はマイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気的に接続され、抵抗器の第二端はインダクタンスの第一端に電気的に接続される。データの出力が行われると、マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ第四入力出用ピンが共通電圧に設定される。容量性感知が行われると、マイクロプロセッサーの第二入力出用ピン及び第四入力出用ピンがハイインピーダンスに設定される。
本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路によれば、マイクロプロセッサーは、第一入力出用ピンにより検知された容量値の不安定期間のパケットに基づいて、感知電極により受信された高周波キャリアのパケットの判断を行い、外部回路から伝送された伝送データのデコードを行うために用いられる。
上述したように、本発明の特徴は、マイクロプロセッサーのピンから高周波キャリアが出力され、共振回路により共振されることにより、高周波キャリアの電界が増幅され、且つ感知電極により電界が射出される。また、マイクロプロセッサーの他のピンは、上述の感知電極によりキャパシタの感知を行う。このように、本発明に係る回路設計が同じ感知電極に応用されることにより、データの送受信を行う通信機能及び容量性感知機能が同時に達成される。
従来の通信技術に用いられる送受信装置を示す回路図である。 本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブシステムを示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201を示す回路の概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路301の作動波形を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る2個の感知電極を接近させる時を示す回路の概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係るデータ転送の波形を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路801の作動波形を示す概略図である。 容量性感知期間T_sense中に、感知電極803の充電/放電を示す概略図である。 容量性感知期間T_sense中に、感知電極803の充電/放電を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
(実施形態)
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図2は本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブシステムを示す概略図である。図2に示すように、インタラクティブシステムは第一インタラクティブデバイス201及び第二インタラクティブデバイス202を備える。第一インタラクティブデバイス201は4つの容量性感知電極203を有する。第二インタラクティブデバイス202は4つの容量性感知電極204を有する。本実施形態では、第一インタラクティブデバイス201及び第二インタラクティブデバイス202は、例えばそれぞれ1つのぬいぐるみである。使用者が上述の容量性感知電極203を指でタッチすると、第一インタラクティブデバイス201は音声を発したり動作を行う。同様に、使用者が上述の容量性感知電極204を指でタッチすると、第二インタラクティブデバイス202は音声を発したり動作を行う。以下の実施形態において、本来存在する容量性感知電極203及び204を利用して通信を行い、2つのインタラクティブデバイス201及び202は使用者の指によるタッチ、第一インタラクティブデバイス201の容量性感知電極203と第二インタラクティブデバイス202の容量性感知電極204との間の接触、第二インタラクティブデバイス202自身の2つの容量性感知電極204の相互の接触状況、及び第一インタラクティブデバイス201自身の2つの容量性感知電極203の相互の接触状況を識別可能である。
図3は本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201を示す回路の概略図である。図3に示すように、第一インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路301を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路301は、マイクロプロセッサー302と、感知電極303と、共振回路304とを含む。本実施形態では、マイクロプロセッサー302は第一入力出用ピン(IO1)及び第二入力出用ピン(IO2)を備える。感知電極303はマイクロプロセッサー302の第一入力出用ピンIO1に電気的に接続される。本実施形態では、共振回路304は、例えばインダクタンス305及び一キャパシタ306で構成される。インダクタンス305の一端はマイクロプロセッサー302の第二入力出用ピンIO2に電気的に接続され、他端はキャパシタ306の一端及び感知電極303に電気的に接続され、キャパシタ306の他端は共通電圧VSSに電気的に接続される。
図4は本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路301の作動波形を示す概略図である。容量性感知と通信を具備する統合回路301の作動は容量性感知期間T_sense及びデータ伝送期間T_transに分けられる。容量性感知T_senseが行われると、マイクロプロセッサー302の第二入力出用ピンIO2はハイインピーダンスとして設置される状態に維持される。マイクロプロセッサー302は先ず第一入力出用ピンIO1により感知電極303及びキャパシタ306に対して充電が行われる。続いて、電圧VDDまで充電されると、マイクロプロセッサー302により第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスとして設定され、感知電極303及びキャパシタ306により放電が開始される。同時に、マイクロプロセッサー302の第一入力出用ピンIO1により放電の電圧が検知される。感知電極303及びキャパシタ306がVDD/2まで放電されたのが検知されると、マイクロプロセッサー302は第一入力出用ピンIO1により感知電極303及びキャパシタ306に対する充電を再度開始させる。このように、充電及び放電が重複して行われる。容量性感知期間T_senseでは、感知電極303に使用者の指が接近すると、感知電極303の同等の容量が増加され、充放電時間も増加される。このため、マイクロプロセッサー302は第一入力出用ピンIO1の感知電極303に対する充放電時間の検知を行い、感知電極303の容量の変化の判定を行い、上述のインタラクティブデバイス201に使用者が接触したかどうかの判断を更に行う。
次は、データが出力(T_trans)されると、マイクロプロセッサー302の第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、マイクロプロセッサー302は伝送データに基づいて変調を行い、第二入力出用ピンIO2が高周波キャリアを出力させるか否かが決定される。高周波キャリアの周波数が共振回路304の共振周波数に近づくことにより、高周波キャリアが共振回路304により共振されることにより、高周波キャリアの振幅が増幅される。同時に、感知電極303により増幅された後の高周波キャリアが出力される。
本実施形態では、2つのインタラクティブデバイス201及び202の2個の感知電極を接近させる回路と、図5に示すように、すなわち、図5は本発明の好ましい実施形態に係る2個の感知電極を接近させる時を示す回路の概略図である。図5は2個の容量性感知と通信を具備する統合回路301及び501、及び2つの出力回路311及び511を図示する。容量性感知と通信を具備する統合回路301は上述の図3に図示し、出力回路311はマイクロプロセッサー302に電気的に接続される。容量性感知と通信を具備する統合回路501は、マイクロプロセッサー502と、感知電極503と、共振回路504とを備え、容量性感知と通信を具備する統合回路501の回路の作動と容量性感知と通信を具備する統合回路301とは類似するため、再述はしない。また、出力回路511はマイクロプロセッサー502に電気的に接続される。
