KR100421402B1 - 변위전류감지기와3차원위치,배향및물체분포를결정하는방법 - Google Patents

변위전류감지기와3차원위치,배향및물체분포를결정하는방법 Download PDF

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조슈아 알. 스미쓰
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매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지
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Abstract

의사-정전 감지 시스템(a quasi-electrostatic sensing system)은 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)를 전계로 둘러싸고, 전계의 크기는 물체에 관한 관심있는 성질을 해석하기 위하여 하나 또는 그 이상의 위치에서 감지된다. 물체는 AC 결합된 "감지" 전극과 다른 "수신" 전극 사이에서 연장되는 전계의 일부를 차단하고, 차단된 전계의 크기는 물체가 접지 경로를 제공하던가 제공하지 않던가 간에 감지된 물체의 크기 및 배향과, 분포된 전극의 기하학에 의존한다. 물체에 대한 전계의 응답이 복잡한 비선형 함수이기 때문에, 전극을 추가하는 것은 더 많은 경우들 사이에서 항상 구별할 수 있다. 달리 말하면, 각각의 전극은 전계 내에서 물체의 독립적인 가중치를 나타내고, 전극은 추가함으로써 다른 전극에 의해 제공되는 정보에 중복되지 않는 물체에 관한 정보를 제공한다. 시스템의 작용을 측정될 성질에 있어서의 변화에 관련시키는 "포워드(forward)" 모델이 정해지며, 이러한 모델의 "역"은 시스템 작용을 기반으로 한 성질의 회복을 용이하게 한다. 본 발명은 2차원 및/또는 3차원 정보를, 예를 들면, 컴퓨터, 전기 제품, 텔레비전, 가구 등에 전달하는 수단으로서 사용자 위치 및 제스처의 검출이나, 데이터 입력 또는 명령을 장치에 제공하는 것이나, 잠재적 사용자가 물체에 도달할 때까지 전력을 보류함으로써 보안을 목적으로 위험을 경고하기 위하여 또는 에너지를 보존하기 위하여 기준 물체에 접근하는 것을 감지하는 것을 포함하는 다양한 사용법에 따른다.

Description

변위 전류 감지기와 3차원 위치, 배향 및 물체 분포를 결정하는 방법
위치 감지기는 다양한 전자 장치에 대해 입력을 제공하는데 사용된다. 이러한 감지기들 중 몇몇 감지기는 디지털 컴퓨터에 위치 입력 신호를 제공하는데 사용되고 어디에서나 있는 "마우스"와 같은 전기기계 장치이다. 기계적이 아닌 다른 감지기는 일반적으로 위치 정보를 제공하는데 정전기장 또는 자계를 이용한다. 정전 감지기의 일 예는 사용자가 용량성 버튼 스위치 위에 손가락을 올려놓을 때 시동되는 용량성 버튼 스위치이고, 손가락을 올려놓을 때 사용자는 커패시터의 커패시턴스를 효과적으로 증가시켜, 버튼의 시동을 나타내도록 감지되는 용량성 전류를 증가시킨다.
비기계적 감지기는 이들 감지기가 이동하는 부품을 구비하지 않으며 더욱이, 적어도 이론상으로는 마우스 패드 등과 같이 작은 영역에 걸쳐서 동작하도록 제한되지는 않는다는 점에서 유익하다. 그러나, 실제로 구성 및 감도 고려 때문에, 이러한 감지기는 작은 영역으로 한정되며, 실제로 이러한 감지기가 "푸시버튼"으로 사용될 때 이는 용량성 감지기의 바람직한 속성이다.
전기기계 감지기는 그 구조에 의해 명시적인 유형의 사용자 이동의 검출에 한정된다. 예를 들면, 마우스는 2차원 표면을 따라 위치를 검출하고 마우스에 장착된 "클릭" 버튼에 대한 사용자의 시동을 송신할 수 있으나, 보통의 버튼 클릭외의 3차원 위치 및 제스처는 마우스의 검출 능력에서 벗어난다. 종래의 정전 감지기 및 자기 감지기는 동일한 불능 상태(disabilities)를 겪는다.
사실상, 한정된 공간 내에서 물체의 위치, 물체 분포 또는 배향을 결정하려면, 물리적으로는 상이하지만 동일하거나 실체가 없게 상이한 감지기 판독을 발생하는 경우들 사이에서 해석의 어려움으로 인하여 매우 복잡한 문제점을 나타낸다. 예를 들면, 전계 감지 시스템에서, 멀리 떨어져 있는 큰 물체는 근접해 있는 보다 적은 물체와 동일한 신호를 발생할 수 있다. 당연히, 보다 많은 감지기를 사용할수록, 명확하게 해석될 수 있는 경우가 더 많아질 것이지만, 최소한의 수의 감지기를 이용하여 원하는 경우의 세트를 해석할 수 있는 감지기 배열을 체계적으로 설계하기 위한 방법이 아직까지는 존재하지 않았다. 사실상, 현재의 정전 감지기 배열은 한정된 공간의 구석구석까지 3차원 정보를 제공할 수 없다.
예를 들면, 중앙 송신 전극 근방에 배치된 수신기 전극의 어레이를 설명하는 공개된 PCT 출원 제 WO 90/16045호(타이트(Tait))에는 용량성 버튼 스위치의 보다 발전한 버전이 개시된다. 그러한, 이러한 유형의 구조에서조차, 측정된 것이 배열된 전극 사이의 가중치에 있어서의 변동이기 때문에 이러한 구조가 제공하는 정보 측면에서 보면 비교적 조잡하다. 이와 같은 배열은 3차원 위치 정보를 제공하지는 않는다. 이와 같은 배열은 위치 및 배향의 특징을 나타내는데 필요한 장치(즉, 전극)의 수를 상당히 감소시키지는 않으며, 최적의 수의 장치를 얻는 방안을 제공하지도 않는다. 더욱이, 타이트(Tait) 장치는 오히려 3차원에서 동작할 수 있는 방식으로 사용되지는 않으며, 상이한 배향/위치의 경우들을 잘 구별하지 못한다. 접촉은 모든 경우에 완전하여, - 즉, 사용자의 손가락은 실제로 송수신 전극을 접촉하여,- 그러한 접촉이 가능하지 않은 곳에서는 접근이 부적당하게 할 것이다.
본 발명은 전반적으로 한정된 공간 기준 프레임(a defined spatial reference frame) 내에서 전기 도전성 물체(an electrically conductive mass)의 위치와 배향을 감지하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 변위 전류(a displacement current)에 있어서의 변동에 기초하여 한정된 공간에서 개인의 존재, 배향 및 현저한 특징을 해석하는 감지 시스템에 관한 것이다.
발명의 개요
본 발명은 관찰중인 물체와 감지기 사이의 접촉에 대한 필요성을 완전히 없애서, 의사 정전기장 내에서 물체의 3차원 위치, 물체 분포 및/또는 배향을 복원하기 위해 3차원 의사 정전기장 기하학의 지식을 이용한다. 본 발명은 또한, 원하는 범위의 가능한 물체 분포, 위치 및/또는 배향을 복원하기 위하여 전극의 수와 전극의 공간 분배의 측면에서 최적인 전극 배열을 얻는 방법을 제공한다. 본 발명은 한 개인 또는 개인의 신체 부분(예를 들면, 손)의 위치 및 배향 또는, 사람들 집단의 분포를 파악하는 것에 관하여 유익하게 사용된다. 편의상, 본 명세서에서 사용된 용어 "개인"은 개인 또는 개인의 신체 부분을 광범위하게 내포한다.
