JP7401078B2 - ホバーボタンセンサユニット及びホバーボタンのトリガー方法 - Google Patents

Description

本発明は公衆衛生用のボタンに関し、特にたとえば蛇口、水洗便器の水洗ボタン、給湯器の防水ボタンなどの衛生に敏感な感知ボタンであり、特にエレベータのボタン設計である。

新型コロナウイルスパンデミックの発生に加えて、季節性インフルエンザなどの状況も相まって、エレベータの消毒、特にボタンスイッチの消毒は膨大な作業量に直面しており、ひいてはウイルスの消毒処理の実現さえ困難になり、このため、社会では近接感知ボタンのニーズが生じており、その理由として、たとえばエレベータの階数選択及びドア開閉用のボタン、トイレの水洗スイッチ、公共飲料水用スイッチなどのパブリックスペースにおけるボタンスイッチに直接接触すると、感染症に感染しやすい一方、非接触式ボタンはこのようなリスクを回避できる。

人体の接近、特にエレベータのボタンを操作する指の接近について、カメラ、赤外線又はＲＦなどの技術を含む非常に多くの技術的手段を採用でき、たとえば、中国特許第２０１４８００７９３２８．５号が挙げられるが、静電容量式感知は様々な感知手段のうちコストが最も低い手段である。

現在、パブリックスペースで広く使用されている光電感知蛇口、及び水洗便器の人体感知制御について、感知コントローラのコストが高いことに加え、自分が思うままにコントロールし難い問題がたくさんあり、たとえば、衣服洗濯やタオルによる洗顔の場合、感知蛇口が正常に動作し難く、ユーザーは物理的な蛇口の制御に非常に近い感知制御技術を必要とする。

中国特許第２０１４８００７９３２８号はジェスチャを使用してエレベータを制御する技術的手段を開示しており、その明細書では、撮像などと類似する技術でジェスチャを記録し、ジェスチャを予め設定することを含むことが言及され、主な技術的構成として、まず、ジェスチャを記録或いはカスタマイズし、これらのジェスチャのデータをシステムに記録してジェスチャライブラリを形成し、次に１種のジェスチャコマンドが検出された後に、ジェスチャライブラリと比較し、ジェスチャの意味を判断し、現在普及して始めている顔認識技術とやや類似し、該技術は必要なハードウェア機器が多く且つ高価であり、一方、ユーザーのカスタマイズも非常に困難であり、人体のジェスチャ及び動作方式が様々であるため、正確な判断や認識及び干渉防止という２つの矛盾点から、該技術にはかなりのチャレンジがあり、現在、この製品が市場に出ていないことも該技術の難しさを間接的に示している。

出願番号２０１６１０５５１２２５．５は、溝付き静電容量型近接ボタンを提案しており、静電容量型近接ボタンは溝の底部に設けられ、閾値設計によって人の指が溝内に伸び込むしか近接ボタンをトリガーできず、該出願は静電容量近接ボタンの具体的な静電容量測定方法を開示しておらず、該手段には、特にエレベータのような照明が比較的薄暗く、人が込む可能性がある環境では、ユーザーの指が溝に伸び込んで溝の内壁に触れやすいという欠陥があり、それとともに、ジェスチャ感知の対象となるユーザーはその動く指が震えることなく完全に制御されることを確保する可能性が低く、そうでない場合、衛生に敏感であることの意味が失われてしまい、また、該特許は閾値設定に対する温度や湿度などの環境要素の影響を回避できない。

米国特許ＵＳ７４９８８２２は人体の指が接近することを静電容量式に感知する手段を開示しており、同様に類似する凹型設計の静電容量電極を使用し、同様に上記問題があり、上記問題を回避できないと、我々の実験によれば、指とスイッチの壁との距離を２ｃｍ以上にすることを設計基礎とする必要があり、この場合、凹型電極に設けられるスイッチは少なくとも５ｃｍの内径設計を必要とし、それによってエレベータの多くのスイッチボタンの配置はチャレンジとなり、また、該特許は単純なアナログ回路を用いて静電容量を測定する技術的手段を開示しており、更に相互クロストークを除去するために、わざわざ等電位法及び差分増幅器などを使用するが、我々が実験を繰り返した結果、エレベータの環境で設計された１つの電極に対して意図しない接触を防止する安全距離で人体の指が生成できる静電容量値の変化は約１０ｆｆのオーダーであり、単純なアナログ回路は環境の影響の測定及び除去で良好な効果を図ることが困難であり、所要のデバイスのコストも非常に高い。また、凹型電極が配置された構造により、ホバーボタン構造の成形の複雑さが増え、その結果、加工コストが上昇し、ホバーボタンの美しさ及び今後のエレベータのクリーニングや消毒の作業に悪影響を与えてしまう。米国特許ＵＳ７４９８８２２は自己静電容量の測定方法のみを採用し、相互静電容量の測定方法を排除し、相互静電容量の耐干渉性が高い利点を利用してホバーボタンの性能を向上させることがなく、なお、該特許はホバーボタンに必須な音響光学フィードバックシステムがないため、ホバーボタンを使用する際に操作者に困惑及び不便をもたらしてしまう。

たとえばＤＡＩ７１４２、ＡＤＩ７１４７などの従来の成熟した技術の静電容量デジタル変換回路（ＣＤＣ）は、Δ－Σ変調方式を用いて被測定静電容量に対して充放電を複数回行い、参照静電容量と比較する方法（ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｕｍｂｅｒ：５，１３４，４０１を参照）によって被測定静電容量値をデジタル値に直接変換し、静電容量の測定感度を１ｆｆのレベルに向上させることができ、それによって安全距離で測定システムに求められる静電容量の測定感度の要件を容易に満たすことができ、特に、これらのチップの設計には複数のチャネルがあることで、回路設計が簡単で容易になり、それによりコスト及び取り付けの困難性を効果的に低減させる。

カメラ、赤外線又はＲＦなどの技術に比べて、人体の接近の検出の点では、静電容量検出技術は回路の構造が簡単で、コストが低いなどの特徴を持つとともに、静電容量の変化が小さく、検出分解能の要件が高く、さらに静電容量検出が環境の影響を非常に受けやすいという問題がある。

一般的には、静電容量電極で構成される自己静電容量及び電極間で構成される相互静電容量はいずれも接近する指の影響を受け、これらの影響を効果的に使用して、自己静電容量測定と相互静電容量測定の異なる特性を同時に考慮して指の接近程度を検出し、電極の静電容量測定に対する身体の他の部位、誤動作、環境の影響を同期に除去することは、現在非常に簡単ではない。