本実施形態では、第一インタラクティブデバイス201内の感知電極は303であり、第二インタラクティブデバイス202の感知電極は503である。本実施形態の説明のために、ここでは先ず2個の感知電極303及び503が2つのぬいぐるみの手にそれぞれ設置され、且つ2つのぬいぐるみの手が相互に接近されるか接触されると仮定し、すなわち、2個の感知電極303及び503が接近された状態と仮定する。また、容量性感知期間T_sense内で、感知電極303から出力された高周波キャリアが感知電極503により受信されたと仮定する。この際、受信端の感知電極503により高速の電界の変化が受信され、マイクロプロセッサー502により感知電極503及びキャパシタ506の電圧が極短時間にVDD/2まで放電されたことが検知され、マイクロプロセッサー502は電圧VDDからVDD/2までにかかった時間(RC充放電時間)に基づいて、この際の容量値の変化が非常に小さいとの判断を下す。この場合は、物理現象が発生した可能性はないため、よって、この際、マイクロプロセッサー502は外界から今まさにデータが伝送されていると判定し、マイクロプロセッサー502が受信モードに切り換えられる。換言すれば、電界印加の影響により、マイクロプロセッサー502により高速且つ相当不安定な容量の変化が検知され、マイクロプロセッサー502によりこの場合は信号を受信させる必要があると判断され、且つ容量性感知と通信を具備する統合回路501がデータ受信モードに維持されるように制御される。
図6は本発明の好ましい実施形態に係るデータ転送の波形を示す概略図である。図6を参照すれば、波形601は伝送端から出力される波形である。本実施形態の伝送端は、例えば容量性感知と通信を具備する統合回路301であり、また、図6において、伝送端は例えば高周波キャリアが維持される時間の長さを利用して伝送データを表示させる。なお、図6の波形602は受信端によりキャプチャされるパケット波形を図示し、本実施形態の受信端は、例えば容量性感知と通信を具備する統合回路501である。本実施形態では、受信端のマイクロプロセッサー502はこの際容量性感知モードに維持され、伝送端により高周波キャリアが伝送されている場合、受信端の感知電極503により高速な電界の変化が受信され、感知電極503の電圧が極短時間にVDD/2に達したことがマイクロプロセッサー502により検知される。この際、マイクロプロセッサー502は電圧VDDからVDD/2までにかかった時間(RC充放電時間)に基づいて、この際の容量値が正常な容量値(本実施形態では、例えば感知電極503にキャパシタ506が加えられた容量値)より低いと推測される。伝送端により高周波キャリアが伝送されていない場合、受信端の感知電極503は外界の電界の影響を受けず、感知電極503及びキャパシタ506は一般的な充放電時間に維持される。このため、マイクロプロセッサー502によりこの際の容量値が不変に維持されていると(感知電極503にキャパシタ506が加えられた容量値)推測される。換言すれば、伝送端により高周波キャリアが伝送されると、受信端により非常に低い容量値が検知し続けられる。反対に、伝送端により高周波キャリアが伝送されていない場合、容量値が不変であることが受信端により検知される。これにより、伝送端から出力されたデータのパケットが受信端によりキャプチャされ、伝送端から出力される伝送データが復調される。
また、本実施形態では、上述の伝送データは例えばインタラクティブ命令や装置データ等である。受信端により伝送データが復調された後、マイクロプロセッサー502は伝送データに基づいて、出力回路511を駆動させて対応される出力効果を出力させ、対応されるインタラクティブな動作、例えば特定の音声を発したり、特定の動作を行わせる。本実施形態では、上述の伝送データは、例えばコード欄を含み、前記コード欄はインタラクティブデバイスのコードの記載に使用される。上述の実施形態を例にすると、上述の第一インタラクティブデバイス201及び第二インタラクティブデバイス202は、例えば異なる装置コードを有し、2つのぬいぐるみの手が相互に接触され(すなわち、2個の感知電極303及び503が近接される)、且つデータが伝送されると、受信端は伝送データ中のコード欄を参照し、第一インタラクティブデバイス201のコードを知ることができる。次いで、マイクロプロセッサー501により伝送端が他のインタラクティブデバイスであると判断され、且つ出力回路が駆動されて対応されるインタラクティブな動作が実行され、例えば出力回路が駆動されて「ハロー」という音声が再生される。
伝送データ中には装置コードが含まれるため、受信端のインタラクティブデバイスはコード欄に基づいて自身の感知電極が接触されたのか、それとも他のインタラクティブデバイスの感知電極が接触されたのかを知ることができ、後続のインタラクティブな動作の判断を行う。例えば、上述の第一インタラクティブデバイス201のぬいぐるみの両手に1個の感知電極がそれぞれ配置され、ぬいぐるみの一方の手がもう一方の手に触れると、内部のマイクロプロセッサー302は伝送データ中のコード欄のデータに基づいて、自身の感知電極が接触されたと判断を下し、且つ出力回路311が駆動されて対応されるインタラクティブな動作が実行され、例えば出力回路311が駆動されて「笑い声」の音声が再生される。換言すれば、本発明は2つのインタラクティブデバイスの間のインタラクティブな動作や、単一のインタラクティブデバイスによるインタラクティブな動作が実行可能である。
上述の図2の実施形態において、ぬいぐるみには4個の感知電極が配置される。本実施形態では、上述の伝送データ中には感知電極の位置データを更に含む。これにより、2個の感知電極からデータが伝送されると、受信端が装置コードを獲得する以外、感知電極の位置データも獲得でき、異なるインタラクティブな動作を行うことができる。例えば、第一インタラクティブデバイス201のぬいぐるみの手が第二インタラクティブデバイス202の足に触れると、内部のマイクロプロセッサーは伝送データ中の装置コードデータ及び感知電極の位置データに基づいて、他のインタラクティブデバイス中の足に配置される感知電極が接触されたと判断し、且つ出力回路が駆動されて対応されるインタラクティブな動作が行われ、例えば出力回路が駆動されて「怒ったぞ」という音声が再生される。
上述のコード欄は例えば伝送データ中の前文部分(preamble)に配置され、且つ固定のデータ形式を有する。このため、受信端により復調が行われると、前文部分によりデータの同期が行われ、この際に受信されたデータが外界の干渉信号であるかどうかが同時に判断される。
このほか、本実施形態の伝送データは例えば情報欄を更に含み、インタラクティブ命令や特定の情報等の記載に用いられる。例えば、伝送データ内にはぬいぐるみの名前(例えばマリー)を含む。インタラクティブデバイス201の手がインタラクティブデバイス202の手に接近すると、インタラクティブデバイス201は感知電極303により伝送データをインタラクティブデバイス202の感知電極に出力させる。伝送データが復調された後、インタラクティブデバイス202のマイクロプロセッサー502により出力回路が駆動させて対応されるインタラクティブな動作が実行され、「ハロー、マリー」等の音声が再生される。
上述の実施形態において、インタラクティブデバイスは例えば4個の感知電極を備え、且つ感知電極は例えばインタラクティブデバイスの手や足に分布される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、インタラクティブデバイスの感知電極の数量は製品設計に基づいて決定でき、且つ感知電極の位置も製品設計に基づいて決定できることが理解できる。例えば、感知電極がぬいぐるみの頭部や腹に配置されてもよい。また、上述の出力回路は例えばスピーカーであり、様々な特定の効果音が再生される等のインタラクティブな動作が実行される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、出力回路は例えば他の種類の駆動回路により、異なる形態のインタラクティブな動作が行われ、例えばぬいぐるみが駆動されて特定の動作や特定の照明効果等が実行されるようにすることができることが分かる。また、上述のインタラクティブデバイスはぬいぐるみを例にするが、但し、本技術分野で通常知識を有する者ならば、本発明を他の電子製品や家電製品等に応用することも可能であることが分かる。
上述の実施形態において、データ伝送期間T_trans内では、伝送端により例えば上述の伝送データに対する変調が行われた後、高周波キャリアを出力させるか否かが決定される。上述の図6を例にすると、伝送端には例えばパルス幅変調(Pulse Width Modulation、PWM)技術が採用され、例えば、デューティサイクルが長い場合は1と表示され、デューティサイクルが短い場合は0と表示される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、本発明は伝送データの変調方法が限定されていないことが分かる。本発明にはパルス幅変調技術以外にも、パルス位置変調(Pulse Position Modulation、PPM)技術、マンチェスタ(Manchester)符号化技術、バイフェーズ符号化(Bi Phase encoding)技術、または他のデジタル変調技術等も採用可能である。