제1 측면에서, 본 발명은 최적의 감지 시스템을 구성하는 모들 형태로 사용될 수 있는 기본 하드웨어 회로를 제공한다. AC 신호가 제1 전극에 인가되고, 그전극에서 방출되는 전류와 공간에 분포된 다른 전극 세트들로 입력된 전류로부터 측정이 이루어지고 상기 다른 전극들은 AC 결합된 전극의 접지 귀환에 유효하게 접속되어 있다. 감지될 전기 도전성 물체는 AC 결합된 "감지" 전극과 다른 "수신"전극 사이에서 연장되는 전계의 일부를 차단하는데, 차단된 전계의 크기는 물체가 접지 경로를 제공하든지 아니든지 간에 감지된 물체의 크기 및 배향과, 분포된 전극의 기하학에 따른다.
예를 들면, 타이트 출원에서 예상된 것과 같은 간단한 경우에, 개인은 그 개인이 전극을 유효하게 브리지하는 감지/수신 전극에 근접하여, 그 용량성 결합을 증가시키고 따라서, 개인의 부재 시에 흐르는 전류와 비교해 볼 때 수신 전극을 통하는 전류를 증가시키게 된다. 그러나, 개인이 지면 위에 서 있고 전극에서 다소 떨어져 있을 경우, 개인의 신체가 용량성 결합을 증가시킬 뿐만 아니라, 접지 경로를 제공한다. 이러한 두 효과는 대립되는데 즉, 증가된 용량성 결합이 출력 전류를 증가시키는 반면, 접지로 향하는 경로는 전류의 일부를 발산시켜 수신 전극에서 출력을 감소시킨다(용량성 결합 효과가 탁월하기 때문에 개인이 두 전극을 모두 접촉하는 단순한 경우에 접지 경로는 중요하지 않다).
또한, 개인을 통과하는 전류가 수신 전극에 도달하는가 또는 접지로 분로되는가의 여부와 무관하게 개인을 통과하는 전류의 절대량이 관련이 있다. 실제로, 개인이 송신 전극에 근접해 있지만 수신 전극에서 떨어져 있을 경우, 이는 유일한 관련 변수이다.
제2 측면에 있어서, 전극 기하학의 지식을 결부시켜 이들 측정 모두는 관심있는 성질을 해석하는데 사용된다. 물체에 대한 전계의 응답은 복잡한 비선형 함수이기 때문에, 전극을 부가하면 보다 많은 경우들을 항상 구별해낼 수 있다. 달리 말하면, 각각의 전극은 전계 내에서 물체에 대한 독립적인 가중치를 나타내며, 전극을 부가하면 다른 전극에 의해 제공되는 정보와 중복되지 않는 물체에 관한 정보를 제공한다.
이러한 측면에 따라, 시스템의 동작을 측정될 성질에 있어서의 변동에 관련시키는 "포워드 모델(forward model)"이 확립된다. 포워드 모델은 해석적으로 또는 수치적으로 특징지워질 수 있으나, 어떤 경우에서나 관심 있는 공간 영역에 걸친 전극 응답에 대해 비교적 완전한 설명을 나타낸다. 포워드 모델이 시스템 값을 그 값을 발생시킨 성질의 변수에 관련시키기 때문에, 이 모델을 "반전"시킬 수 있고, 따라서 시스템의 주어진 세트에 대해 원인이 되는 모델 변수를 재구성할 수 있다. 포워드 모델은 일반적으로 복잡하고 따라서 반전은 대개 해석학적으로 달성될 수 없다. 그 대신, 양호한 구현에서, 베이즈 추정(Bayesian inference) 기술은 측정된 출력을 가장 많이 일으킬 것 같은 변수를 찾기 위해 사용된다. 대안적 구현에서, 에러 최소화 기술은 최소 에러를 갖는 측정 출력을 유발하는 변수 값을 밝히기 위해 사용된다. 또 다른 대안은 수치적 근원 찾기를 포함한다.
다른 측면에서, 각각의 측정에 의해 제공되는 정보의 양은 베이즈 확률 해석에 대한 그 기여도에 따라 정량화된다. 이러한 방식으로 불확실성을 해석하는 방향으로 각각의 측정의 영향을 정량화하면, 대안적 감지기 기하들(geometries)을 비교하고 최적의 기하 -즉, 관심 있는 공간 영역에 걸쳐서 평가된 관련 불확실성이 수용가능한 한계 내에 들어오는 그런 최적 기하-을 설계하기 위한 기반을 부여한다.
다른 측면에서, 이 물체의 기지의 성질들은 특징을 이루는 정보의 최대량을 발췌하기 위하여 측정된 신호 레벨들의 의미를 제약하기 위해 사용된다. 그 때문에 포워드 모델은 식별가능한 미지의 변수에 의해 달라지는 가능한 "경우" 또는 순간 카테고리들을 구별하기 위해 사용된다.
시스템 성능을 향상시키기 위하여 -즉, 모호함을 해석하는데 필요한 전극의 수를 최소화시키기 위하여-, 본 발명은 각각의 전극들을 송신 전극이나 또는 수신 전극으로서 스위칭 가능하게 지정하기 위한 수단을 바람직하게 포함한다. 상이한 위치에 배치된 소스 및 수신기들을 이용하여 측정 세트를 만들면, 감지기의 수를 증가시키지 않고서도 시스템의 해석 능력이 증가한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 감지 어레이가 놓일 수 있는 다양한 용법으로 확장된다. 이는 예를 들면, 컴퓨터, 전기 제품, 텔레비전, 가구 등에 2차원 및/또는 3차원 정보를 전달하는 수단으로서 사용자 위치 및 제스처의 검출을 포함한다. 정보는 물체 분포, 위치 및/또는 배향에 대한 동적인 측정에 한정되지는 않지만, 예를 들면, 높이 및 위치에 있어서의 변동으로 인한 제스처 정보로 확대될 수 있다. 이 정보는 장치를 동작시키는 데이터 입력 또는 명령 커맨드를 나타낼 수 있거나, 또는 그 대신 (예를 들면, 장치에 대한 사용자의 근접을 기반으로 한 안전한 동작을 보장하기 위하여) 사용자 관여 없이 장치에 의해 획득될 수 있다. 더 큰 규모로, 본 발명은 보안을 위하여 기준 물체에 대한 근접성을 감지하거나, 위험을 경고하거나 또는, 잠재적 사용자가 물체에 접근할 때까지 전력을 억제함으로써 에너지를 보존하는데 사용될 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
다음의 논의는 첨부 도면과 관련하여 이해할 때 본 발명의 다음의 상세한 설명에 의거하여 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1A는 본 발명을 일체화한 감지기에 대한 개략도.
도 1B는 다중 감지기 배열에 일체화되고 도 1에 도시된 감지기의 개략도.