人体の指の接近を静電容量式に感知するホバーボタンの場合、ユーザーの異なる感知習慣を十分に考慮する必要があるととともに、身体の他の部位の感知や、クリーナークがリーニングを行う時の動作による誤トリガーを防止して正確な判断をする必要があり、これはエレベータのような環境では非常に困難であり、従って、これまで商業化された製品は未だにない。

本発明の目的は、従来技術の欠陥を克服し、ホバーボタンの特徴に特に適した静電容量センサを発明し、さらに成熟した静電容量デジタル変換技術と連携して、寄生容量に対する耐性があるというＣＤＣ回路のメリットを十分に活用し、自己静電容量と相互静電容量を組み合わせた測定方法を採用し、３状態音響光学フィードバック回路と合わせて、人体の指の接近の特徴を考慮し、様々な干渉を回避し、指の接近動作を正確に判断してボタンをトリガーすることであり、エレベータと組み合わせて使用することに適するだけでなく、従来のエレベータのボタンの改造に適し、同様にほかの衛生に敏感なボタンの制御にも適用でき、全体的なコストは商業化に容易に受け入れられる。

本発明は１つのボタンに対応する１つの静電容量センサユニットを発明し、ホバーボタンセンサユニットは、電源回路、静電容量センサ、静電容量デジタル変換回路、制御モジュール、音響光学フィードバック制御回路、及び通信回路を含み、
前記静電容量センサは１組又は複数組の電極から構成され、各組の電極は少なくとも１つの中心電極と、中心電極を囲んで設けられる少なくとも１つの周辺電極とを含み、中心電極は周辺電極よりも高さ１．０～８．９ｍｍ突出しており、
前記静電容量デジタル変換回路は静電容量励起信号回路を含み、前記静電容量励起信号回路は高周波方形波励起信号を生成し、
上記中心電極、及び周辺電極はいずれも静電容量デジタル変換回路に接続され、該組の中心電極及び周辺電極が人体の指の接近を感知した後の自己静電容量と相互静電容量を検出し、
前記静電容量デジタル変換回路は前記制御モジュールに接続され、前記制御モジュールは人体の指が前記中心電極の上部を指す有効ホバートリガー領域範囲及びこの範囲内での滞留時間に応じて該ボタンのトリガーロジック信号を出力する。

制御モジュールはＭＣＵを使用でき、電子技術の継続的な発展に伴って、静電容量デジタル変換回路ＣＤＣと制御モジュールＭＣＵとを合併したチップが登場しており、たとえば、ＣＹＰＲＥＳＳのＰＳｏＣ ４１００ＳＰｌｕｓシリーズなどが挙げられるが、その機能や構成は保持されている。

また、上記センサユニットをもとに、本発明のボタントリガー方法は静電容量センサによって人体の指が特定の中心電極の上部の有効ホバートリガー領域に入ることを検出及び計算し、音響光学フィードバック制御回路によって人体の指が前記有効ホバートリガー領域に入るプレトリガー応答を提供し、
人体の指が有効ホバートリガー領域よりも中心電極に近いクイックトリガー領域に入る場合、人体の指が指すボタンのトリガーロジック信号を直接出力すると同時に、音響光学フィードバック制御回路はトリガー状態応答を提供し、そうでない場合、人体の指が前記有効ホバートリガー領域に滞留するか否かを連続的に検出し、ＹＥＳであり且つ設定されたホバー時間を超えると、人体の指が指すボタンのトリガー信号を出力すると同時に、音響光学フィードバック制御回路はトリガー状態応答を提供し、設定されたホバー時間内に指が前記有効ホバートリガー領域から離れたことが検出される場合、非トリガー状態に戻る。

特に、本発明の電極の配置によって、さらに以下の利点を持つ。第１に、指が側壁に接触するリスクを徹底的に回避する。第２に、側壁の安全距離を考慮する必要がなく、それによってホバーボタンの直径を効果的に小さくし、ボタン全体の外径を３ＣＭ以下に制御でき、複数列のボタンの空間的レイアウト要件を簡単に満たすことができる。第３に、汎用ビルディングブロック設計であり、量産に有利である。第４に、指を凹容器に差し込む必要がなく、複数列の凸構造のホバーボタンの表面は統一的に、たとえば、ガラス、アクリル又はほかの非導電材料の平らな装飾材料を使用して装飾でき、凸構造自体は１層又は２層のＰＣＢ基板によって低コストで実現できる。

図１は発明の使用状態の模式図であり、ボタンに対する指の接近状態も示し、図中の実線及び破線はそれぞれ人体の指がボタンを指す異なる角度状態を示す。 図２は本発明のセンサの斜視図であり、図２－１、図２－２、図２－３、及び図２－４を含み、図２－１は人体の指が水平方向に静電容量電極に接近する模式図であり、図２－２は人体の指が４５°の方向に静電容量電極に接近する模式図であり、図２－３は人体の指が垂直方向に静電容量電極に接近する模式図であり、図２－４は人体の手のひら全体が静電容量電極に接近する模式図である。 図３は、図３－１及び図３－２を含み、本発明の動作時における人体の指及び手のひらと静電容量電極との位置関係及び具現化された静電容量の等価原理図であり、図３－２は図３－１よりも感知範囲の模式図を明瞭に示す。 図４は本発明の単一の静電容量電極ユニットにおける静電容量センサの構造図であり、図４－１はいくつかの静電容量電極の相互関係を上面視で示し、図４－２、４－３は静電容量電極の配置模式図を断面視で反映する。 図５は本発明に係る１組以上の電極ユニットの電極配置模式図である。 図６は本発明が静電容量検出のタイミング配置の模式図である。 図７は図４－２の単一のボタンと類似する場合の静電容量電極設計とほかの回路とを組み合わせた構造配置模式図である。 図８はエレベータの上り下りボタン／ダブルボタン基本ユニットに本発明を適用する１つの表現構造の配置の分解模式図である。 図９は本発明の静電容量電極の測定及び制御などの原理図である。 図１０はエレベータにおける複数列のボタン配置の回路構造模式図である。 図１１は図１１－１、図１１－２、図１１－３、図１１－４、図１１－５、及び図１１－６を含み、それぞれ中心電極及び周辺電極の様々な構造形態の模式図である。 図１２は本発明において指が接近するか否かなどを判断するシステムのフローチャートである。 図１３は、図１３－１及び図１３－２を含み、図１３－１は電極の自己静電容量に対する指の影響の模式図を反映し、図１３－２はこのときの等価回路を示す。 図１４は、図１４－１及び図１４－１を含み、図１４－１は２つの電極間の相互静電容量に対する指の影響の模式図を反映し、図１４－２はこのときの等価回路を示す。

本発明は衛生に敏感な場合にボタンへの指の接近によって感知制御を行うことに適用でき、以下、主としてエレベータのボタンを詳細に説明し、これらの説明によってなされる技術は同様にほかの衛生に敏感なボタン制御に適用できる。

