JP6829776B2 - 容量性ドアハンドル上のウォーターリジェクション - Google Patents

Description

本発明は、概して、タッチセンサ及び近接センサに関する。より具体的には、本発明は、ユーザが車両のドアハンドルに近接するか又は直接的に接触することによりドアを開けるときにドアハンドルに存在する水を補償することができるタッチセンサをドアハンドルに提供するシステム及び方法に関する。

本発明の使用に適合し得るタッチ及び近接センサにはいくつかの設計がある。容量感知タッチパッドによって本発明がどのように利用されるかをより良く理解するために、タッチセンサの基礎となる技術を調べることは有益である。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドは相互容量感知装置であり、図１にブロック図として例を示す。このタッチパッド１０では、Ｘ電極（１２）及びＹ電極（１４）のグリッドと感知電極１６とを使用して、タッチパッドのタッチ感知領域１８を規定する。典型的には、タッチパッド１０は、約１６×１２の電極、又はスペースの制約がある場合には８×６の電極の長方形のグリッドである。単一の感知電極１６が、これらＸ電極（１２）及びＹ電極（１４）（つまり、行及び列）と組み合わされている。全ての位置測定は、感知電極１６を介して行われる。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッド１０は、感知ライン１６上の電荷の不均衡を測定する。ポインティング物体がタッチパッド１０上に又はその近くにない場合に、タッチパッド回路２０は平衡状態であり、感知ライン１６上に電荷の不均衡はない。ポインティング物体がタッチ面（タッチパッド１０の感知領域１８）に近づくか又はタッチするときに容量結合によりその物体が不均衡を生じさせると、電極１２，１４に静電容量の変化が発生する。測定されるのは、静電容量の変化であり、電極１２，１４の絶対静電容量値ではない。タッチパッド１０は、感知ライン上の電荷のバランスを回復させる又は取り戻すために、感知ライン１６に注入しなければならない電荷量を測定することにより、静電容量の変化を判断する。

上記のシステムは、タッチパッド１０上の又はそれに近接する指の位置を次のように決定するために利用される。この例では、行電極１２について説明し、列電極１４についても同じ方法で繰り返される。行及び列電極の測定値から得られる値によって、タッチパッド１０上の又はそれに近接するポインティング物体の重心である交差部を決定する。

第１ステップでは、第１セットの行電極１２は、Ｐ、Ｎ発生器２２からの第１信号で駆動され、異なるが隣接する第２セットの行電極は、Ｐ、Ｎ発生器からの第２信号で駆動される。タッチパッド回路２０は、相互容量測定装置２６を使用して、どの行電極がポインティング物体に最も近いかを示す値を感知ライン１６から取得する。しかしながら、何らかのマイクロコントローラ２８の制御下にあるタッチパッド回路２０は、ポインティング物体がその行電極のどちら側に位置するかを依然として決定できず、タッチパッド回路２０は、ポインティング物体が電極からどれだけ離れて位置しているかも決定できない。こうして、システムは、駆動する電極グループ１２を１つの電極だけシフトする。つまり、そのグループの一方の側に電極は追加されるが、そのグループの反対側の電極はもはや駆動されない。次に、新しいグループは、Ｐ、Ｎ発生器２２によって駆動され、感知ライン１６の第２の測定が行われる。

これらの２つの測定から、ポインティング物体がその行電極のどちら側に位置しており、どれだけ離れているかを決定することができる。次に、測定された２つの信号の大きさを比較する式を使用して、ポインティング物体の位置決定を行う。

ＣＩＲＱＵＥ（登録商標）社のタッチパッドの感度又は解像度は、１６×１２グリッドの行及び列電極が示すよりもはるかに高い。解像度は、典型的には、１インチあたり９６０カウント以上のオーダーである。正確な解像度は、構成要素の感度、同じ行及び列上の電極１２，１４の間隔、及び（本発明にとって重要ではない）他の要因によって決定される。上記のプロセスは、Ｐ、Ｎ発生器２４を使用してＹ、つまり列電極１４について繰り返される。

上述したＣＩＲＱＵＥ（登録商標）のタッチパッドはＸ及びＹ電極１２，１４のグリッドと別個で単一の感知電極１６とを使用するが、実際には多重化を使用することにより、感知電極をＸ又はＹ電極１２，１４にすることができる。

屋外で動作するため、厳しい環境条件に曝されるタッチセンサ及び近接センサは、水の存在下で動作するのが困難な場合がある。例えば、水及び湿気（以下、まとめて「水」と呼ぶ）が相互容量式タッチ及び近接センサの動作に直接的に干渉し得るため、タッチセンサ上の水は特に課題となる場合がある。水が検出可能であるため、干渉は、動作しているタッチセンサに不規則又は断続的な形式で現れ得る。

タッチセンサ上の水に対する考えられる解決策には、水によるものと考えられる信号を無視するよう努めることにより、水の存在を補償することが含まれ得る。ただし、この動作によって、１つ又は複数の指もタッチセンサによってはねられる（感知拒否される）場合がある。

従って、タッチセンサ上の水の存在をより正確に補償し、且つ不安定な動作をより少なくすることができるタッチセンサを提供することは、従来技術よりも有利であろう。ドアハンドルが度々濡れる厳しい屋外環境に曝される車両のドアハンドルにそのようなタッチセンサを設けることはさらに有利であろう。