도 2는 임의의 전극이 송신 전극으로 지정될 수 있는 대안적 다중 감지기 배열에 대한 개략도.
도 3은 수신기 또는 송신기로서 사용될 수 있는 대안적 감지기 설계에 대한 개략도.
도 4는 감지된 물체 또는 개인이 본 발명에 의해 측정되는 변수에 영향을 미치는 방식을 도시한 도면.
도 5는 일정한 위치 및 높이 정보를 해석할 수 있는 2-전극 감지 배열을 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 배열의 출력을 전극 사이의 2차원 이동에 그래픽으로 관련시키는 도면.
도 7은 도 5에 도시된 배열의 출력을 전극의 면 방향으로의 이동 또는 전극의 면에서 떨어진 이동에 그래픽으로 관련시키는 도면.
도 8은 2차원 위치 정보 및 몇몇 3차원 위치 정보를 해석하기에 적합한 3-전극 감지 배열을 도시한 도면.
도 9는 2차원 및 3차원 위치 정보를 해석하기에 적합한 4-전극 감지 배열을 도시한 도면.
도 10A 및 도 10B는 감지 영역에 물체가 주어질 경우, 도 8에 도시된 배열에서 각각의 수신 전극에 대한 포워드 확률 분포를 도시하는 도면.
도 10C는 도 10A와 10B에서 좌표에 따라 정해진 확률을 동일한 공간 내에 도시한 도면.
도 10D는 도 8에 도시된 배열에서 수신 전극에 대한 결합 포워드 확률 분포를 도시한 도면.
도 11은 판독이, 미지의 변수를 구하기 위하여, 기지의 제약과 조합될 수 있는 방식을 예시하는 도면.
1. 하드웨어 구성
본 발명이 실행될 수 있게 하는 대표적 하드웨어 장치를 도시하는 도 1-4를 먼저 참조하자. 도 1A에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구체화하는 단순한 위치 감지기(10)는 감지 전극(14) 및 수신 전극(16)을 포함하는 전극 쌍에 영향을 미치는 전계에 있어서의 변동을 검출함으로써 물체(12)의 성질을 감지하도록 배열된다. 예를 들면, 물체(12)는 사람의 손이고, 감지될 성질은 전극(14, 16)과 관련된 위치이다.
감지기(10)는 전극(14)과 기준점 즉, 접지 사이에 접속된 교류(AC) 전원(18)을 포함하되, 차폐된 케이블(19)은 전원(18)과 전극(14) 사이의 접속을 위해 사용된다. 전극(16)은 케이블(19)을 통하여 연산 증폭기(20)의 반전 입력 단자(20a)에 접속된다. 증폭기는 도시된 바와 같이 네거티브 피드백 회로로 접속된다. 단자(20a)는 필수적으로 접지 전위에 있고, 증폭기의 출력 전압은 전극(16)에서부터 접지로 향하는 전류에 대응한다.
증폭기(20)의 출력은 동기 검출기(22)에 인가되고, 동기 검출기(22)의 다른 입력은 전원(18)으로부터의 신호이다. 따라서, 검출기(22)의 출력은 전원(18)의 주파수 및 위상을 갖는 증폭기(20)의 출력에 있는 성분이다. 따라서, 상기 출력에서는 전극(16)에 의해 포착될 수 있는 혼신 및 잡음이 제거된다.
감지기(10)는 또한, 검출기(22)의 출력을 스무딩하는(smooths) 저역 통과 필터(24)를 포함한다. 필터(24)로부터의 신호는 컴퓨터(26)에 인가되고, 컴퓨터(26)는 필터로부터의 전압을 디지털 값으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(도시되지 않음)를 포함한다. 컴퓨터(26)는 출력 장치(28)를 구동시키기 위하여 감지기(10)로부터의 신호를 사용한다. 출력 장치는 예를 들면, 감지될 특징의 측면에서 조정된 계기 또는, 감지된 특징에 대한 그래픽 표시를 제공하는 2차원 디스플레이 또는, 아래에 설명되어 있고 사용자로부터 정보를 얻기 위하여 신호를 이용하는 임의의 컴퓨터 관련 응용일 수 있다.
전원(18)의 주파수 f1은 100 kHz이고, 전극(14, 16)의 상대적 간격은 1미터 차수이다. 임의의 경우에, 전극(14)의 길이와 전극 사이의 간격은 사실상 주파수 f1에서의 파장보다 짧다. 따라서, 전극(14)으로부터의 최소 방사가 있으며, 전극(14)과 전극(16) 사이의 결합은 본질적으로 용량성이다.
아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 사람의 손과 같은 물체를 전극(14)과 전극(16) 사이에 연장되는 전계에 삽입하면, 필터(24)의 출력 전압을 감소시키는 원인이 된다. 이는, 사람이 예상하는 것과 반대인데, 왜냐하면 이것은 전계에 손이 존재할 경우 유효 기하 및 유전율을 모두 변경시키고 따라서 증폭기(20)의 입력 전류를 증가시키는 경향이 있고 따라서 필터(24)의 출력 전압을 증가시킴으로써 전극(14)과 전극(16) 사이의 용량성 결합을 증가시키기 때문이다. 그러나, 사람의 신체가 전기 전도성이기 때문에, 손이 존재할 경우 전극(14)과 손 사이와 신체의 나머지 부분과 접지 사이의 커패시턴스를 통하여 사람의 신체를 통해 접지하는 귀환 경로를 제공한다. 이는, 그렇지 않다면, 전극(14)으로부터 전극(16)으로 흐를 변위 전류의 일부를 발산시킨다. 설명된 전극 구조에서, 전극(14)에 근접해 있는 물체는 전극 쌍의 전계의 많은 성분을 차단하여, 전극(16)으로부터의 출력 잔류를 상당히 감소시킨다.
감지기(10)의 출력 전압은 전원(18)의 주파수 f1과 전극(14, 16)의 구조 및 간격 뿐만 아니라, 그러한 물체의 위치, 구성 및 조성과 같은 일정한 특징의 함수이다. 임의의 주어진 출력 전압이 물체(12)의 특징에 대한 다수의 상이한 조합의 결과일 수 있음이 명백할 것이다. 물체(12)가 전극들에 근접할 시에 이벤트를 트리거하기 위해 출력 전압을 사용하는 것과 같은 본 발명의 몇몇 응용에서, 이러한 모호함은 감지기의 유용성에 기여한다. 다른 한편, 본 발명의 능력이 가장 잘 이용되는 응용에서, 예를 들면, 감지 시스템이 디스플레이 화면상에 커서를 배치하는데 사용될 때, 물체(12)의 위치를 나타내는 출력을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 사람의 손의 존재를 확인하는데 있어서 물체의 모양을 식별하는 것도 또한 바람직할 수 있다. 그러한 상황에서, 다중 감지 및/또는 수신 전극들을 사용하는 감지기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 감지기는 도 1B에 예시된다.