静電容量測定によって電極への指の接近を計算して判断する場合、電極の自己静電容量と相互静電容量の状況を説明する必要があり、図１３及び図１４に参照されるように、人体の接近を静電容量式に検出する原理は自己静電容量検出及び相互静電容量検出の２種の方式に分けられ、相互静電容量の検出原理は図１３－１に示され、人体が接近すると、２つの電極間で形成される相互静電容量Ｃｍの電気力線が人体により乱され、その結果、相互静電容量Ｃｍの静電容量値が変化し、且つ該変化は人体が２つの電極に接近する平均距離に比例し、そのうちの一方の電極に励起信号を印加し、他方の電極に測定回路を接続するだけで、相互静電容量の変化値を検出でき、その等価測定回路は図１３－２に示され、一般的には、相互静電容量の測定距離が小さいが、耐干渉性が高く、自己静電容量の検出原理は図１４－１に示され、人体が単一の電極に接近すると、単一の電極と人体との間で自己静電容量Ｃｓが形成され、該自己静電容量Ｃｓは人体の対地等価静電容量Ｃａを介して接地され、Ｃｓは人体が前記単一の電極に接近する距離に比例し、人体の対地等価静電容量Ｃａは約２００ＰＦであり、自己静電容量Ｃｓの変化範囲は通常１ＰＦ未満であり、図１４－２は自己静電容量を測定する等価回路であり、ＣａとＣｓが直列関係であることがわかり、直列静電容量の式によると、直列静電容量の等価静電容量Ｃｘ＝Ｃａ＊Ｃｓ／（Ｃａ＋Ｃｓ）であり、ＣａがＣｓよりも遥かに大きいため、分子Ｃａ＋Ｃｓ≒Ｃａであり、すると、Ｃｘ≒Ｃａ＊Ｃｓ／Ｃａ＝Ｃｓであり、すなわち、相互静電容量Ｃｓを前記単一の電極の対地静電容量に近似させることができ、従って、自己静電容量の測定は単一の電極の対地静電容量の測定に相当し、相互静電容量は人体と単一の電極との距離に比例する関係を示し、相互静電容量の励起信号と測定回路がそれぞれ２つの電極に接続されることとは異なり、自己静電容量の励起信号と測定回路が同一の電極に接続され、一般的には、自己静電容量の測定距離が大きいが、耐干渉性が低く、その反面、相互静電容量の測定距離に対する電極の配置の影響が比較的小さいが、耐干渉性が高い。

エレベータのボタンについて、３種の場合に分けられ、第１は１つのボタンの場合であり、第２は上りボタンと下りボタンの２つのボタンの場合、第３はエレベータのかごにおける複数のボタンの場合である。

エレベータのユーザーは、指を用いて上下左右の様々な角度あら特定のボタンをトリガーすることができ、接触式ボタンスイッチの応用シーンでは、ボタンに平行な方向において、３６０度の範囲内に人の指がどのような方向角からボタンに接触してもスイッチをトリガーできる一方、ボタンに垂直な方向において、指が０～９０度にわたってどのような角度でボタンに接触してもスイッチをトリガーでき、同様にホバーボタンも接触式ボタンと同様の方向及び角度範囲内にスイッチを効果的にトリガーできる要件を満たすべきである。図１には人体の指がボタンの電極に近接する３種の状態が示され、実線で示される平行に入ること、破線で示される４５°の角度で入ること及び垂直に９０°の角度で入ることを含み、図中では、４－１はボタンパネル、１－１は中心電極、１－２は周辺電極である。本発明はこれら３種の指の接近方式に対応できるようにすることである。

ホバーボタンは、人体が大面積でホバーボタンに接近する時に引き起こされる誤トリガー、たとえば、エレベータ内に多くの人がいる場合に腕や背中がホバーボタンに接近又は密着したり、クリーニング時に手のひらや拳がホバーボタンに近づいたりするなどの様々な誤トリガーの状況を効果的に防止する必要がある。人体の手のひらから１本の指を伸ばすというポインティング動作を十分に活用するには、区別を行うように、設計される静電容量電極がかなりの冗長性を持つ必要がある。

図２は人体の指が３つの状態でボタンをトリガーする模式図及び手のひらがボタンに近接する模式図を示し、本発明に求められるホバーボタンのトリガー方法は、人差し指を伸ばし、残りの４本の指で拳を作ることであり、このような動作は人体の指の正常なポインティング動作でもあり、図１に示すように、ホバーボタンに垂直な方向において、０～９０度の範囲内に任意の角度で中心電極に接近でき、ホバーボタンに平行な方向において、３６０度の範囲内に任意の角度で中心電極に接近できる。図２－１、２－２及び２－３はそれぞれ指がホバーボタンに垂直な方向において０度（水平）、４５度及び９０度の角度でホバーボタンに接近する状況を示し、指の中心電極への投影面積ｓ１は０～９０度の範囲内にほぼ変化せず、指の周辺電極への投影ｓ２は０～４５度の範囲内にほぼ変化せず、約周辺電極の面積ｓ２１の１／２πｒ２であり、ここで、ｒ２は周辺電極の半径である。拳を作る残りの４本の指の影響を受けるため、４５度～９０度の範囲内に投影面積ｓ２は徐々に増加し、９０度の角度に達すると最大値に達し、約周辺電極の面積ｓ２１の１／４である。指先から中心電極までの距離ｄ１を最小安全距離（２ＣＭ）に維持することを前提に、指から周辺電極までの距離ｄ２は指とホバーボタンとの間の垂直角度に伴って０度から９０度へ、最小ｄ２＝ｄ１＋Δｄから最大ｄ２＝ｄ１＋指の長さまでの範囲内に変化する。図２－４は手のひらを代表として人体の大面積の部位がホバーボタンに接近する状況を示し、手のひらがホバーボタンを完全にカバーできるため、手のひらの中心電極への投影面積は中心電極自体の面積Ｓ１１に等しく、手のひらの周辺電極への投影面積は周辺電極自体の面積Ｓ２１に等しく、手のひらから中心電極までの距離ｄ１が同様に最小安全距離に維持される条件では、手のひらから周辺電極までの距離ｄ２＝ｄ１＋Δｄである。本発明の実施例では、中心電極半径ｒ１は１．２５ＣＭ、周辺電極の内輪半径は１．２５ＣＭ、外輪半径ｒ２は１．７５ＣＭ、凸電極構造の中心電極と周辺電極との高さ差Δｄは０．５ＣＭであることを選択し、下記表は直径が略１ＣＭの指が異なる角度からホバーボタンに接近する時と手のひらがホバーボタンに接近する時におけるＣ１／Ｃ２の理論計算値を示す。