本技術分野で通常知識を有する者が本実施形態の説明を通して、本発明を具体的に実現できるようにするため、以下では他の実施形態を例示して上述のインタラクティブデバイスの回路図を説明する。図7は本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図7を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路701を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路701は、マイクロプロセッサー702と、感知電極703と、共振回路704と、インピーダンス素子707とを含む。容量性感知と通信を具備する統合回路701の回路の作動は上述の図3の容量性感知と通信を具備する統合回路301に類似するため、同じ部分に関しては再述はしない。異なる点は、第一入力出用ピンIO1と共通電圧VSSとの間には、複数のインピーダンス素子707が電気的に接続される点である。本実施形態では、インピーダンス素子707は抵抗器を例にする。容量性感知と通信を具備する統合回路701が容量性感知期間T_senseに作動されると、抵抗器707により複数の回帰経路が提供され、容量性感知がより精確になる。
上述の容量性感知期間T_senseに、感知電極(303及び703)が共に電圧VDDからVDD/2まで放電されるのを例にするが、但し、本技術分野で通常知識を有する者ならば、上述の電圧VDD及び電圧VDD/2は異なる電圧値でもよく、例えば、上述の感知電極(303及び307)が電圧VDDから0.25VDDまで放電されるのでもよいことが理解できる。よって、本発明は上述の感知容量の充電及び放電の値に限定されない。
また、容量性感知期間内に、上述の実施形態は固定の放電目標電圧(VDD/2)を例にし、且つマイクロプロセッサーの入力出用ピンを利用して時間の計算を行い、これにより感知電極の容量値が変化したかどうかの判断を行う。しかしながら、上述の実施形態を参照すると、本技術分野で通常知識を有する者ならば、上述の実施形態において、マイクロプロセッサー(302及び702)は固定の放電時間で、マイクロプロセッサー(302及び702)の第一入力出用ピンIO1により感知電極が放電された電圧値の大きさの検知を行い、感知電極の容量値が変化したかどうかをさらに判断できることが理解できる。
なお、本技術分野で通常知識を有する者が本実施形態の説明を通して、本発明を具体的に実現できるようにするため、以下では他の実施形態を例示して上述のインタラクティブデバイスの回路図を説明する。図8は本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図8を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路801を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路801は、マイクロプロセッサー802と、感知電極803と、共振回路804と、インピーダンス素子807とを含む。マイクロプロセッサー802は本実施形態において、第一入力出用ピン(IO1)と、第二入力出用ピン(IO2)と、第三入力出用ピン(IO3)とを備える。感知電極803はマイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1に電気的に接続される。本実施形態では、共振回路804は例えばインダクタンス805及びキャパシタ806で構成され、上述の図3と同じである。インピーダンス素子807は本実施形態において、例えば以抵抗器で実施され、その一端はマイクロプロセッサー802の第三入力出用ピンIO3に電気的に接続され、他端は感知電極803に電気的に接続される。
図9は本発明の好ましい実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路801の作動波形を示す概略図である。図8及び図9を参照すれば、波形901はマイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1の波形である。容量性感知と通信を具備する統合回路801の作動は、容量性感知期間T_sense及びデータ伝送期間T_transに分けられる。データ伝送期間T_trans内では、マイクロプロセッサー802の第二入力出用ピンIO2の作動は上述の図3のマイクロプロセッサー302の第二入力出用ピンIO2と同じであるため、再述はしない。マイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1及び第三入力出用ピンは共にハイインピーダンスに設定される。また、データ伝送期間T_transにおいては、インタラクティブデバイスのインタラクティブ方式は上述の図5及び図6と同じであるため、再述はしない。
容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー802の第二入力出用ピンIO2はハイインピーダンスとして設定されるように維持される。容量性感知が開始されると、マイクロプロセッサー802により先ず第一入力出用ピンIO1が共通電圧VSSに設定される。次に、マイクロプロセッサー802により第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、同時に、第三入力出用ピンIO3が電圧VDDに設定され、感知電極803及びキャパシタ806に対する充電が行われる。この際、第一入力出用ピンIO1は感知電極803の電圧の検知に使用される。感知電極803及びキャパシタ806が第一電圧(例えば、VDD/2)まで充電されると、マイクロプロセッサー802により先ず第一入力出用ピンIO1が電圧VDDに設定され、次いで、マイクロプロセッサー802により第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサーの第三入力出用ピンIO3が共通電圧VSSに設定され、これにより感知電極803及びキャパシタ806が抵抗器807を経て放電を開始させる。この際、第一入力出用ピンIO1は感知電極803の電圧の検知に使用される。
続いて、感知電極803及びキャパシタ806が第二電圧(例えば、VDD/2)まで放電されると、マイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1が先ず共通電圧VSSに設定され、次に、マイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサー802の第三入力出用ピンIO3が電圧VDDに設定され、これにより感知電極803及びキャパシタ806が充電を開始させ、上述の充電及び放電作動が重複して行われる。図10は容量性感知期間T_sense中に、感知電極803の充電/放電を示す概略図である。感知電極803がタッチされていない状況においては、容量が改変されていないのと同等であるため、よって、第一入力出用ピンIO1により計測された電圧の波形は1つの周期性の波形であり、例えば波形1001である。導体または使用者により感知電極803がタッチされると、容量が増大したのと同じであるため、第一入力出用ピンIO1により計測された電圧の波形は周期も増大しており、例えば波形1002である。このように、マイクロプロセッサー802は感知電極803が共通電圧VSSから第一電圧まで充電されるのにかかった時間及び電圧VDDから第二電圧まで放電されるのにかかった時間が検知されるのみで、感知電極803の容量の変化の検知が可能であり、且つ感知電極803が接近或いはタッチされたかどうかの判断を行える。
上述の第一電圧は所定の値まで充電された際の電圧値であり、第二電圧は所定の値まで放電された際の電圧値である。本発明の実施形態の説明のために、上述の図9の波形の概略図では、第一電圧及び第二電圧が共にVDD/2であるものを例にする。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、第一電圧及び第二電圧の値が異なる電圧の組み合わせでもよいことが分かり、例えば、第一電圧が0.75VDD、第二電圧が0.25VDDでもよい。よって、電圧の所定の値は感知電極が充放電するのに十分であればよく、且つマイクロプロセッサーは充放電の時間に容量の変化の検知を行い、第一電圧及び第二電圧の所定値とする。