보다 구체적으로는, 도 1B에 도시된 바와 같이, 위치 감지기(110)는 단일 감지 전극(14)을 공유하는 다중 수신 전극(16a-16f)을 구비한다. 전극(16a-16f)은 증폭기(20a-20f)에 대해 입력을 제공하고, 증폭기의 출력은 동기 검출기(22a-22f)에 인가된다. 검출기는 필터(24a-24f)를 통해 컴퓨터(26)로 출력을 보낸다. 컴퓨터(26)는 각각의 수신 전극(22a-22f)으로부터의 그 입력을 비교하여, 물체(도 2에 도시되지 않음)의 측면 위치의 비교적 명백한 표시를 제공하고/제공하거나 그 모양에 관한 정보를 제공한다. 수신 전극으로부터의 입력을 결합(예를 들면, 합산)함으로써, 컴퓨터는 전극 주변의 물체의.높이를 커버링하는 정보를 나타나게 한다.
본 발명이 전극의 3차원 분포를 이용하여 보다 많은 3차원 정보를 제공하는데 사용될 수 있다는 점이 명백하다. 더욱이, 송신 및 수신 전극의 다중 세트가 사용될 수 있는데, 각각의 전극 세트는 다른 세트의 주파수와는 상이한 하나 또는 그 이상의 주파수에서 동작한다.
다중 송신 및/또는 수신 전극을 사용함으로써 공급된 발산이 다중 주파수를 이용하여 하나 또는 그 이상의 송신 전극을 에너자이징함으로써 부분적으로 제공될수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 도 1을 참조하면, 전극(14)은 주파수 f2를 갖는 전원(18) 및 제2 전원(182) 모두로부터 신호를 수신하도록 접속될 수 있다. 전원(18, 182)은 각각 주파수 f1및 f2로 동조된 절연 필터(30, 302)를 통하여 감지 전극(14)에 접속된다. 증폭기(20)의 출력은 전원(182)에 접속된 제2 동기 복조기(222)에 인가된다. 검출기(222)의 출력은 저역 통과 필터(242)를 통과하고, 저역 통과 필터(242)의 출력은 이어서 프로세서(26)에 공급된다. 전극(16)으로부터의 출력 전류가 부분적으로 주파수의 함수이기 때문에, 다중 주파수 소스를 이용하면, 필수적으로 공통 물리적 전극을 공유하는 다중 송신 및 수신 전극을 제공한다.
도시된 바와 같이 동시에 또는, 시분할 멀티플렉스 배열에서 다중 주파수를 이용하면, 물체(12)의 전기적 특성에 관한 정보도 또한 제공하며, 따라서 예를 들면, 생명이 없는 물체에 대해 손을 구별하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 주파수의 함수로서 수신 전극으로부터의 출력 전류의 진폭 및 위상을 측정하면, 물체(12)의 조성에 관한 정보를 제공한다. 출력 전류의 위상은 전원(18)으로부터의 직교 입력(a quadrature input)을 갖는 제2 위상 검출기를 부가함으로써 제공될 수 있다.
위에서 설명된 방향에 따라서 측정의 세트를 얻기 위하여 다중 회로가 조합되고 그 기능이 선택적으로 그리고 순차적으로 명기된 방식을 예시하는 도 2를 참조하자. 3개의 다기능 전극이 도시되지만, 주어진 구현에서 실제로 사용되는 전극의 수는 응용의 성질에 따른다. 도면에 도시된 동작의 대표적 모드에서, 전극은 전송 즉, 송신전극 T 및 수신 전극 쌍 R1, R2를 포함한다. 감지되는 특징은 세 전극의 상대적 위치(서로 서로에 대해 그리고 물체(12)에 대해)와 세 전극이 사용된 방법에 따른다.
회로는 송신 전극 T에 스위칭할 수 있게 접속된 송신기 단(stage)과, 수신 전극 R1, R2에 스위칭할 수 있게 접속된 수신기 단(stage)의 쌍을 정의하는 구성 요소를 포함한다. 송신 단은 전극 T와 기준점 즉, 접지 사이에 있는 스위칭 로직 회로(120)에 의해 접속된 교류(AC) 전원(118)을 포함하되, 차폐된 케이블(122)은 전원(118)과 전극 T사이의 접속을 위해 사용된다. 전극 R1, R2는 또한 (차폐된 케이블(119)을 통하여)스위치 로직(120)의 출력 측에 접속되고, 스위치 로직(120)의 다른 두 입력은 전극 R1, R2에 스위칭할 수 있게 접속된 수신기 단들의 쌍에서 비롯된다. 각각의 수신기 단은 네거티브 피드백 회로로 접속되는 연산 증폭기(1251, 1252)를 포함한다. 따라서 2 수신기 입력 단자 각각은 증폭기(1251, 1252)중 한 증폭기의 반전 입력 단자에 접속된다. 비반전 입력 단자는 따라서 필수적으로 접지 전위에 있고, 각각의 증폭기의 출력 전압은 전극 T로부터 접지로 향하는 전류에 대응한다.
저항(1271, 1272) 및 커패시터(1281, 1282)는 각각의 증폭기(1251, 1252)의 반전 입력 단자 및 출력 단자를 브리지하고, 증폭기(1251, 1252)는 이어서 각각 동기검출기(1291, 1292)에 접속되며, 동기 검출기(1291, 1292)의 다른 입력은 전원(118)으로부터의 신호이다. 따라서 검출기(1291, 1292)의 출력은 전원(118)의 주파수 및 위상을 갖는 증폭기(1251, 1252)의 출력에 있는 성분이다. 따라서, 검출기(1291, 1292)의 출력에서는 전극 R1, R2에 의해 포착될 수 있는 혼신 및 잡음이 제거된다.
수신 단 각각은 또한 검출기(1291, 1292)의 출력을 스무딩하는 저역 통과 필터(1311, 1312)를 포함한다. 필터(1311, 1312)로부터의 신호는 컴퓨터 프로세서(133)에 인가되고, 컴퓨터 프로세서(133)는 필터로부터의 전압을 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(도시되지 않음)를 포함한다. 컴퓨터(133)는 스위치 로직(120)을 제어하고, 아래에 설명되는 바와 같이 필터(1311, 1312)로부터의 신호를 이용한다.
저항(134)은 전원(118)의 출력과 전압 검출기(136)의 한 입력 단자 사이에 접속되며, 전압 검출기(136)의 다른 입력 단자는 전원(118)의 출력에 직접 접속된다. 이러한 방식으로, 검출기(136)는 전원(118)의 전류 출력을 측정하도록 캘리브레이트될 수 있고, 검출기(136)의 출력은 컴퓨터(133)에 제공된다.
전원(118)의 주파수 f1은 100 kHz일 수 있고, 전극의 상대적 간격은 감지되는 특징에 의존한다. 어떠한 경우에서나, 전극의 길이와 전극 사이의 간격은 실제로 주파수 f1에서의 파장보다 짧다. 따라서, 전극 T로부터의 최소 방사가 있고, 전극 R1, R2와의 결합은 필수적으로 용량성이다.