表からわかるように、水平な手のひらのＣ１／Ｃ２＝１．３であり、指の各角度でのＣ１／Ｃ２≧７．１５であり、手のひらを代表とする大面積の身体部位と小面積の指が明らかに異なることを示し、我々は３倍の冗長性でＣ１／Ｃ２の閾値３＊１．３０＝３．９を選択すると、指と手のひらの接近を非常に確実に区別でき、弊社の実験室による大量の実験データも上記結論を証明した。

時分割測定
図６に示すように、本発明は静電容量デジタル変換回路ＣＤＣ回路内のアナログスイッチを用いて、中心電極１－１と人体で構成される自己静電容量Ｃ１、周辺電極１－２と人体で構成される自己静電容量Ｃ２、及び中心電極１－１と周辺電極１－２で構成される相互静電容量Ｃ３を周期的に時分割検出し、１つの測定周期Ｔを３つの時間セグメントＴ１、Ｔ２及びＴ３に分割する。図６に示すように、Ｔ１期間では、アナログスイッチ３－３及び３－５はオンであり、アナログスイッチ３－４及び３－６はオフであり、このとき、方形波励起信号は中心電極１－１に印加され、静電容量測定信号も中心電極１－１から印加され、Ｔ２期間では、アナログスイッチ３－３及び３－５はオフであり、アナログスイッチ３－４及び３－６はオンであり、このとき、方形波励起信号は周辺電極１－２に印加され、静電容量測定信号も周辺電極１－２から印加され、Ｔ３期間では、アナログスイッチ３－３及び３－６はオンであり、３－４及び３－５はオフである。このとき、方形波励起信号は周辺電極１－２に印加され、静電容量測定信号は中心電極から取り出される。上記時分割測定方法によれば、一方では、最小安全距離の要件を満たすように静電容量の検出感度をｆｆレベルに向上させることができ、他方では、Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．：ＵＳ７，４９８，８２２Ｂ２に提案されている中心電極と周辺電極の等電位を維持することでＣ３の影響を除去することを採用する必要がなく、その反面、時分割測定がＣ１、Ｃ２の影響を受けないＣ３を使用することで、ホバーボタンは接触式クイックトリガーの機能を保持できる。

有効ホバートリガー領域
図３－２に示すように、本発明は、Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を測定した静電容量値を用いて、計算によって中心電極１－１の上部に位置する破線の円柱体で示される本発明のホバーボタンの有効ホバートリガー領域２－９を設定し、指が該領域に入り、且つ該領域でのホバー時間が所定のホバー時間閾値（たとえば、１秒）を超えると、ホバーボタンはトリガーされる。本実施例では、有効ホバートリガー領域の底面から中心電極１－１までの距離ｄｍｉｎを０．５ＣＭに設定し、指と中心電極との距離が０．５ＣＭ未満になると、いかなるホバー時間も不要であり、ホバーボタンは直ちにトリガーされ得る。有効ホバートリガー領域の上面から中心電極までの距離ｄｍａｘを４ＣＭに設定し、指からホバーボタンまでの最小安全距離ｄｓａｆを２ＣＭに設定し、このように、最小安全距離より上に２ＣＭの垂直ジッター区間があることを確保し、トリガーの信頼性を向上させることができ、有効ホバートリガー領域の半径ｒは約中心電極の半径ｒ１に等しい。図３－１に示すように、Δｄが決定された条件では、上記垂直距離ｄｍａｘ、ｄｓａｆ、ｄｍｉｎはいずれも静電容量比Ｃ１／Ｃ２と単調関数の関係にあり、Ｃ１／Ｃ２の値を計算することによって決定でき、Δｄが大きいほど、垂直距離の分解能が高いが、Δｄが大きすぎると、ホバーボタンの感度が大幅に低下してしまい、従って、一般的には、０．１ＣＭ～１ＣＭを選択し、実験を繰り返したところ、２つの電極の間隔（高さ差）を１．０～８．９ＭＭにすることはより適切であることがわかり、測定の感度と電極設計を兼ね備え、大多数のユーザーに適用でき、本実施例では、好適には、Δｄ＝０．５ＣＭである。有効ホバートリガー領域の設定計算原理は図２、図３－１及び図３－２に示され、ここで、Δｄは凸構造の中心電極１－１と周辺電極１－２との高さ差であり、ｄ１は中心電極から指までの距離であり、ｄ２は周辺電極から指までの距離であり、Ｓ１は指の中心電極での投影面積であり、Ｓ２は指の周辺電極での投影面積であり、静電容量の基本式によって以下の式（１）を得る。

Ｃ１／Ｃ２＝ε１＊Ｓ１＊ｄ２／ε２＊Ｓ２＊ｄ１＝ε１＊Ｓ１＊（ｄ１＋Δｄ）／ε２＊Ｓ２＊ｄ１－－－（１）

ここで、ε１とε２はそれぞれ静電容量Ｃ１とＣ２の誘電率であり、同じ測定環境では、ε１＝ε２であり、従って、約分後、式（１）は式（２）になる。

Ｃ１／Ｃ２＝Ｓ１＊（ｄ１＋Δｄ）／Ｓ２＊ｄ１－－－－－（２）

式（２）はＣ１／Ｃ２が誘電率とは無関係であることを示す。式（２）を整理して式（３）を得る。

Ｄ１＝Δｄ／（（Ｓ２／Ｓ１）＊（Ｃ１／Ｃ２）－１）－－－（３）

指が中心電極１－１に垂直な方向において０度から９０度へ変化する時、その投影面積Ｓ１とＳ２はほぼ変化せず、すなわち、Ｓ２／Ｓ１は定数であり、従って、式（３）は指の接近距離が２つの静電容量の比Ｃ１／Ｃ２と１対１で対応する反比例関係を示し、すなわち、Ｃ１／Ｃ２を用いて指が接近する距離ｄ１を算出でき、従って、図３－２に示す略円柱体の有効ホバートリガー領域２－９の最大高さｄｍａｘ、最小高さｄｍｉｎ及び最小安全距離ｄｓａｆはいずれもＣ１／Ｃ２の対応する値によって設定されてもよく、有効ホバートリガー領域２－９の半径ｒは中心電極１－１と周辺電極１－２との間の相互静電容量Ｃ３の静電容量値を用いて中心電極１－１の半径ｒ１にほぼ等しい範囲内に限定されてもよい。ただし、式（３）では、誘電率εの影響がなくなり、それにより距離測定精度に対する測定環境の温度、湿度及び異なる媒体の影響が除去される。