また、上述の感知電極の充電過程において、第三入力出用ピンは電圧VDDに設定される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、感知電極の充電時に、第三入力出用ピンに設定される電圧値が上述の第一電圧よりも大きければ、充電の作動が達成される。このため、感知電極は充電過程において、本発明に係る第三入力出用ピンの電圧の設定値はVDDに限定されない。同様に、上述の感知電極の放電過程において、第三入力出用ピンは電圧VSSに設定される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、感知電極の放電時に、第三入力出用ピンに設定される電圧値が上述の第二電圧より小さければ、放電の作動が達成されることを理解できる。このため、感知電極は放電過程において、本発明に係る第三入力出用ピンの電圧の設定値が共通電圧VSSに限定されない。
上述の実施形態は充放電の目標電圧が固定され(第一電圧及び第二電圧)、且つマイクロプロセッサーの入力出用ピンを利用して時間が計算され、これにより感知電極の容量が変化したかどうかが判断される。しかしながら、上述の実施形態を参照すると、本技術分野で通常知識を有する者ならば、充放電の時間が固定され、マイクロプロセッサーの入力出用ピンにより感知電極が充放電された電圧値が検知されることにより、感知電極の容量が変化したかどうかの判断を行えることが理解できる。以下では、固定の時間に電圧が検知される方式によりキャパシタの感知を行う実施形態を提供する。
容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー802の第二入力出用ピンIO2は同様にハイインピーダンスとして設定されるように維持される。容量性感知が開始されると、マイクロプロセッサー802により先ず第一入力出用ピンIO1が共通電圧VSSに設定される。次に、マイクロプロセッサー802により第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、同時に、第三入力出用ピンIO3が電圧VDDに設定され、これにより感知電極803及びキャパシタ806に対する充電が行われる。
感知電極803の充電が開始されると、マイクロプロセッサーにより第一所定の時間の計算が開始され、第一所定の時間に達すると、マイクロプロセッサー802により検知されると共にこの際の感知電極803の電圧が記録される。この際に記録される感知電極803の電圧は第一時間電圧である。続いて、マイクロプロセッサー802により先ず第一入力出用ピンIO1が電圧VDDに設定された後、第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、第三入力出用ピンIO3が共通電圧VSSに設定されることにより、感知電極803及びキャパシタ806により抵抗器807を経ての放電が開始される。
感知電極803の放電が開始されると、マイクロプロセッサーにより第二所定の時間の計算が開始され、第二所定の時間に達すると、マイクロプロセッサー802により検知されると共にこの際の感知電極803の電圧が記録される。この際に記録された感知電極803の電圧は第二時間電圧である。次いで、マイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1が先ず共通電圧VSSに設定された後、マイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、且つマイクロプロセッサー802の第三入力出用ピンIO3が電圧VDDに設定されることにより、感知電極803及びキャパシタ806の充電が再度開始され、上述の充電及び放電の作動が重複して行われる。図11は容量性感知期間T_sense中に、感知電極803の充電/放電を示す概略図である。感知電極803がタッチされていない状況においては、容量が改変されていないのと同等であるため、第一入力出用ピンIO1により計測された電圧の波形は周期性の波形であり、例えば波形1101である。導体または使用者により感知電極803がタッチされると、容量が増大されたのと同じであり、第一入力出用ピンIO1により計測された電圧の波形の周期も大きくなり、例えば波形1102である。よって、マイクロプロセッサー802は第一時間電圧及び第二時間電圧の検知を行うのみで、感知電極803の容量の変化が検知可能であり、且つ感知電極803がタッチされたかどうかの判断を行える。
上述の実施形態の図3、図7、及び図8において、共振回路(304、704、及び804)が全てインダクタンス及びキャパシタにより直列接続されるのを例にし、また、容量性感知期間T_sense内で、共振回路に電気的に接続される第二入力出用ピンIO2は全てハイインピーダンス状態で作動され、第一入力出用ピンIO1のみにより電圧の検知が行われ、第三入力出用ピンIO3により感知電極に対する充放電が行われる。以下では一実施形態を例にし、共振回路中に抵抗器が提供され、第二入力出用ピンIO2により容量性感知期間T_senseに、感知電極に対する充放電が行われる。
図12は本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図12を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路1201を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路1201は、マイクロプロセッサー1202と、感知電極1203と、共振回路1204とを含む。共振回路1204は、インダクタンス1205と、抵抗器1207と、キャパシタ1206とを備える。抵抗器1207の一端はインダクタンス1205に直列接続され、他端はキャパシタ1206及び感知電極1203に直列接続される。また、本実施形態に係る容量性感知と通信を具備する統合回路1201の作動波形は上述の図9の作動波形と同じである。
容量性感知期間T_senseでは、回路は低周波数での作動になり、このため、容量性感知期間では、インダクタンス1205はショートと見做せる。容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1202の第二入力出用ピンIO2は感知電極1203に対する充放電を行うために使用され、その作動は上述の図8中の第三入力出用ピンIO3と同じである。容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1202の第一入力出用ピンIO1は電圧の検知を行うために使用され、その作動は上述の図8の第一入力出用ピンIO1と同じであるため、再述はしない。次に、データ伝送期間では、第一入力出用ピンIO1及び第二入力出用ピンIO2の作動は上述の図3の第一入力出用ピンIO1及び第二入力出用ピンIO2の作動とそれぞれ同じであるため、再述はしない。
上述の抵抗器1207はインダクタンス1205と感知電極1203との間に電気的に接続される。しかしながら、本技術分野で通常知識を有する者ならば、抵抗器1207が第二入力出用ピンIO2とインダクタンス1205との間に電気的に接続されてもよいことが分かる。
上述の実施形態の図3、図7、図8、及び図12の共振回路(304、704、804、1204)は全てインダクタンス及びキャパシタにより直列接続されるものを例にする。本技術分野で通常知識を有する者が本実施形態の説明を通して本発明を実施できるようにするため、以下では例を挙げて共振回路中のキャパシタ及びインダクタンスが並列接続される回路について説明する。図13は本発明の好ましい実施形態に係る第一インタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図13を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路1301を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路1301は、マイクロプロセッサー1302と、感知電極1303と、共振回路1304とを含む。マイクロプロセッサー302は本実施形態では、3つのピンを少なくとも備え、それぞれ第一入力出用ピンIO1、第二入力出用ピンIO2、及び第四入力出用ピンIO4である。感知電極1303はマイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1に電気的に接続される。共振回路1304はインダクタンス1305及びキャパシタ1306を含む。インダクタンス1305の一端は第二入力出用ピンIO2に電気的に接続され、他端は感知電極1303に電気的に接続される。キャパシタ1306の一端は第四入力出用ピンに電気的に接続され、他端は感知電極1303に電気的に接続される。容量性感知と通信を具備する統合回路1301の作動波形は上述の図4の作動波形と同じである。