도 3은 스위치 로직과, 별개의 수신기 및 송신기 단에 대한 필요성을 회피하는 대안적 배열을 예시한다. 회로는 송신 또는 수신 전극일 수 있는 전극 E, AC 전원(118), 전류를 측정하는 상호 임피던스 증폭기(141), 차동 증폭기(143), 입력 단자가 증폭단(143)의 출력 및 전원(118)에 접속되는 동기 검출기(129), 저역 통과 필터 단(146)을 포함한다. 컴퓨터(133)에 의해 제어되는 스위치(148)는 전극 E가 송신 전극인가 또는 수신 전극인가의 여부를 결정한다.
상호 임피던스 증폭기(141)는 연산 증폭기(158)와, 피드백을 제공하는 브리지 저항(160) 및 커패시터(162)를 포함한다. 커패시터(162)는 전극 E에 의해 용량성으로 수신되는 감지 커패시턴스(즉, 전류)로부터 부유 커패시턴스 (및 결과적인 위상 시프트)를 보상하도록 포함되며, 약 10 pF이다. 브리징 저항(160)은 약 100kΩ의 값을 가지며, 바이어스 귀환 저항(164)은 연산 증폭기(158)의 DC 오프셋을 제공하는 DC 응답을 롤 오프(roll off) 하도록 약 1 MΩ의 값을 가질 수 있다. 바이어스 귀환 저항에 의거한 용량성 피드백은 도 1A 및 1B에 도시된 회로에 바람직하게 적용되는 설계 특징을 나타냄을 유의하자.
차동 증폭기(143)는 연산 증폭기(170), (약 100 kΩ의 값을 가질 수 있는) 브리지 저항(172), (약 1 MΩ의 값을 가질 수 있는) 누설 저항(174)을 포함한다. 이득의 크기는 브리징 저항(172)의 값 대 연산 증폭기(170)의 비반전 단자에 접속된 저항(176)의 값의 비에 의해 정해진다. 저항(176)은 10 : 1의 이득 비를 위해100kΩ의 값을 가질 수 있다. 안정성을 위하여, 반전 입력 단자에 접속된 저항(178)을 포함하며, 저항(178)의 값은 저항(176)의 값과 등가이다. 증폭기(158, 170)는 저레벨 신호를 갖는 차폐된 케이블(22) 대신, 고레벨 신호를 이송하는 일반적인 와이어의 사용을 편리하게 하기 위하여 전극 E 상에 물리적으로 배치될 수 있다.
저역 통과 필터 단(146)은 연산 증폭기(180), (100 kΩ의 값을 가질 수 있는)브리징 저항(182), (10 pF의 값을 가질 수 있는) 커패시터(184)를 포함한다.
동작 시에, 폐쇄 스위치(148)는 신호를 AC 전원(118)으로부터 전극 E로 (피드백을 경유하여) 인가하여, 회로가 송신기로서 동작하게 한다. 제2 이득 단(143)의 입력은 전극 E로 향하는 전류에 비례하는 전압이며 따라서, 컴퓨터(133)에 도달하는 최종 신호는 로딩 측정을 반영한다.
개방 스위치(148)는 AC 전원(118)으로부터 (검출기(129)가 아닌) 전극 E를 분리하여, 다른 회로 구성 요소가 증폭하고 필터링한 전극 E로 향하는 신호가 외부(즉, 송신기로 작용하는 유사한 회로를 이용하여)에서 발생하게 한다.
2. 시스템 작용
예를 들면, 전극 T와 전극 R1, R2 사이에서 연장되는 전계에 사람 (또는 사람의 팔다리 또는 얼굴)을 삽입하는 것은 도 4를 참조하여 이해될 수 있으며, 도 4는 등가의 가상 회로의 측면에서 여러 가지 상호 작용의 모형을 만든다. 도면에서, 사람 P는 3단자 네트워크로서 표시되고, (송신 전극 T를 통하여 송신되는) AC 전원(118)으로부터의 전류는 세 전류 경로중 임의의 경로-즉, (전극 T로부터 어느정도 간격을 유지하며 접지에 접속되는) 수신 전극 R에 접속되는 제1 가변 커패시터(200)를 통하는 경로, 네트워크 P의 다른 측에 있는 가변 커패시터 쌍(202, 204)을 통하여 전극 R로 향하는 경로 또는, 네트워크 P 및 제4 가변 커패시터(206)를 직접 통과하는 경로를 경유하여 접지에 이를 수 있다. 회로에서 여러 가상 커패시터의 값은 전극 R, T와 사람 P 사이의 상대적 간격에 의존하며, 회로는 사람 P가 전극에 의해 정의되는 공간 내에 위치하는 것으로 추정한다.
커패시터(200)는 마치 이들이 단일 커패시터의 2 플레이트인 것처럼, 전극사이에서 단독으로 용량성 결합을 나타낸다. 사람 P가 없을 경우, 이 커패시턴스가 우세할 것이지만, 전기적으로 전도성인 사람 P를 삽입했을 때 두 전극 사이의 전계로부터 플럭스를 "빼앗고" 이를 커패시터(206)를 경유하여 접지로 전도하지만 유효 기하학 및 유전율을 모두 변경시킴으로써 전극 사이의 용량성 결합을 증가시키며, 용량성 결합에 있어서의 이러한 증가는 커패시터(202, 204)에 의해 표시된다.
"로딩" 모드에서, 수신기 전극 R로 향하는 전류는 대수롭지 않거나 또는 측정용으로 무시되며, 유일한 관련 전류는 전극 T를 빠져나가는 전류가 어떻게 접지에 도달하는가에 관계없이 전극 T를 빠져나가는 전류이다. 예를 들면, 전극 R이 서로 근접해 있는 전극 T 및 사람 P로부터 매우 멀리 떨어져 있을 경우, 우세한 커패시턴스는 (202, 206)에 있는 커패시턴스일 것이며, T를 빠져나가는 전류-검출기(136)에 의해 도 2에서 측정된 바와 같은- 는 사람 P를 통하는 전류와 본질적으로 동일할 것이다.
그러나, 전극들이 보다 근접하게 떨어져 있을 경우, 전극 사이의 전계는 보다 셀 것이고 다른 커패시턴스가 보다 더 중요해질 것이며, 물론 그 상대적 중요성은 전극에 대한 사람 P의 길이 크기 및 위치에 의존한다. 시람 P가 전극 T에 매우 근접할 경우, 사람의 신체는 AC 전원에 효과적으로 클램핑되어, 송신 전압에서 오실레이트한다. 따라서 이러한 "송신" 모드에서, 커패시턴스(202)는 커패시턴스(206, 204)에 비해 매우 크다. AC 전원(118)이 정전압을 전달하도록 구성되기 때문에, 사람 P가 전극 T에 접근할 때 커패시턴스(202)의 증가로, 정전압을 유지하기 위하여 AC 전원(118)으로 하여금 ("로딩 모드" 측정에 의해 검출될 수 있는) 더 많은 전류를 흘려 보내게 한다. 이는 전극 R에서 전류가 더 커지게 하며, 증가량은 커패시턴스(206) 대 커패시턴스(204)의 비에 의존한다(커패시턴스(204)의 크기는 이어서 사람 P와 전극 R 사이의 간격에 의존한다).