図１１に示される各種の中心電極について、前記中心電極の上部の有効ホバートリガー領域は１つの柱体であり、その断面形状は中心電極の外周投影であり、底部から中心電極までの距離はｄｍｉｎであり、その上面から中心電極までの距離はｄｍａｘであり、上記ｄｍｉｎは０．５ＣＭ、ｄｍａｘは４ＣＭである。ｄｍｉｎについて、主に相互静電容量の検出判断が非常に正確であり、環境の影響をあまり受けないことを考慮し、且つこの数値はユーザーがクイックトリガーをしようとするか否かを判断することを考慮して設定されるのであり、ｄｍａｘの設定について、測定の分解能、正確性を効果的に両立させるだけでなく、ホバートリガー過程におけるユーザーの指に必要なジッターによる問題を解消する。

ホバー時間
複数のホバーボタンが応用される場合、指がターゲットホバーボタンの有効ホバートリガー領域を見つける時、隣接して配置されるホバーボタンの有効ホバートリガー領域を通過する隣接するホバーボタンの誤トリガーを引き起こす可能性があり、隣接するホバーボタンの誤トリガーを回避するために、本発明はホバーボタンの有効ホバートリガー領域での指のホバー時間を規定する方法を採用し、それによって途中のボタンの誤トリガーを回避する。様々な応用シーンに応じて、ホバー時間は０．３ｓ～５ｓに規定されてもよく、原則として、ホバー時間が長いほど、誤トリガー防止効果が良好であるが、ホバー時間が長すぎると、トリガー応答時間が長くなり、ユーザーの操作エクスペリエンスを損なってしまい、本発明の実施例におけるエレベータのホバーボタンはホバー時間を０．５ｓ～１ｓに規定する。

クイックトリガー領域
上記したように、ホバーボタンにホバー時間（たとえば、０．５ｓ～１ｓ）が必要であり、人々の様々なニーズ、及び緊急時のホバーボタンのクイックトリガー要件を満たすために、ホバー式ボタンは接触式クイックトリガーの機能を保持する必要があり、すなわち、指がホバーボタンの表面に接触すると、ホバー時間の終了を待つことなくボタンスイッチの機能を直ちにトリガーし、図３－２に示すように、人体の指が上記有効ホバートリガー領域の範囲よりも中心電極に近く、すなわち指から中心電極までの距離がｄｍｉｎ未満であると、クイックトリガー領域２－１０に入り、このとき、ホバー時間の終了を待つ必要がなくホバーボタンが直ちにトリガーされる。

アクティブシールド
図４－１に示すように、単一の電極ユニットの模式図であり、図５は隣接する２つの電極ユニットの模式図であり、隣接する電極ユニット間又は中心電極１－１、周辺電極１－２に対する環境の干渉やクロストークを抑制するために、クロストーク防止電極１－４が設けられているが、クロストーク防止電極１－４が設けられることによって、中心電極１－１、周辺電極１－２の測定感度が低下する問題を引き起こしてしまい、その測定の感度を向上させるために、周辺電極１－２とクロストーク防止電極１－４との間にアクティブシールド電極１－３が設けられ、アクティブシールド電極１－３は静電容量デジタル変換回路ＣＤＣの成熟した技術、すなわち、ＣＤＣの演算増幅器によって、中心電極又は周辺電極に接続されてなるボルテージフォロワを構成し、中心電極１－１又は周辺電極１－２と大面積の接地用金属又は接地電極１－４との間のアクティブシールド電極１－３の等電位を維持し、それにより測定電極の電界エネルギーの対地バイパスの損失を回避又は減少し、静電容量Ｃ１及びＣ２の測定感度を向上させ、それにより最小安全距離の要件を満たす。

更に、非常に多くのホバーボタンが応用されるシーンでは、ホバーボタンの底部には通常、大面積の接地用金属があり、たとえば、エレベータのかご本体は一般的に金属から構成され、安全のため、かご本体を接地する必要があり、ホバーボタンの自己静電容量Ｃ１及びＣ２について、底部における大面積の接地金属はＣ１及びＣ２の測定感度を大幅に低下させ、それによってホバーボタンは最小安全距離の要件を満たすことができず、図４－２に示すように、本発明は凸構造の周辺電極１－２の底部にもう１つのアクティブシールド電極１－７が設けられており、図４－２の実施例では、ＰＣＢ基板のビア１－８によってアクティブシールド電極１－３と１－７を連通させ、実験を行ったところ、上記構造によれば隣接する外部電極間のクロストークと大面積の接地金属の影響を許容範囲に低減させることができることを示した。

音響光学フィードバック
接触式ボタンは通常、機械式スイッチの変位動作又は音響光学フィードバック回路によってトリガー状態及び非トリガー状態の２つの状態の触覚フィードバックを操作者に提供でき、それによって操作者はボタンスイッチのトリガー成功を確認して手をボタンから放すことができる。図８、図９及び図１０に示すように、本発明のホバーボタンも音響光学フィードバック制御回路５－３及び多色ＬＥＤインジケータ５－４を含み、上記接触式ボタンの２つの状態の触覚フィードバックとは異なり、指が有効ホバートリガー領域を通過することに起因する誤トリガーを回避するために、指が有効ホバートリガー領域内で所定の時間ホバーする必要があり、ホバーボタンは少なくとも３つの状態の非接触触覚フィードバック（照明又は音声によって実現される）を必要とする。第１の状態は、非トリガー状態であり、指が有効ホバートリガー領域に入っていないことを示し、消灯又は無音で示されてもよく、第２の状態はプレトリガー状態であり、指が有効トリガー範囲に入っていることを示し、単色ランプの点滅又は多色ランプの１つの特定の色（たとえば、黄色）の点灯で示されるか特定の通知音で示されてもよく、ホバーボタンの有効ホバートリガー領域に入っていることを操作者に通知し、第３の状態はトリガー状態であり、指が既に有効トリガー領域内で所定のホバー時間ホバーし、ホバーボタンがトリガーされることを示し、単色インジケータの点滅から常時点灯への切り替え又は多色インジケータのもう１つの色への変化で示されるかもう１つの通知音で示されてもよい。

原理ブロック図の説明
図９に示すように、中心電極１－１、周辺電極１－２及びアクティブシールド電極１－３、１－７はいずれもＣＤＣに接続され、ＣＤＣは中心電極１－１と人体との間で形成される自己静電容量Ｃ１、周辺電極と人体との間で形成される自己静電容量Ｃ２、中心電極１－１と周辺電極１－２との間で形成される相互静電容量Ｃ３を周期的に時分割測定し、Ｃ１又はＣ２の感度を向上させるために、ＣＤＣの演算増幅器を用いてボルテージフォロワを構成し、電極１－３及び１－７と１－２の等電位を形成してアクティブシールドの効果を達成する（さらに図４－２、４－３を参照）。ＣＤＣは測定したＣ１、Ｃ２及びＣ３の静電容量値をＭＣＵに入力し、ＭＣＵはＣ１／Ｃ２の値を計算し、Ｃ１／Ｃ２及びＣ３の値に応じて計算によって指が有効ホバートリガー領域２－９に入るか否か又は有効ホバートリガー領域２－９から離れるか否かを判断し、判断結果に応じて音響光学フィードバック制御回路によって３状態の音響光学フィードバックを提供するとともに、通信回路によってホバーボタンのトリガーロジック信号をエレベータ中央制御装置に送信する。