容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1302の第二入力出用ピンIO2及び第四輸入出力出力ピンIO4が共にハイインピーダンスに設定され、マイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1により感知電極1303に対する充放電が行われる。マイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1の作動は上述の図3のマイクロプロセッサー302の第一入力出用ピンIO1と同じであるため、同じ部分については再述しない。異なる点は、マイクロプロセッサーの第四入力出用ピンIO4は容量性感知期間T_sense内にハイインピーダンス状態に維持され続けるため、マイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1により感知電極1303に対する充放電が行われると、キャパシタ1306に対する充放電は同時には行われない。
また、データ伝送期間T_trans内では、マイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスに設定され、第四入力出用ピンが共通電圧VSSに設定される。マイクロプロセッサー1302の第二入力出用ピンIO2により伝送データに基づいて、高周波キャリアを出力させるか否かが決定される。高周波キャリアの周波数が共振回路1304の共振周波数に近づくため、高周波キャリアが共振回路1304により共振されることにより、高周波キャリアの振幅が増幅され、感知電極1303により増幅された後の高周波キャリアが出力される。
上述の図3の共振回路において、インダクタンス305及びキャパシタ306が直列接続され、感知電極303が充放電されると、共振回路304中のキャパシタ306も同時に充放電される。これにより、タッチされたことで感知電極303の容量値が改変されると、マイクロプロセッサー302は感知電極303の容量値の改変を敏感に検知できない。このため、実際に回路が応用される場合、キャパシタ306には過大な容量値を選択して設計することはできない。図13の共振回路1304に比べ、キャパシタ1306及びインダクタンス1305が並列接続され、マイクロプロセッサー1302は他のピンによりキャパシタ1306に電気的に接続される。共振回路1304の電気的接続方式により容量性感知期間では、キャパシタ1306が充放電されない。このため、感知電極1303の容量値がタッチされることで改変されると、マイクロプロセッサー1302は感知電極1303の容量値の改変をより敏感に検知できる。また、実際に回路が応用される場合、キャパシタ1306は必要な共振周波数に基づいて対応される容量値に設計される。
本技術分野で通常知識を有する者が本実施形態の説明を通して本発明を具体的に実現できるようにするため、以下では他の実施形態を例にして上述のインタラクティブデバイスの回路設計について説明する。図14は本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図14を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路1401を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路1401は、マイクロプロセッサー1402と、感知電極1403と、共振回路1404と、インピーダンス素子1407とを含む。マイクロプロセッサー1402は本実施形態において、第一入力出用ピンIO1と、第二入力出用ピンIO2と、第三入力出用ピンIO3と、第四入力出用ピンIO4とを備える。感知電極1403はマイクロプロセッサー1402の第一入力出用ピンIO1に電気的に接続される。本実施形態では、共振回路1404はインダクタンス1405及びキャパシタ1406で構成され、その電気的な接続関係は上述の図13と同じである。インピーダンス素子1407は例えば抵抗器で実施され、その一端が第三入力出用ピンIO3に電気的に接続され、他端が感知電極1403に電気的に接続される。
容量性感知と通信を具備する統合回路1401の作動波形図は上述の図9の波形に類似し、波形901は例えばマイクロプロセッサー1402の第一入力出用ピンIO1の波形である。容量性感知と通信を具備する統合回路1401の作動は容量性感知期間T_sense及びデータ伝送期間T_transに分けられる。容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1402の第二入力出用ピンIO2及び第四入力出用ピンIO4は共にハイインピーダンスとして設定されるように維持される。また、容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1402の第一入力出用ピンIO1の作動は上述の図8のマイクロプロセッサー802の第一入力出用ピンIO1の作動と同じである。同様に、容量性感知期間(T_sense)内では、マイクロプロセッサー1402の第三入力出用ピンIO3の作動は上述の図8のマイクロプロセッサー802の第三入力出用ピンIO3の作動と同じである。
データ伝送期間T_trans内では、マイクロプロセッサー1402の第一入力出用ピンIO1及び第三入力出用ピンIO3は共にハイインピーダンスに設定され、第四入力出用ピンは共通電圧に設定される。マイクロプロセッサー1402の第二入力出用ピンIO2により伝送データに基づいて、高周波キャリアを出力させる否かが決定される。高周波キャリアの周波数が共振回路1404の共振周波数に近づくため、高周波キャリアは共振回路1404により共振されることにより、高周波キャリアの振幅が増幅され、感知電極1403により増幅された後の高周波キャリアが出力される。
図15は本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路1501を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路1501は、マイクロプロセッサー1502と、感知電極1503と、共振回路1504と、インピーダンス素子1507とを含む。容量性感知と通信を具備する統合回路1501の回路部材及びその電気的な接続関係は全て上述の図14と類似し、よって同じ部分については再述しない。本実施形態の図15の回路における上述の図14の回路との異なる点は、共振回路1504がインダクタンス1505及びキャパシタ1506を備える以外、抵抗器1508を更に備える点である。前記抵抗器1508は例えばマイクロプロセッサー1502の第二入力出用ピンIO2とインダクタンス1505との間に電気的に接続される。また、本実施形態に係る抵抗器1508は例えばインダクタンス1505と感知電極1503との間に電気的に接続される。抵抗器1508は共振回路1504のQ値(quality factor)の調整に用いられる。なお、本実施形態の図15の回路の作動は上述の図14の回路の作動と同じであるため、再述はしない。
本技術分野で通常知識を有する者が本実施形態の説明を通して本発明を具体的に実現できるようにするため、以下では他の実施形態を例示して上述のインタラクティブデバイスの回路図を説明する。図16は本発明の好ましい実施形態に係るインタラクティブデバイス201の回路を示す概略図である。図16を参照すれば、インタラクティブデバイス201は容量性感知と通信を具備する統合回路1601を備え、容量性感知と通信を具備する統合回路1601は、マイクロプロセッサー1602と、感知電極1603と、共振回路1604とを含む。共振回路1604は、インダクタンス1605と、キャパシタ1606と、抵抗器1608とを備える。共振回路1604の電気的な接続関係は上述の図15の共振回路1504と同じであるため、再述はしない。
容量性感知期間T_sense内では、容量性感知と通信を具備する統合回路1601の作動は上述の図13の容量性感知と通信を具備する統合回路1301に類似する。換言すれば、容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1602の第一入力出用ピンIO1の作動は上述の図13のマイクロプロセッサー1302の第一入力出用ピンIO1の作動と同じである。この際、第一入力出用ピンIO1は感知電極1603に対する充放電を行うために使用され、且つ第一入力出用ピンIO1がハイインピーダンスとして設定されると、感知電極1603の電圧が検知され、これにより容量性感知が行われる。容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1302の第二入力出用ピンIO2及び第四入力出用ピンIO4はハイインピーダンスに維持される。