사람 P와 두 전극 사이에 어느 정도 간격이 있을 때 커패시턴스(206)는 커패시턴스(202)에 의해서도 커패시턴스(204)에 의해서도 압도되지 않으며, 따라서 검출되는 전류에 기여한다. 이러한 "분로" 모드에서, 전계의 일부는 접지로 분로되고, 커패시턴스(206)의 영향은 전극 R에서 전류를 감소시키는 것이다. 사람이 전극 T와 R사이의 중간에 위치할 때 커패시턴스(202, 204)가 최소화되기 (그리고 커패시턴스(206)가 위치에 따라서 상당히 변하지는 않는 것으로 추정된다) 때문에 분로된 전류는 최소화되며, 사람 P가 양 전극중 어느 한 전극에 보다 가까이 이동할 경우 커패시턴스(202, 204)중 한 커패시턴스는 증가할 것이고 다른 한 커패시턴스는 감소할 것이지만 순 효과는 전극 R로 향하는 전류보다 더 크다. 본질적으로 분로 효과는 사람 P를 접지로 결합하는 것이 개선되는 범위로 증가된다(예를 들면, 사람 P가 접지된 와이어를 접촉할 때 발생하는 제한적인 경우).
이러한 세 경우의 구별은 당해 기술에서 지금까지는 인식되지 않은 채 지나갔으며, 일어날 수 있는 가장 극단적인 상황들을 나타내고, 따라서, 신호 측정의 측면에서 가장 쉽게 해석된다. 예를 들면, 전극 T로부터의 고전류와, 사실상 명백히 전극 R로 향하는 무전류(no current)는 사람 P를 전극 T 근방에 또는 전극 T와 접촉하게 그리고 전극 R과 멀리 떨어지게 배치한다. 그러나 대부분의 경우는 중간에 있어서 결과적으로 축퇴(degeneracy)를 초래한다. 즉, 신호 값은 이들 값이 하나 이상의 유일한 위치 및 배향에 의해 발생될 수 있기 때문에, 사람 P의 위치 및 배향의 특징을 명백히 특징지을 수는 없다.
아래에서 논의된 바와 같이, 축퇴는 전극의 수 및/또는 측정의 수를 증가시킴으로써 해결될 수 있다. 예를 들면, 전극들 세트중 상이한 전극들에 AC 전원(118)을 선택적으로 접속하고 AC 결합 전극으로부터 방출되고 또한 다른 전극으로 향하는 전류를 측정함으로써, 측정 매트릭스가 얻어질 수 있다. n 전극들 각각이 송신 전극으로 이용되고 송신 전극 및 다른 전극들 모두에서 전류 판독이 이루어지는 경우, 매트릭스는 i=j=n 전극들에 대해 스퀘어
이다. 대각선 항 m11. . . mij는 로딩 모드에서 이루어진 측정 즉, 송신 전극으로부터의 전류를 나타내며, 엔트리 m21은 전극 1이 송신기일 때 전극 2로 향하는 전류를나타내고, 엔트리 m12는 전극 2가 송신기일 때 전극 1로 향하는 전류를 나타낸다.
따라서, n 전극 모두가 송신 또는 수신할 수 있는 경우, n개의 상이한 로딩 모드 측정 및 (상기 매트릭스의 대각선이 아닌 항은 송신 모드의 부재를 가정하면 대각선을 중심으로 하여 대칭이기 때문에) n(n-1)/2개의 상이한 분로 모드 측정을 얻을 수 있다. 송신 모드측정이 허용되는 경우 상태는 더 복잡해진다. 이 경우, 모두 n(n-1)개의 별개의 쌍 방식의 측정(pairwise measurements)과 n2의 별개의 측정이 있다.
3. 포워드 모델링
본 발명의 궁극적 목적은 백워드로 동작하거나 또는, 다수의 전류 레벨 판독으로부터, 판독을 유도한 물체 분포, 위치 및/또는 배향으로 "반전"시키는 것이다. 감지된 전류가 위치 및 배향에 따라 변하는 방식은 선택된 전극 기하 뿐만 아니라, (전극으로부터 물체의 간격의 함수일 수 있는) 관계된 측정의 유형에 의존하며, 이러한 동일한 요인은 (적어도 한정된 가능한 경우에 대하여) 모호함이 없이 반전시키기 위하여 깨져야되는 축퇴를 제공한다. 각각의 추가의 전극은 (물체 분포에 대한 전계의 응답의 비선형성으로 인하여) 독립적인 전계에서의 물체의 가중치를 나타낸다. 따라서, 한 전극이라도 추가하면 실질상 해석될 수 있는 경우의 수를 증가시킨다. 실제적인 문제로서, 이는 많은 경우들을 구별할 수 있고 단지 소수의 경우에만 실패할 수 있는 초기의 구성은 보통 단일 전극의 추가를 통하여 불명료한 경우를 해석하도록 확대될 수 있음을 의미한다.
단순한 경우, 감지기 응답의 명백한 해석적 포워드 모델을 개발할 수 있다. 도 5에 도시된 전극 배열을 먼저 생각해 보자. 송신 전극 T 및 수신 전극 R은 동일 평면 (예를 들면, 테이블 표면과 같은 유전성 표면 아래) 상에 있고, 사용자의 손은 x, y 평면 축을 따라서 전극들 사이에서 또는, 전극 사이의 중간의 x, y 평면(230)과 수직으로, x, y 평면(230) 방향으로, 또는 x, y 평면(230)에서 떨어져 z축을 따라서 이동하도록 제한된다. 손은 정확하게, 작은 고정된 구역 및 쌍극자로서 취급되는 전계 기하들을 갖는 유닛 흡수체에 근접될 수 있다. 이러한 가정과, 분로 모드 측정에 대한 가정에서, 전극 사이의 평면을 따른 이동은 함수 C- ｜E(X)
그래디언트에 의해 정해지는 쌍극자 전위이다(r'는 공간에서 물체의 위치인 x 방향의 단위 벡터를 나타내고, r은 원점에서 x까지 벡터의 길이를 나타낸다). 쌍극자 모멘트 p는 전극 T의 중심으로부터 전극 R의 중심까지의 벡터로 승산되는 전하를 나타내는 상수이다. 이 함수는 임의의 x, y 위치에서 손의 존재에 의해 발생되는 신호 강도가 그 위치에 대한 지식으로 간단히 유도될 수 있게 하는 명백한 포워드 모델을 나타내고, 전극 R에서 측정된 신호 강도를 손 위치에 관련시키는 이러한 함수의 플롯(a plot)은 도 6에서 240으로 도시된다. 그러나, 도면으로 도시된 바와 같이, 동일한 신호 강도가 (표면(240)의 어떠한 원형 단면도에 의해서도 표시되는)상이한 위치로부터 비롯될 수 있기 때문에 단지 이 모델로부터 명백히 반전이 성취될 수는 없다.