電極配置形態
指がホバーボタンに平行な異なる方向からスイッチをトリガーする一致性要件を満たすために、中心電極は最適には円形であり、外部電極は最適には環状であり、勿論、多角形であってもよく、中心電極は複数の電極を用いて配置されてもよく、複数の電極間の相互静電容量を使用することで、クイックトリガー領域の信頼性を更に向上させ、周辺電極も複数の電極を用いて配置されてもよく、このように、有効トリガー領域の略円柱体の半径をより正確に決定することに有利である。図１１－１、図１１－２、図１１－３、図１１－４、図１１－５、及び図１１－６はそれぞれ２つの中心電極の配置方式、３つの中心電極の配置方式、６つの中心電極と２つの周辺電極の配置方式、３つの中心電極と１つの周辺電極の非閉リング、２つの中心電極と周辺電極の非閉リング、１つの中心電極と周辺電極の非閉リングの模式図を示す。すなわち、中心電極は、複数のリーフから構成されてもよく、周辺電極は開リング又は閉リングとなる円形リングから構成され、又は半円形リングから構成される。また、クロストーク防止接地環状電極１－４とアクティブシールド電極１－３は図４－３に示すように、中心電極と同じ水平面上に配置されてもよい。

操作方法
本発明のホバーボタンの操作方法は図１２に示され、ホバーボタンをパワーオンしてスタートすると、まず非トリガーロジック信号を出力し、次に非トリガー周期的繰り返し検出及び計算段階に入り、この段階では、指が有効ホバートリガー領域に入っているか否かを判断し、ＮＯであると音響光学フィードバック制御回路は非トリガー状態を出力し、検出及び計算の繰り返しを継続し、指が既に有効ホバートリガー領域に入っていることを検出及び算出した後に、音響光学フィードバック制御回路はプレトリガー状態を出力するとともに、ホバータイマーは計時を開始し、プレトリガー繰り返し検出及び計算段階に入る。前記プレトリガー繰り返し検出計算段階では、指が有効ホバートリガー領域から離れると、ホバータイマーはクリアし、音響光学フィードバック制御回路は非トリガー状態を出力し、非トリガー繰り返し検出及び計算段階に戻り、指が更にクイックトリガー領域に入っている又はホバータイマーが所定のホバー時間を超えると、音響光学フィードバック制御回路はトリガー状態を出力するとともに、ロジックトリガー信号を出力し、トリガー後の繰り返し検出及び計算段階に入る。前記トリガー後の繰り返し検出及び計算段階では、指が有効ホバートリガー領域から離れると、非トリガー状態信号を出力し、ホバータイマーはクリアするとともに、音響光学を通じて非トリガー状態をフィードバックし、非トリガー繰り返し検出及び計算段階に戻る。本発明のホバーボタン操作方法は以下の３種の操作モードの要件を満たすことができる。第１は単回トリガーモードであり、すなわち、トリガーすると、指は直ちに有効ホバートリガー領域から離れることができ、且つ再トリガーが不要であり（エレベータ、各種のドアスイッチ、便器の水洗スイッチなどに適用できる）、第２は連続トリガーモードであり、すなわち、トリガーすると、指は直ちに有効ホバートリガー領域から離れると同時に、トリガーロジック信号を連続的に出力することができ、指がホバースイッチを２回目トリガーすると、非トリガー信号を出力し（風呂又は洗面台用の蛇口スイッチ、各種の照明ランプの点灯／消灯制御に適用できる）、第３はホバー保持トリガー方式であり、すなわち、トリガーすると、指が有効ホバートリガー領域内で保持され続け、この間にトリガーロジック信号を連続的に出力し、指が有効ホバートリガー領域から離れると、非トリガーロジック信号を出力する（オフィス、高速鉄道、空港、駅などの場所の公共飲料水の制御ボタンに適用できる）。

静電容量センサが干渉を受けやすいことや使用環境条件の制限での人体の指の測定感度の問題に鑑みて、現在成熟した静電容量デジタル変換回路ＣＤＣの技術を十分に活用し、さらに静電容量センサの設計と組み合わせて本発明の目的を実現する必要がある。

実施例
エレベータのボタンが１つであり、すなわち、最下階及び最上階の呼び出しボタンである場合、図７は最も合理的な一実施例を示し、該実施例はたとえば蛇口のトリガーボタン設計などのほかの類似する分野にも簡単に適用でき、エレベータの上り下りスイッチに対して設計される２つのボタン（ダブルボタン基本制御ユニット）の手段に対して、図８は１つの合理的な配置の実施例を示し、エレベータのかごにより多くの階数ボタンがある場合、各ＣＤＣチップのインタフェース能力、回路基板設計における測定の信頼性及び精度の確保、並びに経済性を考慮して、最適な設計は１列のボタンを集合し、各列のボタン集合同士がシリアルインタフェースによってビルディングブロックに接続され、さらにマスターコントローラに接続されることである。以下、３つの実施例の形態をそれぞれ説明する。

第１実施例
本発明のホバーボタンの１実施例は独立したホバーボタンであり、たとえば、独立したホバーボタンの構造図は図７に示される。回路の原理ブロック図は図９に示され、多層回路基板１－６で作製され、中心電極１－１は回路基板の最上層に作製され、周辺電極１－２は回路基板の第２層に作製され、回路基板の第３層にアクティブシールド電極１－７が作製され、回路基板の第４層に電源回路５－１、通信回路５－２、ＣＤＣ回路３、及び音響光学フィードバック制御回路５－３が配置される。回路基板の第１層にＬＥＤ発光素子５－４があり、パネル４－１はアクリル又は透明ＰＣで作製され、最上層は発光インクでボタンの形状をシルクスクリーン印刷し、最上層のほかの位置を不透明なインクでシルクスクリーン印刷することで、ＬＥＤ発光素子５－４の点灯時にボタンの状態を表示できることを確保する。パネル４－１の裏面とボタンの多層回路基板の最上層は接着方式によって接続され、金属ケース４－７と多層回路基板及びパネルも接着方式によって接続され得る。図９の等価回路図に示すように、多層回路基板１－６の最下層にＣＤＣとＭＣＵとを集積したＣＤＣ専用チップ３があり、ＣＤＣ専用チップ３は、ホバーボタンの静電容量値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を測定し、Ｃ１／Ｃ２の比を計算し且つＣ３の大きさを比較することによってホバーボタンの機能を実現することに用いられる。多層回路基板１－６の最上層に多色ＬＥＤ発光素子５－４及び多層回路基板の最下層における音響光学フィードバック制御回路５－３がさらに設けられ、上記３状態の照明フィードバック（すなわち、指が有効ホバートリガー空間に入っていないと、緑色ランプが点灯し、指が有効ホバートリガー空間に入ると、紫色ランプが点灯し、ホバーボタンがトリガーされると、赤色ランプが点灯する）を実現することに用いられ、多層回路基板の最上層に中心電極１－１が設けられ、第２層に周辺電極１－２が設けられ、第３層にアクティブシールド電極１－７が設けられることで、金属ケース接地４－７と最下層の制御回路層によって感度が低下するという問題を同時に回避する。回路基板の第４層に電源回路５－１、ＣＤＣ回路３、及び通信回路５－２が設けられ、シリアル通信インタフェースによってエレベータの制御及び信号システムと通信し、エレベータのホールコール制御及び照明指示機能を実現する。本発明の凸構造の独立ホバーボタンは構成が簡単でコストが低く、従来の機械接触式独立ボタンスイッチを非常に簡単置き換えることができる。