以下の説明は、本発明の原理の単なる例示であり、添付の特許請求の範囲を狭めるとみなすべきではないことを理解されたい。「タッチパッド」、「タッチ及び近接センサ」、「タッチセンサ」、「タッチスクリーン」、「タッチ入力装置」、「タッチ感知装置」、「近接感知容量センサ」、及び「ドアハンドル・タッチセンサ」という用語は、この文書中で同じ意味で使用され得ることも理解されたい。

第１の実施形態では、本発明は、車両のドアハンドル内に配置された近接センサを提供して、ユーザの手による１つ又は複数のコマンドを車両に送信できるようにするシステム及び方法である。ドアハンドルは、近接センサを使用してユーザの手のタッチ又は存在を検出するときに、ドアハンドルが濡れる可能性があるような厳しい屋外環境にある。近接センサは、水の存在を補償することができ、且つ近接センサの信頼性の高い動作を可能にし、それによってコマンドを車両に送るのを可能にする。

本発明のこれら及び他の目的、特徴、利点、及び代替の態様は、添付の図面と組み合わせて以下の詳細な説明を考慮することにより、当業者に明らかになるであろう。

先行技術において見受けられ、本発明での使用に適合可能なタッチパッドの動作のブロック図である。 ドアハンドル及びドアハンドル用近接センサの側面図である。 ドアハンドル及びその中に配置されたドアハンドル用近接センサの上面図である。 ドアハンドル用近接センサにおいて水及び手によって引き起こされるシャントモード及び送信モードの概念図である。 本発明の電極配置を使用して水及び手を検出するためにどの駆動信号が使用されるかを示す駆動信号パターン表である。 本発明の第２の実施形態の全ての層の上面図である。 本発明の第２の実施形態の導電性電極の下層の上面図である。 本発明の第２の実施形態の炭素電極の下層の上面図である。 本発明の第２の実施形態の導電性電極の上層の上面図である。 第２の実施形態の上層と下層との間の貫通孔の上面図である。 本発明の第１の実施形態の層の側面図である。 本発明の第１の実施形態のベースＰＣＢ層の上面図である。 本発明の第１の実施形態のスペーサ層の上面図である。 本発明の第１の実施形態の上層の上面図である。 本発明の第１の実施形態のオーバーレイの上面図である。 本発明の第１の実施形態の図５〜図９に示される全ての層の上面図である。 ベース層及び上層に結合されたタッチセンサ・コントローラの概略ブロック図である。

ここで、本発明の様々な要素に数字による符号が与えられ、且つ当業者が本発明を実施及び使用できるように本発明を説明する図面を参照する。以下の説明は、本発明の原理の単なる例示であり、添付の特許請求の範囲を狭めるとみなすべきではないことを理解されたい。

本発明の第１の実施形態では、プリント回路基板（ＰＣＢ）がタッチセンサ用の基板として提供され得る。しかしながら、ドアハンドル用近接センサに別個の電極層を設けるという所望の機能が材料によって果たされる限り、他の材料を基板に使用してもよいことを理解されたい。

基板は、ドアハンドルの内部に配置され得る。ドアハンドル用近接センサは、基板がドアハンドル内の特定の位置に配置される場合に最適に動作し得る。こうして、ドアハンドル用近接センサは、ドアハンドルと接触しないように配置してもよく、又はドアハンドルの内面に接して配置してもよい。基板は、ドアハンドルの湾曲形状に曲げてより良く一致させるように、基板が弓形又は曲線形状を有するのを可能にする可撓性であってもよい。

本発明の全ての実施形態において、ドアハンドルは、ドアハンドル用近接センサの動作と干渉しない材料で作製され得ることを理解されたい。

ドアハンドル用近接センサの基板の物理的な配置は、基板上の電極の配置にも依存し得る。

図２Ａは、ドアハンドル３４の内部にある基板３２を含むドアハンドル用近接センサ３０の概要を示す側面図である。基板３２の図は、車両とドアハンドル３４の間にあり、ドアハンドルに向かって見ているという観点からのものである。複数の電極３６，３８，４０を基板３２の前面に配置し、単一の電極４２（図２Ｂに示される）を基板の背面（図２Ａの図から離れる方向）に配置することができる。電極ＥＳ１０（３６），ＥＳ１１（３８），ＥＳ１９（４０）は、基板３２の第１面に示される。第４のシールド電極ＥＳ１３（４２）が、基板３２の反対側の第２面に配置される。

ドアハンドル用近接センサ３０は、ドアハンドル用近接センサの検出範囲内で移動する１つ又は複数の指、又は手（以下、単に手と呼ぶ）等のユーザの身体部分を検出可能であってもよい。例えば、ユーザがドアハンドルを引っ張って車両ドアを開けるかのように、ユーザの手をドアハンドル３４と車両のドアとの間に配置してもよい。もっとも、ユーザの手は、ドアハンドル３４の周りの任意の場所でも検出され得る。

複数の電極３６，３８，４０，４２の全ては、ドアハンドル用近接センサ３０のニーズに依存して、感知電極、駆動電極、トライステート状態（電気的にフローティング状態）又は接地として動作し得る。さらに、水が検出されるとこれらのニーズは変化する可能性があり、電極は、水をユーザの手と区別するために異なる信号を必要とする場合がある。