이러한 모델에서 z 축을 따라서 이동하는 것은 x = (0, 0, z) = 1/z3의 경우 ｜E(x)｜로서 표시될 수 있다. 도 7에서 실선은 이러한 함수의 플롯을 도시한 것이고, 도트는 실험적 데이터를 나타낸다. 상기 모델은 송신 모드가 우세하기 시작하고 신호 강도가 또다시 상승하는 곳에서 매우 짧은 간격동안 유효하지 않다. 실제적인 문제로서, 송신 모드의 방해에 의해 발생된 축퇴는, 이러한 행동을 발생하기 위한 전극에 대한 물체의 충분한 접근을 물리적으로 방지함으로써 제거되거나 또는 두 전극의 역할을 스위칭하여 두 별개의 측정을 얻음으로써 제거된다. 각각의 전극에서의 검출된 전류 레벨이 분로 모드 모델에 따라 서로 일치하지 않을 경우 판독중 하나가 송신 모드의 원인이 될 것이다.
도 8에 도시된 배열을 이제 고려해 보자. 송신 전극 T 및 한 쌍의 수신 전극 R1, R2는 평면(250) 상에 정렬되는데, 전극 T의 중심은 원점 (0,0)에 있고 전극 R1, R2의 중심은 T로부터 등거리에 직각으로 배치되며, 그들의 위치는 임의의 유닛(1,0), (0,1)에 의해 표시된다. 이러한 배열은 화살표 방향에서 평면(250)의 일부에 또는 이러한 구역 위에 물체를 파악하는 것을 용이하게 한다. 도시된 좌표 유닛을 사용하고 포인트 흡수체 및 분로 모드 결합을 가정하면, 전극 R1에서의 신호강도는 다음과 같이 모델로 만들어질 수 있다.
그리고 전극 R2에서의 신호 강도는 다음과 같은 모델로 만들어질 수 있다.
일반적으로, 이러한 전극 배열은 2차원 측정에 가장 적합하며, z는 작업 높이를 나타내는 상수 값으로 세팅된다. E(R1) 또는 E(R2)를 일정하게 홀딩 하는 것은 공간에서 2차원 표면을 정의하는 것임을 유의해야 한다.
도 9에 도시된 정렬은 화살표로 도시된 경계 내에서 평면(260) 상에 3차원 위치 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 수신 전극 R1, R2에서 전계의 크기는 위에서 제시된 것과 같이 지정되며, (또다시 분로 모드 결합 및 포인트 흡수체인 것으로 가정하면) R3에서의 전계는 다음과 같이 지정된다.
보다 일반적으로, 어떠한 유형의 측정의 경우에도, 표면상의 물체의 위치와 무관하게, 수신된 신호가 지정된 물체에 대해 일정하게 될 공간 내의 표면이 있을 것이다. 이러한 조건은 물론 신뢰할 수 있는 반전을 보장하기에 본질적으로 불충분하다. 송신 전극과 수신 전극의 중심 사이의 간격은 감지된 물체에 의해 방해되는 전계의 모양을 결정한다. 따라서, 예를 들면, 2 전극 시스템에서, 전극으로부터 멀리 떨어진 큰 물체는 더 가깝지만 더 작은 물체와 동일한 수의 전계 라인을 차단하고, 두 경우 모두에서 감지된 전류는 등가일 것이다. 그러나, "유사 신호 쉘(iso-signal shells)"은 명백해지는 바와 같이 풀러 해석(a fuller analysis)에서 중요한 구성 요소이다.
로딩 모드에서, 검출된 신호는 비교적 근접한 거리에서(즉, 송신 전극 플레이트 및 감지된 물체가 본질적으로 병렬 플레이트 커패시터로서 협력하고 있는 거리에서) 송신 전극으로부터 거리에 반비례하여 강하하고, 원거리에서는(즉, 송신 전극 플레이트와 감지된 물체가 필수적으로 포인트로서 작용하는 곳에서) 그 거리의 제곱에 반비례하여 강하한다. 로딩 모드 측정의 유사 신호 쉘은, 따라서 구대칭이거나 또는 유효하게 포인트 같은 것으로 간주되는 전극들에 대하여 구형이다(임의의 모양을 갖는 전극의 경우, 유사 신호 쉘은 그 모양을 반영할 것이다.) 구는 시스템에서 잡음(일반적으로 부수적인 가우스 잡음)의 정보에 대응하는 "두께"를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 달리 말하면, 로딩 모드 측정이 주어지면, 감지된 물체의 가장 적절한 위치는 쉘 두께의 중심에 있으되, 잡음은 (임의의 낮은, 잡음 발생 불확실성 레벨을 나타내는) 내부 및 외부 쉘 표면 들을 향해 강하하는 불확실성을 유입시킨다. 또다시, 유사 신호 구(iso-signal sphere)은 특정한 물체에만 관련시키며, 큰 물체는 송신 전극에 더 가까이 위치하는 작은 물체와 동일한 감지 전류를 발생할 수 있지만, 더 큰 물체의 유사 신호 구면은 더 작은 물체의 유사 신호 구면보다 더 큰 직경을 가질 것이다.
분로 모드 측정의 유사 신호 쉘은 대략 송신 및 수신 전극의 중심에 초점이 있는 타원체이다. 위에서 정해진 방정식들은 E의 일정한 값에 대해 이러한 타원체들을 설명한다.
보다 복잡한 전극 및 물체 배열을 포워드 모델링하려면, 전형적으로 복잡한 수학적 처리가 필요하다. 본질적으로, 가장 일반적인 포워드 모델을 나타내는 라플라스 방정식 ▽2 0=θ은 작업 공간에서 모든 가능한 물체 위치에 대해 풀려야 하며, 달리 말하면 물체의 임의의 분포에 대해서 완전히 성질을 나타내는 필드의 경우, 감지기 위치의 임의의 배열에 대해서도 감지기 판독은 예측될 수 있다. 이는 비록 계산상으로 비용이 비싸고 관련된 기하에 따라 어쩌면 해석적으로 불가능할수 있지만 명확히 실행할 수 있다. 방정식이 폐쇄형 해(closed-form solution)를 갖지 않는 경우들에서, 연속 과다 완화(successive overrelaxation) 또는 교대 방향 음함수 방법(alternating-direction implicit method)과 같은 수치 해석 기술들이 이용될 수 있다. 대안으로서, 포워드 모델은 (예를 들면, 알려져 있는 물체 변수에 각각 대응하는 상당한 수의 측정에 피팅하는(fitting) 함수에 의해) 실제 측정으로부터 경험적으로 결정될 수 있다. 필요한 데이터의 양은 미지의 변수의 수에 따라 커지기 때문에 명백히 이 방법은 결정될 변수의 수의 증가로 흥미가 덜해진다.
그러나, 유사 신호 쉘의 개념은 특징을 나타낼 물체에 관해 적어도 몇 가지가 알려져 있는 상황에서 포워드 모델링을 단순화하기 위해 사용될 수 있으며, 즉, 포워드 모델링은 식별가능한 미지의 변수에 의해 서로 상이한 가능한 "경우들" 또는 인스턴스 카테고리들을 구별하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 각각의 감지기 측정이 비선형 전계 분포에 의해 가중된 융기(projection)를 나타내기 때문에, 물체 분포에 대한 전극의 응답은 그 자체가 비선형이다. 그 결과, 각각의 측정에 의해 제공되는 정보는 완전히 독립적이어서, 단일 수신 전극(또는 송신/수신 전극쌍)을 부가하는 것은 일반적으로 추가의 자유도-예를 들면, 인스턴스 카테고리와 관련된 독립 변수-를 완전히 풀기에 일반적으로 충분하다.