第２実施例
本発明のホバーボタンの別の実施例はエレベータホールコール用のダブルホバーボタンであり、構造図８及び原理ブロック図９に示すように、２つのホバーボタンの中心電極１－１は銀ペーストで透明パネル４－１上にシルクスクリーン印刷され、透明パネル４－１の下に照明フィードバック光を均一にするための光均一化板４－２が設けられ、透明パネルと光均一化板はフレーム４－３によって周辺電極ＰＣＢ基板４－４に固定され、且つフレームによって凸電極構造の中心電極と周辺電極との垂直距離差Δｄを０．５ＣＭに制御し、電極ＰＣＢ基板４－４の下方に制御ＰＣＢ基板４－６が設けられ、図９の等価回路図に示すように、制御ＰＣＢ基板４－６上にＣＤＣとＭＣＵとを集積したＣＤＣ専用チップがあり、ＣＤＣ専用チップは、ホバーボタンの静電容量値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を測定し、Ｃ１／Ｃ２の比を計算し且つＣ３の大きさを比較することによってホバーボタンの機能を実現することに用いられる。制御ＰＣＢ基板４－６に多色ＬＥＤインジケータ５－４及び音響光学フィードバック制御回路５－３がさらに設けられ、上記３状態の照明フィードバック（すなわち、指が有効ホバートリガー空間に入っていないと、緑色ランプが点灯し、指が有効ホバートリガー空間に入ると、紫色ランプが点灯し、ホバーボタンがトリガーされると、赤色ランプが点灯する）を実現することに用いられ、ＰＣＢ基板４－４の上層に周辺電極１－２、環状アクティブシールド電極１－３及び環状接地電極１－４が設けられる。ＰＣＢ基板４－４の下層にアクティブシールド電極１－７が設けられ、該アクティブシールド電極と電極ＰＣＢ基板４－４上の環状アクティブシールド電極はＰＣＢビア１－８によって接続され、それによって金属ケース接地と外部環状接地電極によって感度が低下するという問題を同時に回避する。制御ＰＣＢ基板４－６上に電源回路５－１、ＣＤＣ回路３、及び通信フィードバック回路５－２がさらに設けられ、シリアル通信インタフェースによってエレベータの制御及び信号システムと通信し、エレベータのホールコール制御及び照明指示機能を実現する。

第３実施例
本発明のホバーボタンの別の実施例は、エレベータのかご内で階数選択制御に用いられる複数列のホバーボタンであり、構造図１０及び原理ブロック図９に示すように、複数のダブルボタン基本制御ユニット４と１つの集中コントローラ６は金属フレームに配置され、且つ独立ユニット通信線６－１によって直列接続されて集中コントローラ６に接続される。ダブルボタン基本制御ユニット４の構造は図８に示され、２つのホバーボタンの中心電極１－１は銀ペーストで透明パネル４－１上にシルクスクリーン印刷され、透明パネル４－１の下に照明フィードバック光線を均一にするための光均一化板４－２が設けられ、透明パネルと光均一化板はフレーム４－３によって電極ＰＣＢ基板４－４に固定され、フレームによって凸電極構造の中心電極と周辺電極との垂直距離差Δｄを０．５ＣＭに制御し、電極ＰＣＢ基板４－４の下方に制御ＰＣＢ基板４－６が設けられ、図９の等価回路図に示すように、制御ＰＣＢ基板４－６上にＣＤＣとＭＣＵを集積したＣＤＣ専用チップがあり、ＣＤＣ専用チップは、ホバーボタンの静電容量値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を測定し、Ｃ１／Ｃ２の比を計算し且つＣ３の大きさを比較することによってホバーボタンの機能を実現することに用いられる。制御ＰＣＢ基板４－６に多色ＬＥＤインジケータ５－４及び音響光学フィードバック制御回路５－３がさらに設けられ、上記３状態の照明フィードバック（すなわち、指が有効ホバートリガー空間に入っていないと、緑色ランプが点灯し、指が有効ホバートリガー空間に入ると、紫色ランプが点灯し、ホバーボタンがトリガーされると、赤色ランプが点灯する）を実現することに用いられ、ＰＣＢ基板４－４の上層に周辺電極１－２、環状アクティブシールド電極１－３及び環状接地電極１－４が設けられる。ＰＣＢ基板４－４の下層にアクティブシールド電極１－７が設けられ、該アクティブシールド電極と電極ＰＣＢ基板４－４上の環状アクティブシールド電極はＰＣＢビア１－８によって接続され、それによって金属ケース接地と外部環状接地電極によって感度が低下するという問題を同時に回避する。制御ＰＣＢ基板４－６上に電源回路５－１、ＣＤＣ回路３、及び通信フィードバック回路５－２がさらに設けられ、制御ＰＣＢ基板４－６は内部シリアル通信ケーブル６－１によって集中制御ＰＣＢ基板６に接続され、集中コントローラ６には、基本ユニット４のボタン動作を総合的に分析することで誤操作を更に減少させるためのＭＣＵ（符号６－３）が設けられ、集中給電モジュール６－２は独立制御ユニット４の電源回路５－１に給電することに用いられ、集中通信制御モジュール６－４は、エレベータ中央制御装置と通信すると同時に、各基本制御ユニット４と通信することに用いられ、それによりエレベータの階数制御及び照明指示機能を実現する。