図２Ｂの図は、図２Ａに示される要素の上面図であり、車両ドア４４、ドアハンドル３４、基板３２とこの基板の第１面の複数の電極３６，３８，４０とから構成され且つ車両ドア４４に面するドアハンドル用近接センサ３０、及び基板の第２面にあり且つ車両ドアから離れる方向に面する単一のシールド電極４２があることを示している。

本発明の第１の実施形態のドアハンドル用近接センサ３０は、ごみ、ほこり、及び水等の環境要素との直接的な接触から保護される密閉装置であってもよい。ドアハンドル用近接センサ３０は、雨等の水とユーザの手とを区別可能であってもよい。さらに、ドアハンドル用近接センサ３０はまた、小雨と大雨とを区別可能であってもよい。

ドアハンドル用近接センサ３０等のタッチセンサの典型的な動作では、水と手とが似ているように見えることがあるため、タッチセンサは確実に動作しない。従って、ドアハンドル用近接センサ３０は、複数の電極３６，３８，４０，４２上で特定の信号パターンで動作しなければならない場合があると判断された。異なる信号パターンの目的は、接地されていないが、代わりに信号に結合する手段として機能し且つドアハンドル用近接センサ３０の駆動電極と感知電極との間の信号キャリアとして機能する物体とは対照的に、接地されている物体を利用することである。換言すると、物体は、接地され信号を低下させる可能性があり、又は物体が接地されていない場合に駆動電極と感知電極との間の信号を増幅する可能性がある。

ドアハンドル用近接センサ３０の第１の実施形態は、２つの異なる感知動作モードで動作し得る。物体の駆動電極及び感知電極に対する容量結合が物体の接地に対する容量結合よりも大きい場合に、物体は送信モードで動作し得る。対照的に、物体が接地に対する結合を増大させると、物体はシャントモードで動作し、静電容量が分流される（shunt away）ため、駆動電極と感知電極との間の容量結合が減少する。

図３は、上記の概念を示している。例えば、物体が水滴である場合に、水は接地されていないため、水滴は駆動電極と感知電極との間の容量結合を増大させる。しかしながら、物体がユーザの１つ又は複数の指、又は手（この文書ではまとめて「手」と呼ぶ）の場合に、手は接地されているため、容量結合は減少する。

水が水滴の形である場合に、水と手を区別しようとすることは難しいことではなかった。水が小雨のような水滴であった場合に、駆動電極と感知電極との間の静電容量が増大したため、その水は、ドアハンドル用近接センサの送信モードで動作した。こうして、ドアハンドル用近接センサは、その水による信号をはねる（感知拒否する）ことができた。

しかしながら、水が大雨のようにシート状又は流れになった場合に、その水は、接地されたドア又は環境に既に十分に結合されているドアハンドルの表面に結合する可能性がある。これにより、水がシャントモードで動作するため、駆動電極と感知電極との間の静電容量が減少し、シャントモードで動作するため、ドアハンドル用近接センサが水を手として認識していた。

本発明の第１の実施形態では、この問題は、電極上の信号パターンと、基板上の電極の特定の配置との組合せにより克服される。この第１の実施形態では、ドアハンドルは導電性材料であってもなくてもよい。ドアハンドル用近接センサ３０は、依然として所望するように動作し得る。

ドアハンドル用近接センサ３０の基板３２から始めて、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、基板は、この基板のドアハンドル内側に３つの電極ＥＳ１０（３６），ＥＳ１１（３８），ＥＳ１９（４０）を有してもよく、一方、その基板は、ドアハンドル・タッチセンサのドアハンドル外側にシールド電極４２を有してもよい。

シート状の水と手を区別する問題は、シールド電極ＥＳ１３（４２）を使用してドアハンドル３４の外側で信号を駆動し、次にドアハンドルの内側で得られた信号を電極ＥＳ１１（３８）上で測定することで解決する（accomplished）ことができる。ドアハンドル上に溢れる水の流れがドアハンドルにより強く結合されるため、水は図３に示される送信モードで動作すると想定される。同様に、手がドアハンドル３４に近づくと、手がドアハンドルの内側に到達するように移動しているため、手は、ドアハンドルよりもドアハンドル用近接センサ３０により多く結合される。

少なくとも１つのパターンで信号をシールド電極ＥＳ１３（４２）に送ることにより、ドアハンドル用近接センサは、その水が水であると識別することができる。ただし、様々なパターンが使用されるため、異なる駆動パターンを使用して依然としてその手を手として検出することができる。

図４は、水を検出し且つ手を検出できるようにするために、本発明のハードウェアと共に使用され得る可能なパターンのセットを示す表として提供される。

従って、発明されたのは、感知電極で水及び手を検出するために使用され得る複数の駆動信号パターンと組み合わせた近接センサの電極のハードウェア構成である。

また、第１の実施形態のドアハンドル用近接センサは、駆動電極の駆動信号を生成し、また感知電極から信号を受信し、これらの信号から手、水、行われているジェスチャ、又は所望される他の近接及びタッチタスクの存在を判定するために使用され得る近接コントローラを含むことも理解されたい。