また、本実施形態に係る抵抗器は共振回路1604において、第二入力出用ピンIO2は容量性感知期間T_senseでは、ハイインピーダンス状態におかれず、感知電極1603に対する充放電が行われる。換言すれば、容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1602の第二入力出用ピンIO2の作動は上述の図12のマイクロプロセッサー1202の第二入力出用ピンIO2の作動に類似する。同様に、容量性感知期間T_sense内では、マイクロプロセッサー1602の第二入力出用ピンIO2の作動は上述の図8のマイクロプロセッサー802の第三入力出用ピンIO3の作動に類似する。マイクロプロセッサー1602の第一入力出用ピンIO1は電圧の検知に用いられる。容量性感知期間では、マイクロプロセッサー1602の第一入力出用ピンIO1の作動は上述の図12のマイクロプロセッサー1202の第一入力出用ピンIO1の作動と同じであり、マイクロプロセッサー1202の第四入力出用ピンはハイインピーダンスに維持される。また、データ伝送期間T_trans内では、マイクロプロセッサー1602の3つの入力出用ピン(IO1〜IO3)の作動は上述の図13のマイクロプロセッサー1302の3つの入力出用ピン(IO1〜IO3)の作動とそれぞれ同じである。
上述の実施形態における各種共振回路はインダクタンス及びキャパシタで実施され、或いはインダクタンス、キャパシタ、及び抵抗器で実施される。本発明は本技術分野で通常知識を有する者ならば、共振回路が複数のインダクタンス及びキャパシタで実施されるため、本発明は共振回路の設計が限定されないことが理解できる。
結論として、本発明の特徴は、マイクロプロセッサーのピンから高周波キャリアが出力され、共振回路により共振されることにより、高周波キャリアの電界が増幅され、且つ感知電極により電界が射出される。また、マイクロプロセッサーの他のピンは、上述の感知電極によりキャパシタの感知が行われる。これにより、本発明の実施形態に係る回路設計は同一の感知電極を利用して、データの送受信を行う通信機能と容量性感知機能とを同時に達成させる。さらには、本発明の実施形態に係る回路の外部回路には極少数の部材が使用されて、通信及び容量性感知機能が達成される。このため、外部回路が占める面積及び複雑さが大幅に減少される。
従って、本明細書に開示された実施例は、本発明を限定するものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の思想と範囲が限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲により解釈すべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。
101 アンテナ
102 転送回路
103 変調回路
104 増幅回路
105 フィルター回路
106 コンパレータ回路
107 復調器回路
201、202 インタラクティブデバイス
203、204、303、503、703、803、1203、1303、1403、1503、1603 感知電極
301、501、701、801、1201、1301、1401、1501、1601 容量性感知と通信を具備する統合回路
302、502、702、802、1202、1302、1402、1502、1602 マイクロプロセッサー
304、504、704、804、1204、1304、1404、1504、1604 共振回路
305、505、705、805、1205、1305、1405、1505、1605 インダクタンス
306、506、706、806、1206、1306、1406、1506、1606 キャパシタ
IO1 第一入力出用ピン
IO2 第二入力出用ピン
IO3 第三入力出用ピン
IO4 第四入力出用ピン
601、602、1001、1002、1101、1102 波形
707、807、1207、1407、1507、1508、1608 抵抗器

Claims (18)

  1. 第一入力出用ピン及び第二入力出用ピンからなるマイクロプロセッサーと、
    前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される感知電極と、
    入力端及び出力端を含む共振回路であって、前記共振回路の入力端は前記マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続され、且つ、前記共振回路の出力端は前記感知電極に電気的に接続されることを備え、
    ここでは、容量性感知が行われると、前記マイクロプロセッサーは前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンは前記感知電極に対する充放電状態に基づいて、前記感知電極の容量の変化の判定を行い、
    なお、データが出力されると、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記マイクロプロセッサーは伝送データに基づいて、前記マイクロプロセッサーの第二入力出用ピン高周波キャリアを出力させるかどうかを決定し、且つ、出力された場合の前記高周波キャリアは前記共振回路により共振されることにより、前記高周波キャリアの振幅が増幅され、前記増幅された高周波キャリアは間欠的に出力されることを特徴とする容量性感知と通信を具備する統合回路。
  2. 前記マイクロプロセッサーは、
    第三入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気的に接続される第一端、及び前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気的に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に含み、
    また、容量性感知が行われると、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧(common voltage)に設定された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定され、前記感知電極の電圧が前記第一共通電圧から第一電圧まで充電されると、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定され、
    なお、前記感知電極が前記第二共通電圧から第二電圧まで放電されると、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが前記第一共通電圧に設定された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが前記第一特定電圧に設定され、また、前記マイクロプロセッサーは前記感知電極が前記第一共通電圧から前記第一電圧まで充電されるのにかかった時間に加えて前記感知電極が前記第二共通電圧から前記第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、前記感知電極の容量の変化の判断を行い、前記第一特定電圧は前記第一電圧に等しいかより高く、且つ前記第一電圧は前記第一共通電圧より高く、
    前記第二特定電圧は前記第二電圧に等しいかより低く、且つ前記第二電圧は第二共通電圧より低いことを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  3. 前記マイクロプロセッサーは、
    第三入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に含み、
    また、容量性感知が行われると、
    前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定され、前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより前記感知電極に対する充電が行われ、
    第一所定の時間が経過すると、前記マイクロプロセッサーにより前記感知電極の第一時間電圧が記録された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定され、その後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定され、前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより前記感知電極に対する放電が行われ、
    第二所定の時間が経過すると、前記マイクロプロセッサーにより前記感知電極の第二時間電圧が記録された後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが前記第一共通電圧に設定され、その後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが前記第一特定電圧に設定され、
    また、前記マイクロプロセッサーは前記第一時間電圧及び前記第二時間電圧に基づいて、前記感知電極の容量の変化の判断を行い、
    なお、前記第一特定電圧は前記第一時間電圧に等しいかより高く、且つ前記第一時間電圧は前記第一共通電圧より高く、