最終的な効果
米国特許ＵＳ ７，４９８，８２２Ｂ２に開示されている技術的手段では、中心電極と外部電極との間に静電容量効果が発生して中心電極及び外部電極による人体又は導電物体間の自己静電容量の測定を妨げることを回避するために、静電容量測定時、中心電極と外部電極に同じ電圧信号を同時に印加してこれら２つの電極間に等電位を形成する必要があり、この設計によれば、一方では、測定回路の複雑さが増加し、コスト上昇につながり、他方では、中心電極と外部電極との間で形成される相互静電容量パラメータによるホバートリガー有効距離の補正作用を使用できないことに比べて、本発明に使用されるたとえばΔ－Σ原理に基づくＣＤＣチップなどの静電容量デジタル変換回路は、２つの電極の自己静電容量Ｃ１、Ｃ２及び２つの電極間の相互静電容量のＣ３値をそれぞれ周期的に時分割測定することができ、３つの静電容量測定は互いに影響せず、２つの電極間の等電位の制限を必要とせずにＣ１、Ｃ２及びＣ３の正確な静電容量値を得ることができる。また、ホバーボタンが解決しようとする技術的問題は、静電容量測定に対する環境の温度、湿度変化の影響を回避することであり、本発明は中心静電容量と外部静電容量との比を主な出発判断根拠とし、静電容量比は温度、湿度が主に影響する誘電率とは無関係である。

本発明のホバーボタンは、たとえば、エレベータ内に多くの人がいる場合に腕や背中がホバーボタンに接近又は密着したり、クリーニング時に手のひらや拳がホバーボタンに近づいたりするなど人体が大面積でホバーボタンに接近する時に引き起こされる誤トリガーを効果的に防止することができる。人体の手のひらから１本の指を伸ばすというポインティング動作を十分に活用する場合、本発明で設計された２つの電極に対する指の大まかな長さと手のひら全体の作用は明らかに異なり、従って、大多数の人が人差し指でボタンスイッチを操作することに慣れており、成人の人差し指の長さが約６－８ＣＭ、子供が４－６ＣＭであることを考慮して、残りの４本の指によって外部電極への人差し指の投影面積を増加させることを回避するために、外部電極の直径（円形）又は辺長（正方形）を４ＣＭ以下に制御する必要がある。

最後に説明すべき点として、以上の実施例は本発明の保護範囲を制限せず、単に本発明の技術的手段を説明するものであり、好ましい実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者が理解できるように、本発明の技術的手段の趣旨及び範囲を逸脱せずに、本発明の技術的手段に対して変更や同等置換を行うことができる。

Claims (13)

1. ホバーボタンセンサユニットであって、電源回路、静電容量センサ、静電容量デジタル変換回路、制御モジュール、音響光学フィードバック制御回路、及び通信回路を含み、前記静電容量センサは１組又は複数組の電極から構成され、各組の電極は少なくとも１つの中心電極と、中心電極を囲んで設けられる少なくとも１つの周辺電極とを含み、中心電極は周辺電極よりも高さ１．０～８．９ｍｍ突出しており、前記静電容量デジタル変換回路は静電容量励起信号回路を含み、前記静電容量励起信号回路は高周波方形波励起信号を生成し、前記中心電極、及び周辺電極はいずれも静電容量デジタル変換回路に接続され、該組の中心電極及び周辺電極が人体の指の接近を感知した後の自己静電容量と相互静電容量を検出し、前記静電容量デジタル変換回路は前記制御モジュールに接続され、前記制御モジュールは人体の指が前記中心電極の上部を指す有効ホバートリガー領域範囲及びこの範囲内での滞留時間に応じて該ボタンのトリガーロジック信号を出力する、ホバーボタンセンサユニット。
2. 前記制御モジュールは音響光学フィードバック制御回路に接続され、前記音響光学フィードバック制御回路は非トリガー、プレトリガー及びトリガーの３つの状態を示す、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
3. 周辺電極の背後にアクティブシールド電極がある、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
4. 周辺電極の外側に環状のアクティブシールド電極がある、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
5. アクティブシールド電極は演算増幅器によって前記中心電極又は周辺電極に接続され、演算増幅器によりボルテージフォロワを構成する、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のホバーボタンセンサユニット。
6. 環状のアクティブシールド電極外にクロストーク防止電極が周設される、ことを特徴とする請求項４に記載のホバーボタンセンサユニット。
7. 前記中心電極の上部の有効ホバートリガー領域は１つの柱体であり、その断面形状は中心電極の外周投影であり、その底部から中心電極までの距離はｄｍｉｎであり、その上面から中心電極までの距離はｄｍａｘであり、前記ｄｍｉｎは０．５ＣＭ、ｄｍａｘは４ＣＭである、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
8. 中心電極は、複数のリーフから構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
9. 周辺電極は開リング又は閉リングとなる円形リングから構成されるか、又は半円形リングから構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のホバーボタンセンサユニット。
10. ホバーボタンのトリガー方法であって、請求項１～９のいずれか1項に限定されるセンサユニットに基づいて、静電容量センサによって人体の指が特定の中心電極の上部の有効ホバートリガー領域に入ることを検出及び計算し、音響光学フィードバック制御回路によって人体の指が前記有効ホバートリガー領域に入るプレトリガー応答を提供し、
    人体の指が有効ホバートリガー領域よりも中心電極に近いクイックトリガー領域に入る場合、人体の指が指すボタンのトリガーロジック信号を直接出力すると同時に、音響光学フィードバック制御回路はプレトリガー状態応答を提供し、そうでない場合、人体の指が前記有効ホバートリガー領域に滞留するか否かを連続的に検出し、ＹＥＳであり且つ設定されたホバー時間を超えると、人体の指が指すボタンのトリガー信号を出力すると同時に、音響光学フィードバック制御回路はプレトリガー状態応答を提供し、設定されたホバー時間内に指が前記有効ホバートリガー領域から離れたことが検出される場合、非トリガー状態に戻る、ことを特徴とするホバーボタンのトリガー方法。
11. 前記ホバー時間は０．３～５秒であり、最適ホバー時間は０．５～１秒である、請求項１０に記載のホバーボタンのトリガー方法。
12. 前記中心電極の上部の有効ホバートリガー領域は１つの柱体であり、その断面形状は中心電極の外周投影であり、その底部から中心電極までの距離はｄｍｉｎであり、その上面から中心電極までの距離はｄｍａｘであり、前記ｄｍｉｎは０．５ＣＭ、ｄｍａｘは４ＣＭである、ことを特徴とする請求項１０に記載のホバーボタンのトリガー方法。
13. 前記制御モジュールは音響光学フィードバック制御回路に接続され、前記音響光学フィードバック制御回路は非トリガー、プレトリガー及びトリガーの３つの状態を示す、ことを特徴とする請求項１０に記載のホバーボタンのトリガー方法。