ユーザがドアハンドル用近接センサに送信し得る指示は、近接センサによって認識され得るコマンドであり、手や水の存在のみを含む場合もあれば、検出可能な方法で手の動きによって行われるジェスチャ等のより複雑な場合もある。さらに、ジェスチャには、近接検出だけでなく、ドアハンドルへのタッチが含まれる場合がある。

本発明のドアハンドル用近接センサに送信し得るコマンドは、ロックされたドアのロック解除、ロック解除されたドアのロック、窓の下降、窓の上昇、エンジンの始動、又はユーザが車両に送信するのを所望し得る他のコマンドであり得る。

第１の実施形態のドアハンドル用近接センサは、ドアハンドル以外の車両の位置に配置してもよい。ドアハンドル用近接センサは、ユーザが手を動かして車両に指示を出したい場所に配置することができる。例えば、近接センサは、フロントガラス又は他の窓の隣の柱に配置してもよい。こうして、車両の外側の任意の場所に、第１の実施形態の近接センサを装備することができる。

本発明の第１の実施形態は、手の検出と水の検出との両方に使用され得るため、第１の実施形態の用途は、他の分野に拡張され得る。例えば、雨や水の検出は、スプリンクラーシステムや窓を自動的に閉じる場合に役立ち得る。さらに、ドアハンドルは、車両に置く必要はなく、部屋や建物に入るために使用することもできる。

電極の幾何学的形状及び電極のレイアウトは、変更してもよく、依然として本発明の範囲内であることを理解されたい。従って、ドアハンドルは様々な曲面を有してもよい。同様に、第１の実施形態の基板３２は、その基板が配置されるハンドル又は他の車両部品の輪郭に曲げてそれ追従させるために曲線形状を有してもよい。

本発明の第２の実施形態では、ドアハンドル用近接センサの構造及び動作にいくつかの基本的な変更が加えられる。第１の実施形態は、片側が接地電極４２によってシールドされていたため、ドアハンドル用近接センサ３０の動作にある程度の方向性を与えていた。これは、一方向の検出を増幅する役割を果たし得るが、ドアハンドル用近接センサの両側の検出を阻止している。

従って、本発明の第２の実施形態は、図５に示される３つの異なるドアハンドル用近接センサのうちの１つを対象とする。図５は、層が互いに重なり合う３つの異なるドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４の上面図を示す。

３つの異なるドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４は、それぞれ、ＭＹＬＡＲ（登録商標）又は非導電性の同様の材料等の可撓性基板５６上の２つの異なる層で構成される。

図６は、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４の複数の下層電極５８の下（bottom）層の上面図である。これらの下層電極５８は、銀又はＩＴＯ等の任意の導電性材料から構成され得る。

図７は、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４の複数の下層が、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４上のより大きな炭素電極６０から構成され得ることを示す上面図である。ハンドル近接センサ設計５０，５２はそれぞれ２つの炭素電極６０を有するが、ドアハンドル用近接センサ設計５４は単一の炭素電極を有してもよい。

図８は、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４上の複数の上層電極６２が、銀又はＩＴＯ等の任意の導電性材料で構成され得ることを示す上面図である。

図９は、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４の貫通孔６４を示す貫通孔層の上面図である。貫通孔層によって、電極が上（top）層と下層との間を通過するのを可能にする。

第１の実施形態と第２の実施形態との間の重要な相違点のいくつかには、以下が含まれる。第１に、第２の実施形態は、シールド電極がもはや存在しないため、基板の両側に感知を提供することができる。ここで、シールドは、各炭素電極６０の周りに配置された上層電極６２によって提供され得る。さらに、シールドは、上層電極６２を接地する形態であり得るか、又はそれら電極が同相で切り替えられ得る。

別の相違点は、第１の実施形態の基板の両面とは対照的に、様々な電極の全てが基板５６の片面に配置され得るため、本発明の第２の実施形態は製造コストが低くなり得ることである。

別の相違点は、第２の実施形態は、検出している物体が水又は手であるかを判定するために単一の測定を行い得ることである。炭素電極６０は、感知電極として機能し得る。こうして、下層電極５８は、駆動電極として機能し得る。単一の測定の場合に、下層電極５８は正に駆動され得る。検出された物体は、接地される（手）又はフローティング状態である（水）。フローティング状態の物体は炭素電極上の信号をより正に駆動させ得るが、接地された物体は反対の効果を有し、信号を下げるように駆動し得る。

近接制御回路が、第２の実施形態の電極５８，６０，６２の全てに接続され得る。第２の実施形態では、信号は、各炭素電極６０の両端から取得してもよく、又は単一の端部から取得してもよい。位置情報が必要ない場合に、信号は、単一の端部だけから取得する必要がある。両端からの信号を取得しこれを使用して、検出した物体の位置情報を導出することができる。

第２の実施形態は、自己容量動作モード、相互容量動作モード、又はその両方で動作することができるが、同時に両方で動作することはできない。相互容量動作モードでは、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４は、検出した物体を手又は水として区別するために使用することができるが、検出した物体の位置を決定するためには使用できない。対照的に、自己容量動作モードで動作する場合に、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４は、物体の位置を検出することができるが、その物体が手か水かを判定しない場合がある。こうして、水検出と位置検出との両方が必要な場合は、両方の動作モードが必要になる場合がある。ただし、システムが、物体が水か手かを知るだけで済む場合は、相互容量モードで十分であり得る。