    さらに、前記第二特定電圧は前記第二時間電圧に等しいかより低く、且つ前記第二時間電圧は第二共通電圧より低いことを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  4. 前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び共通電圧に電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に備え、
    ここでは、容量性感知が行われると、
    前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより前記感知電極に対して第一電圧まで充電が行われた後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記感知電極が前記第一電圧から第二電圧まで放電されると、前記マイクロプロセッサーは前記感知電極が前記第一電圧から前記第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、前記感知電極の容量の変化の判断を行うことを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  5. 前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び共通電圧に電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に備え、
    ここでは、容量性感知が行われると、
    前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより前記感知電極に対して第一電圧まで充電が行われた後、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、所定の時間が経過すると、前記マイクロプロセッサーは前記感知電極が前記第一電圧から放電された電圧に基づいて、前記感知電極の容量の変化の判断を行うことを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  6. 前記マイクロプロセッサーは、
    第四入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記共振回路は、
    前記マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記感知電極に電気に接続される第二端からなるインダクタンスと、
    前記マイクロプロセッサーの第四入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記感知電極に電気に接続される第二端からなるキャパシタとを含み、
    また、データの出力が行われると、前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第四入力出用ピンが共通電圧に設定されることを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  7. 前記共振回路は、
    前記マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記インダクタンスの第一端に電気に接続される第二端からなる抵抗器を更に備えることを特徴とする、請求項6に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  8. 容量性感知が行われると、前記マイクロプロセッサーの第二入力出用ピン及び前記第四入力出用ピンがハイインピーダンスに設定されることを特徴とする、請求項6に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  9. 前記マイクロプロセッサーは前記マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより検知された容量値の不安定期間のパケットに基づいて、前記感知電極により受信された高周波キャリアのパケットの判断を行い、外部回路から伝送された伝送データのデコードを行うことを特徴とする、請求項1に記載の容量性感知と通信を具備する統合回路。
  10. 第一インタラクティブデバイスと、
    第二インタラクティブデバイスとを備え、
    ここでは、前記第一インタラクティブデバイスは、
    第一容量性感知と通信を具備する統合回路を更に備え、
    前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    第一入力出用ピン及び第二入力出用ピンからなる第一マイクロプロセッサーと、
    前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第一感知電極と、
    前記第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される入力端、及び前記第一感知電極に電気に接続される出力端からなる第一共振回路とを更に含み、
    また、前記第二インタラクティブデバイスは、
    第二容量性感知と通信を具備する統合回路を更に備え、

    前記第二容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    第一入力出用ピンからなる第二マイクロプロセッサーと、
    前記第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第二感知電極と、
    前記第二容量性感知と通信を具備する統合回路に電気に接続される出力回路
    を更に含み、
    ここでは、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は容量性感知が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンは前記第一感知電極に対する充放電状態に基づいて、前記第一感知電極の容量値の変化の判定を行い、
    また、前記第一インタラクティブデバイスはデータが出力されると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンは伝送データに基づいて、高周波キャリアを出力させるか或いは出力させず、前記高周波キャリアは前記第一共振回路により共振されることにより、前記高周波キャリアの振幅が増幅され、
    前記第二インタラクティブデバイスにより前記第一インタラクティブデバイスからのデータが受信されると、前記第二マイクロプロセッサーは前記第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより検知された容量値の不安定期間のパケットに基づいて、前記第二感知電極により受信された高周波キャリアのパケットの判断を行い、第一インタラクティブデバイスから伝送された伝送データのデコードが行われ、
    前記伝送データに基づいて、前記第二容量性感知と通信を具備する統合回路により前記出力回路から対応される出力効果が出力されるように制御が行われることを特徴とするインタラクティブシステム。
  11. 前記第一マイクロプロセッサーは、
    第三入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に含み、
    また、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路に容量性感知が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定され、
    前記第一感知電極の電圧が前記第一共通電圧から第一電圧まで充電されると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定され、
    なお、前記第一感知電極が前記第二共通電圧から第二電圧まで放電されると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが前記第一共通電圧に設定された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが前記第一特定電圧に設定され、さらに、前記第一マイクロプロセッサーは前記第一感知電極が前記第一共通電圧から前記第一電圧まで充電されるのにかかった時間に加えて前記第一感知電極が前記第二共通電圧から前記第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、前記第一感知電極の容量の変化の判断を行い、
    前記第一特定電圧は前記第一電圧に等しいかより高く、且つ前記第一電圧は前記第一共通電圧より高く、