殆どの静電容量感知システムは電圧ドメインで動作することに留意されたい。しかしながら、システムの近接コントローラは電流又は電荷ドメインで動作している可能性があるため、第１及び第２の実施形態は位置を決定することができる。実施形態が電圧ドメインで動作する場合に、電圧レベルが一定に保たれるため、システムは位置を決定できなかった。しかしながら、第１及び第２の実施形態は、電荷の不均衡を検出した場合に電荷を注入することにより電圧を維持しようとし、その電荷が測定されているので、電荷を積分することにより位置を決定することができる。

手は、炭素電極６０から電流を排出させ、電流分割器として機能することに留意されたい。こうして、手の位置は炭素電極６０の低抵抗端になる。電荷を注入して電圧を回復させ、近接コントローラ内の回路のバランスをとるので、手の位置は、炭素電極のどの端部が電流を失っているかを知ることで決定できる。

炭素電極は、その長さに沿って電圧勾配を有する単一の抵抗性電極と考えられ得ることを理解されたい。しかしながら、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２はそれぞれ２つの炭素電極６０を有しているため、これら２つのドアハンドル用近接センサは、単一の次元でのみ動作し得るドアハンドル用近接センサ５４とは対照的に、２次元で手検出を行うこともできる。

第２の実施形態の別の特徴は、ドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４を使用して相互容量測定を行う場合であって、雨が電極５８，６０に影響を与えるときに、その雨は十分にバランスが取られ、従ってドアハンドル用近接センサ設計５０，５２，５４への影響が小さくなることである。対照的に、接地された物体はより大きな効果を有し、静電容量を減少させる。水が電極５８，６０の間の信号を常に増大させるので、水が少ない（light）か多い（heavy）かは問題ではないので、効果は同じであり得る。

第２の実施形態を見る別の方法は、フローティング状態の物体の効果は変化し得るが、接地された物体の効果は変化しない可能性があることである。

第２の実施形態の別の特徴は、いずれかの側からドアハンドルに近づいている手を検出できることである。

第２の実施形態の別の特徴は、より大きな炭素電極６０が手により多くの容量結合を与え、こうしてより大きな信号を与えることである。

要約すると、第２の実施形態は、防水機能（water protection）を含むドアハンドル用近接センサを提供するためのシステムであり、システムは、電極面を有する近接センサ基板から構成されるドアハンドル用近接センサと；２つの異なる電極から構成される第１層であって、第１電極は駆動信号を提供するための少なくとも１つの下層電極であり、第２電極は少なくとも１つの炭素電極であり且つ少なくとも１つの下層電極と接触しない、第１層と；第１層の上の非導電性コーティングと；第３電極から構成される第２層であって、第３電極は非導電性コーティング上に配置された少なくとも１つの上層電極であり、第１層及び第２層は、平行であり且つ近接センサ基板上で同一平面である、第２層と；第１電極に送信される駆動信号を生成し、感知電極として機能する第２電極から信号を受信し、且つ第３電極で接地又は正信号を生成するための近接コントローラと；ドアハンドル用近接センサのハウジングとして機能するドアハンドルと；から構成される。第１電極は、駆動電極として機能し得、第２電極は、感知電極として機能し得、そして第３電極は、シールド及び水電極として機能し得る。

第１の実施形態は、ドアハンドル用近接センサを対象としている。第２の実施形態も、ドアハンドル用近接センサを対象としている。しかしながら、本発明の第３の実施形態では、タッチセンサをドアハンドルに配置することができる。例えば、タッチセンサは、車両のドアに面しているドアハンドルの内側に配置してもよい。水や手の存在による静電容量の変化に依存するのではなく、後述するようにタッチセンサに加えられる圧力による密閉型タッチセンサを使用してもよい。

図１０は、ドアハンドル・タッチセンサ１３０の第１の実施形態のスタック構成の側面図を示す。このドアハンドルはタッチセンサ１３０である。スタックは、ベースＰＣＢ基板から構成されるベース層１３２、薄いスペーサボード層１３４、上部ＰＣＢ基板から構成される上層１３６、及びオーバーレイ１３８を含み得る。スタック内の全ての層が、平面であり且つ互いに平行であってもよい。

任意の適切な基板材料をベース層１３２及び上層１３６のＰＣＢ材料の代わりに用いることができ、従って、本発明の実施形態は、基板材料としてのＰＣＢに限定されるとみなすべきではないことを理解されたい。

図１１は、ベース層１３２の上面図である。ドアハンドル・タッチセンサ１３０の感知電極１４０を形成する複数の導電性トレースが、ベース層１３２上に配置される。電極は、感知電極として機能することができ、平行配置で示されている。しかしながら、感知電極１４０は平行である必要はなく、この配置は便宜上のみである。例えば、ドアハンドルでは、単一の感知電極のみが必要な場合がある。従って、感知電極１４０は、互いに交差しない限り、他の構成で配置してもよい。

ドアハンドル・タッチセンサ１３０は、指の動きを追跡できる典型的なタッチセンサの完全なＸＹ電極グリッドを必要としない場合がある。これは、電圧の検出、こうしてドアハンドル・タッチセンサ１３０のスイッチを形成する特定の領域内の静電容量の変化だけが必要だからである。オーバーレイ１３８を押すと、接触がドアハンドル・タッチセンサ１３０と行われている指標が提供される。

ベース層１３２の厚さは、典型的には１．６ｍｍ厚であり得るが、所望の機能を提供する任意の厚さにし得る。

図１１は、感知電極１４０に使用される導電性材料から作製された複数のドット１４２も示している。これらのドット１４２は、ドアハンドル・タッチセンサ１３０の各スイッチの一部であり、指がオーバーレイ１３８を押したときの静電容量の変化を検出するのに役立つ。しかしながら、ドットは、必須ではなく、複数の感知電極１４０と複数の駆動電極１４６との間の容量結合を増大させるためだけの実施形態の便宜上のものである。

この第３の実施形態では、複数の感知電極１４０は、単一の水平配置で配置してもよい。しかしながら、複数の感知電極１４０は、車両の窓柱上等の垂直配置で配置してもよく、依然として所望するように機能し得ることを理解されたい。ドアハンドル・タッチセンサ１３０のスイッチの各行に１つの電極１４０が必要である。

図１２は、薄いスペーサボード層１３４の上面図である。薄いスペーサボード層１３４は、薄いスペーサボード層を形成する材料を貫通する複数の開口部１４４を含む。開口部１４４は、ベース層１３２上にスイッチを形成する複数のドット１４２のそれぞれの上に形成される。複数の開口部１４４のそれぞれの直径は、ユーザが開口部の上の基板を押すときに、基板が開口部内に少なくとも僅かに撓み得るように必要な直径である。

薄いスペーサボード層１３４は、ベース層１３２上に直接的に取り付けられ得る。薄いスペーサボード層１３４は、ＰＣＢ又はポリカーボネートフィルム等の誘電材料から構成してもよい。さらに、薄いスペーサボード層１３４の厚さは、ベース層１３２と上層１３６との間の分離を与えるが、上の層の撓みを可能にする任意の厚さであり得る。

薄いスペーサボード層１３４の厚さは、典型的には０．１５ｍｍ厚であり得るが、所望の機能を与える任意の厚さにし得る。

厚さを決定する基準には、上層１３６の小さな撓みがベース層１３２の感知電極１４０に静電容量の適切な変化を生じさせ、タッチ感知回路がその容量変化を検出できるように、薄いスペーサボード層１３４が十分に薄くしなければならないことが含まれる。

図１３は、平面上層１３６の上面図である。上層１３６は、複数の感知電極１４０と同一平面であるがそれら感知電極１４０に対して垂直である垂直配列で配置された複数の電極１４６を含む。上層１３６は、薄いスペーサボード層１３４に取り付けられ得る。これらの垂直電極１４６は、ベース層１３２上でスイッチとして機能する複数の電極１４０が、電圧を感知し、こうして複数の電極１４０上の静電容量の変化を感知できるように、電圧で駆動することができる。

上層１３６は、薄いスペーサボード層１３４上に取り付けられ得る。これらの垂直駆動電極１４６は、ドアハンドル・タッチセンサ１３０上でスイッチとして一緒に機能する複数の感知電極１４０が、電圧を感知し、こうして、複数の感知電極１４０上の静電容量の変化を感知できるように、電圧で駆動することができる。

上層１３６の厚さは、典型的には０．５ｍｍの厚であり得るが、押されたときに撓む所望の機能を提供する任意の厚さとし得る。

第３の実施形態の動作原理は、いくつかの理由で従来技術の静電容量式タッチセンサとは異なり得る。第１に、従来技術の静電容量式タッチセンサは、ユーザの指が２つの電極間の静電容量の変化を生じさせ、タッチのみを使用して動作するため、電極上の静電容量の変化を検出し得る。指は、自己容量タッチセンサ回路を使用する場合に指の存在により静電容量の増大を生じさせるか、又は指は、相互容量タッチセンサ回路に指が存在するため静電容量の減少を生じさせ得る。

タッチセンサの従来技術と異なる実施形態の一態様は、ドアハンドル・タッチセンサ１３０のオーバーレイ１３８にタッチする指が複数の感知電極１４０の静電容量に直接的に影響しないため、タッチだけではスイッチを作動させるには十分ではないことである。代わりに、指が上層１３６に押し付けられ、この層の僅かな撓みを生じさせる。この僅かな撓みにより、複数の駆動電極１４６のうちの１つと複数の感知電極１４０のうちの１つの交点で、上層１３６をベース層１３２に近づくように移動させる。上層１３６の撓みは、スペーサボード層１３４の複数の開口部１４４のうちの１つ内にある。この交点で静電容量の変化が生じる。静電容量のこの変化は、説明するタッチセンサ・コントローラ１５０によって検出可能である。

静電容量の検出可能な変化をドアハンドル・タッチセンサ１３０に生じさせる方法は複数ある。例えば、タッチセンサ・コントローラは、タッチセンサ・コントローラから駆動信号を送信することにより、各駆動電極１４６に沿って上部ＰＢＣ層１３６に信号を連続して送信することができる。