    前記第二特定電圧は前記第二電圧に等しいかより低く、且つ前記第二電圧は第二共通電圧より低いことを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
  12. 前記第一マイクロプロセッサーは、
    第三入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に含み、
    また、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路に容量性感知が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第一共通電圧に設定された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第一特定電圧に設定され、前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより前記第一感知電極に対する充電が行われ、
    第一所定の時間が経過すると、前記第一マイクロプロセッサーにより前記第一感知電極の第一時間電圧が記録された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが第二共通電圧に設定され、その後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが第二特定電圧に設定され、前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンにより前記第一感知電極に対する放電が行われ、
    第二所定の時間が経過すると、前記第一マイクロプロセッサーにより前記第一感知電極の第二時間電圧が記録された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンが前記第一共通電圧に設定された後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第一マイクロプロセッサーの第三入力出用ピンが前記第一特定電圧に設定され、
    且つ、前記第一マイクロプロセッサーは前記第一時間電圧及び前記第二時間電圧に基づいて、前記第一感知電極の容量の変化の判断を行い、
    前記第一特定電圧は前記第一時間電圧に等しいかより高く、且つ前記第一時間電圧は前記第一共通電圧より高く、
    前記第二特定電圧は前記第二時間電圧に等しいかより低く、且つ前記第二時間電圧は第二共通電圧より低いことを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
  13. 前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は
    前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び共通電圧に電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に備え、
    ここでは、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は容量性感知が行われると、
    前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより前記第一感知電極に対して第一電圧まで充電が行われた後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記第一感知電極が前記第一電圧から第二電圧まで放電されると、前記第一マイクロプロセッサーは前記第一感知電極が前記第一電圧から前記第二電圧まで放電されるのにかかった時間に基づいて、前記第一感知電極の容量の変化の判断が行われることを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
  14. 前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び共通電圧に電気に接続される第二端からなるインピーダンス素子を更に備え、
    ここでは、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路に容量性感知が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより前記第一感知電極に対して第一電圧まで充電が行われた後、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、所定の時間が経過すると、前記第一マイクロプロセッサーは前記第一感知電極が前記第一電圧から放電された電圧に基づいて、前記第一感知電極の容量の変化の判断を行うことを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
  15. 前記第一マイクロプロセッサーは、
    第四入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記第一共振回路は、
    前記第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記第一感知電極に電気に接続される第二端からなる第一インダクタンスと、
    前記第一マイクロプロセッサーの第四入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記第一感知電極に電気に接続される第二端からなる第一キャパシタとを更に含み、
    また、前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路にデータの出力が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、且つ前記第一マイクロプロセッサーの第四入力出用ピンが共通電圧に設定されることを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
  16. 前記第一共振回路は、
    前記第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される第一端、及び前記第一インダクタンスの第一端に電気に接続される第二端からなる第一抵抗器を更に備えることを特徴とする、請求項15に記載のインタラクティブシステム。
  17. 前記第一容量性感知と通信を具備する統合回路は容量性感知が行われると、前記第一マイクロプロセッサーの第二入力出用ピン及び前記第四入力出用ピンがハイインピーダンスに設定されることを特徴とする、請求項15に記載のインタラクティブシステム。
  18. 前記第二マイクロプロセッサーは、
    第二入力出用ピンを更に備え、
    ここでは、前記第二容量性感知と通信を具備する統合回路は、
    前記第二マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンに電気に接続される入力端、及び前記第二感知電極に電気に接続される出力端からなる第二共振回路を更に含み、
    また、前記第二容量性感知と通信を具備する統合回路は容量性感知が行われると、前記第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンは前記第二感知電極に対する充放電状態に基づいて、前記第二感知電極の容量値の変化の判定を行い、
    且つ、前記第二インタラクティブデバイスはデータが出力されると、前記第二マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンがハイインピーダンスに設定され、前記第二マイクロプロセッサーの第二入力出用ピンは伝送データに基づいて、前記高周波キャリアを出力させるか或いは出力させず、高周波キャリアは前記第二共振回路により共振されることにより、前記高周波キャリアの振幅が増幅され、
    なお、前記第一インタラクティブデバイスにより前記第二インタラクティブデバイスからのデータが受信されると、前記第一マイクロプロセッサーは前記第一マイクロプロセッサーの第一入力出用ピンにより検知された容量値の不安定期間のパケットに基づいて、前記第一感知電極により受信された高周波キャリアのパケットの判断を行い、第二インタラクティブデバイスから伝送された伝送データのデコードを行うことを特徴とする、請求項10に記載のインタラクティブシステム。
JP2017109928A 2016-06-03 2017-06-02 容量性感知と通信を具備する統合回路、及びそれらを用いたインタラクティブシステム Active JP6464498B2 (ja)

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