あるいはまた、駆動電極１４６上の電圧を一定に保持してもよく、撓みの位置を決定するために感知電極１４０を連続的にサンプリングしてもよい。

また、駆動電極１４６は、使用しているタッチセンサ・コントローラのタイプ、システムが使用されている場所、及びベース層１３２の感知電極１４０から遮蔽しなければならない他の強い信号が存在し得る場合等の状況に依存して、電気的にフローティング状態にする、接地する、又は帯電状態に保持することができる。

重要なのは、指が、静電容量の変化を直接的に生じさせておらず、代わりに、上層１３６の撓みを生じさせていることである。このシステム及び方法の利点はいくつかある。第１に、少なくともベース層１３２、薄いスペーサボード層１３４、及び上層１３６が、スタックされた配置で互いに密封され、それにより、層１３２，１３４，１３６の間に入り込もうとする水又はデブリを密封するため、システムは、依然として外部汚染に対して密封されている。第２に、指は静電容量の変化を生じさせないため、あらゆる物体が上層１３６を押して静電容量を変化させ得る。こうして、寒い気候でグローブを着用しているユーザは、システムを操作するためにグローブを外す必要はない。第３に、上層１３６は、さもなければベース層３２の感知電極１４０上の静電容量の変化を生じさせ得る強い信号に対するシールドとして機能し得る。

本発明の第１の実施形態は、ベース層１３２上の感知電極１４０がタッチセンサ・コントローラの感知電極として機能し得る一方、上部ＰＣＢ層１３６の駆動電極１４６がタッチセンサ・コントローラの駆動電極として機能し得るシステムに関する。

しかしながら、本発明の第３の実施形態の代替案では、ベース層１３２と上層１３６との機能を逆にすることができる。こうして、ベース層１３２の感知電極１４０は駆動電極として機能し、上層１３６の駆動電極１４６は感知電極として機能し得る。しかしながら、第３の実施形態は、システムの外部からの迷走信号から感知電極を遮蔽するために好ましい場合がある。

図１４は、オーバーレイ１３８の上面図である。オーバーレイ３８は、上層１３６に配置され、オーバーレイ上にボタン１４８を配置することにより、システム内のスイッチの位置及び機能への視覚的ガイドを提供することができる。ボタン１４８は、薄いスペーサボード層１３４の開口部１４４の上に配置され、且つその開口部１４４と整列され、こうして、ベース層１３２の感知電極１４０と上層１３６の電極１３６との交差部でも整列され得る。ボタン１４８は、機械的なボタンではなく、ユーザがオーバーレイ１３８を押すべき場所へのガイドとしてのみ機能する。

オーバーレイがドアハンドルの内側に配置され、ユーザの視界から離れると、オーバーレイが空（blank）になり得ることも理解されたい。

オーバーレイ１３８は、厳しい環境条件から上層１３６を保護するが、ボタン１４８が押されているときに依然として上層１３６を曲げることができるポリカーボネート、ガラス、又は他の材料等の材料で構成することができる。こうして、オーバーレイ１４８は、上層１３６の動きを妨げない可撓性材料とすべきである。

本発明の実施形態を使用して行われ得るより具体的な測定に関して、２つの異なる測定タイプが実行され得る。第１の測定タイプは、ユーザがオーバーレイ１３８を押す結果として、上層１３６とベース層１３２との間の空間の変化を感知するためのものであり得る。イベントの１つのシーケンスは、上層１３６の駆動電極１４６の各々を連続的に通電することであり得る。次に、ベース層１３２の感知電極１４０に結合されたタッチセンサ・コントローラは、信号を処理して、オーバーレイ１３８上のどのボタン１４８がユーザによって押されているかを判定することができる。

図１５は、本発明の第３の実施形態の図１０〜図１４に示される全ての層の上面図である。

図１６は、タッチセンサ・コントローラ１５０がベース層１３２の感知電極１４０及び上層１３６の駆動電極１４６に結合される本発明の実施形態の態様を示す概略ブロック図として提供される。センサコントローラは、駆動信号を生成し、感知信号を受信し、且つ静電容量の変化を判断し得る。タッチセンサ・コントローラ１５０は、ベース層１３２の感知電極１４０及び上層１３６の駆動電極１４６のいずれかにいずれかのタイプの信号を送信することができる。タッチセンサ・コントローラ１５０は、駆動信号を送信し、上層１３６上の専用スキマー感知電極に対する感知信号を受信することもできる。

要約すると、本発明の実施形態の少なくとも１つは、タッチセンサを提供するシステムを対象としており、タッチセンサは、防水機能を含み、非導電性材料を着用しているユーザがタッチセンサを操作できるようにする。タッチセンサシステムは、平面基板及びその上に配置された複数の平行感知電極から構成されるベース層と；ベース層の上部に配置され且つベース層に対して封止された平面スペーサボード層であって、スペーサボード層を貫通する複数の開口部を含む平面スペーサボード層と；スペーサボード層の上部に配置され、スペーサボード層に対して封止され、且つ平面基板から構成される上層と；から構成され、ここで、上層は、同一平面であるが感知電極の方向に対して垂直である複数の平行駆動電極を含む。

システムは、上層の上部に配置されたオーバーレイも含むことができ、上層は、複数のボタンを示すディスプレイを含む。

感知電極と駆動電極との交点はスイッチを形成し、スペーサボード層の複数の開口部のそれぞれ及びオーバーレイ上のボタンのそれぞれは、ボタンが所望される各交点に配置される。

交点の上にある複数の開口部のいずれかの上での上層の撓みは、交点での静電容量の検出可能な変化と、オーバーレイ上で押されているボタンの識別とをもたらす。さらに、上層、スペーサボード層、及び上層は、湿気の侵入を防ぐために密封される。

実施形態の別の態様では、非導電性の物体でオーバーレイ上のボタンを押しても、関連する交点で依然として検出可能な変化を生じさせる。

いくつかの例示的な実施形態のみを上記で詳細に説明したが、当業者は、本発明から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態において多くの修正が可能であることを容易に理解するだろう。従って、そのような修正は全て、添付の特許請求の範囲で規定されるように本開示の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (15)

1. 防水機能を含むドアハンドル用近接センサを提供するシステムであって、当該システムは、
   ドアハンドル用近接センサと、
   該ドアハンドル用近接センサのハウジングとして機能するドアハンドルと、から構成されており、
   前記ドアハンドル用近接センサは、
   電極面を有する近接センサ基板と、
   ２つの異なる電極から構成される第１層であって、第１電極は駆動信号を提供するための少なくとも１つの下層電極であり、第２電極は少なくとも１つの炭素電極であり且つ前記少なくとも１つの下層電極と接触しない、第１層と、
   該第１層の上の非導電性コーティングと、
   第３電極から構成される第２層であって、前記第３電極は、前記非導電性コーティング上に配置された少なくとも１つの上層電極であり、前記第１層及び前記第２層は、平行であり且つ前記近接センサ基板上で同一平面である、第２層と、
   前記第１電極に送信される駆動信号を生成し、前記第２電極から信号を受信し、且つ前記第３電極で接地又は正信号を生成する近接コントローラと、から構成される、
   システム。
2. 当該システムは、剛性を有する近接センサ基板からさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 当該システムは、可撓性を有する近接センサ基板からさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 当該システムは、
   駆動電極として機能する前記第１電極と、
   感知電極として機能する前記第２電極と、
   シールド及び水電極として機能する前記第３電極と、からさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
5. 当該システムは、全ての炭素電極の両端に配置された測定電極からさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 防水機能を含むドアハンドル用近接センサを提供するシステムであって、当該システムは、
   ドアハンドル用近接センサと、
   該ドアハンドル用近接センサのハウジングとして機能するドアハンドルと、から構成されており、
   前記ドアハンドル用近接センサは、
   第１面及び第２面を有する近接センサ基板と、
   該近接センサ基板の前記第１面に配置された下部電極、中間電極、及び上部電極であって、前記下部電極、前記中間電極、及び前記上部電極は、平行であり且つ前記近接センサ基板上で同一平面である、下部電極、中間電極、及び上部電極と、
   前記近接センサ基板の前記第２面に配置されたシールド電極と、
   駆動信号を生成し、且つ感知電極として機能する電極から信号を受信する近接コントローラと、から構成され、
   前記近接センサ基板の前記第１面は車両ドアに面している、
   システム。
7. 防水機能を含むドアハンドル用近接センサを提供する方法であって、当該方法は、
   ドアハンドル用近接センサを提供するステップであって、前記ドアハンドル用近接センサは、
   電極面を有する近接センサ基板と；
   ２つの異なる電極から構成される第１層であって、第１電極は駆動信号を提供するための少なくとも１つの下層電極であり、第２電極は少なくとも１つの炭素電極であり且つ前記少なくとも１つの下層電極と接触しない、第１層と；
   該第１層の上の非導電性コーティングと；
   第３電極から構成される第２層であって、前記第３電極は、前記非導電性コーティング上に配置された少なくとも１つの上層電極であり、前記第１層及び前記第２層は、平行であり且つ前記近接センサ基板上で同一平面である、第２層と；
   前記第１電極に送信される駆動信号を生成し、前記第２電極から信号を受信し、且つ前記第３電極で接地又は正信号を生成する近接コントローラと；
   前記ドアハンドル用近接センサのハウジングとして機能するドアハンドルと；から構成される、提供するステップと、
   前記第１電極で正信号を生成するステップと、
   前記第３電極で接地又は正信号を生成するステップと、
   検出している物体が水又は手であるかを判定するために、前記第２電極の単一の測定を行うステップと、を含む、
   方法。
8. 当該方法は、検出している前記物体が水又は手であるかを判定するために、前記単一の測定として相互容量測定を行うステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 当該方法は、前記第２電極の長さに沿って検出されている前記物体の位置を決定するために、前記単一の測定として自己容量測定を行うステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 当該方法は、相互容量の減少を手の検出として示すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 当該方法は、相互容量の増大を水の検出として示すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 当該方法は、電荷領域で前記近接コントローラを使用するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
13. 当該方法は、感知電極の電圧を回復させるために、前記近接コントローラを使用して、前記第２電極に注入しなければならない電荷量を測定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 当該方法は、前記検出した物体の位置を決定するために、電荷量を積分するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 当該方法は、
    前記第１電極を駆動電極として使用するステップと、
    前記第２電極を感知電極として使用するステップと、
    前記第３電極をシールド及び水電極として使用するステップと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。

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