예를 들면, 로딩 모드에서 측정할 수 있는 단일 전극과, 크기 및 모양이 알려져 있고 축을 따라 이동하도록 제한되는 전도성 물체를 고려해 보자. 이 경우, 단일 로딩 모드 측정이 축을 따라 물체의 위치를 파악하기에 충분하게 물체에 관해이미 많은 것이 알려져 있다. 그러나, 물체의 정확한 크기가 알려져 있지 않다거나 그 대신 물체의 정확한 크기가 크거나(예를 들면, 직경이 1미터) 또는 적다(예를 들면, 직경이 1 cm)고 가정하자. 이러한 단일의 새로운 변수 -예를 들면, 대 : 소-의 이러한 도입은 근접 배치된 작은 물체로부터의 신호가 원거리의 더 큰 물체의 신호와 동일하기 때문에, 단일 전극이 물체를 명확히 파악하는 것을 방해한다. 그러나, 하나의 추가 전극 -로딩 모드를 측정하도록 한정된 전극조차-은, 단지 하나의 해(solution)만이 두 전극에서 측정된 신호 레벨들을 설명할 수 있기 때문에, 이러한 두 경우들을 분간할 것이며, 기하학적으로, 해는 가능한 쉘의 연속체 사이로부터 두 유사 신호 쉘이 한 포인트에서 교차하는 곳에서 발생한다. (다른 한편, 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 그러한 두 전극들은 일반적으로 연속적인 가변 범위의 크기들 가운데에서 선택하는 것이 적합하지 않다.)
하나의 새로운 측정의 추가를 통하여, 자유도(즉, 독립 변수)를 해결하는 이러한 전략은 전계 분포가 측정되는 물체에 대해 대칭적이 아닌 한, 유효하다. 예를 들면, 도 5에 도시된 전극 배열을 참조하면, 물체가 z 축을 따라서 배치되고 전극 R 및 T 사이에서 등거리에 있고 축에 대해 대칭적인 것으로(즉, 구형 모양을 가는 것으로) 가정하자. 이 경우, 두 전극들로부터의 로딩 모드 측정은 길이 스케일이 동일하기 때문에, 분리된 어느 한 전극으로부터 이미 얻을 수 있는 정보를 향상시키지는 않을 것이다. 그러나, 분로 모드 측정의 전계 분포는 로딩 모드 측정의 전계 분포와 구별되고 따라서, 단일 로딩 모드 측정과 단일 분로 모드 측정의 조합은 역시 두 경우들을 구별할 것이다. 전극 쌍이 로딩 모드 또는 분로 모드로 자유롭게동작하는 한, 단일 전극을 추가하면 추가의 자유도를 완전히 해석하는데 적합하다. (실제로, 새로운 전극이 기존의 전극들과 함께 사용되기 때문에, 이론상 추가의 전극은 n개의 추가의 자유도를 해석할 수 있으며, 여기서 n은 전극의 총 수이다.)
도 5에 도시된 두 전극 배열은, 따라서, z 축을 따라 이동하도록 제한된 큰 물체와 작은 물체를 구별할 수 있다. 그러나, 물체가 x-y 평면 내에서 자유롭게 이동할 수 있는 경우, z 축 이동으로 인한 전계 분포가 x-y 평면에 대해 (예시된 2-전극 시스템에서) 대칭적일 것이기 때문에, 그 3차원 위치는 두 전극에 의해 명백히 어떤 장소로 파악될 수 없다. 3 전극을 부가하면(예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이), 이러한 대칭을 붕괴시키고 따라서 모호함을 해결하여, 3차원에서 큰 물체와 작은 물체를 구별하기 용이하게 한다. 중요하게, 모두 3 전극들에 의해 한정된 감지 전계 내에 물체가 남아있는 한, 세번째(제3) 전극의 위치는 중요하지 않다.
유사하게, 물체가 구형인 것으로 알려져 있고 z 축을 따라 이동하는 것으로 알려져 있지만 반경이 알려지지 않은 (그리고 계속 변하기 쉬운) 경우, 제3 전극이 z 축 위치를 따라서 반경 변수를 풀 것이다. 제4 전극은 3차원에서 반경과 위치를 해석할 것이다. 이와 동일한 경우는 물체가 구형이 아니지만 효과적인 구 대칭(예를 들면, 주어진 측정의 길이 스케일에서 포인트로서 유효하게 근사될 수 있는 물체)을 갖거나, 또는 (단지 결정되지 않은 변수들은 위치와 크기이고) 알려진 모양과 배향을 가진 경우 참일 것이다.
이러한 방식의 예는 도 11에 도시되며, 도 11에서 알려진 크기의 구형 물체는 알려진 x 축 위치(x=0.5)에서 z 축 이동을 강요받는다. 송신 전극 T1, T2는 각각 (x=0, z=0) 및 (x=0.5, z=0)에 배치되고, 수신 전극 R1, R2는 각각 좌표 (x=1, z=0) 및 (x=1.5, z=0)에 배치되며, 물체의 z 축 위치 및 크기 모두를 결정하기 위해 사용될 수 있다. R1, R2에서 감지된 신호 레벨은 포워드 모델에 따라 상이한 물체 크기에 대응하는 유사 신호 쉘의 세트와 각각 관련된다. 이들중 대표적 레벨은 T1/R1전극쌍에 대하여 (300a, 300b, 300c)에서, 그리고 T2/R2전극쌍에 대하여(302a, 302b, 302c)에서 단면으로 예시된다. 설명상, 쉘들(300a, 302a)은 반경 2.0인 임의 유닛에, 쉘(300b, 302b)은 반경 1.4인 물체에, 쉘(300c, 302c)은 반경 1.0인 물체에 대응하는 것으로 추정된다.
물체는 유사 신호 쉘이 교차하는 곳에 위치하여야 하고, 포지티브 z 위치인 것으로 가정하면, 물체가 공간 교차 영역(305)에 있는 것으로 파악된다. 더욱이, 물체의 크기가 유사 신호 쉘들의 각각의 세트에 대해 일정하게 유지되기 때문에, 동일한 크기의 물체에 대응하는 쉘들 사이의 접점의 선형 영역만이 관련되어, 물체가 대각선을 따라 위치해야 한다. 끝으로, z 축 속박은 교차선(307)과 x=.5에 물체를 국지화하고, 그 크기를 1.4로 나타낸다.
이러한 방법은 방사상으로 대칭이 아니지만 모양이 알려져 있는 물체의 배향(orientation)를 해석하도록 확대될 수 있다. 따라서, 물체가 축 대칭성을 가질 경우(예를 들면, 주축이 x-y 평면에 대해 평행한 타원형으로서의 모양을 할 경우), 물체에 의해 점유되는 감지 전계를 정의하는 4 전극들은, 그 배향, 크기 및 x-y 평면으로부터의 거리를 해석하기에 충분할 것이다. 제5 전극은 주축이 x-y 평면에 대해 횡으로 자유로이 이동하는 경우, 이들 변수들을 풀 것이다. 제6 전극은 손과 같은 비대칭 물체의 배향(예를 들면, 기준 배향으로부터의 회전(roll), 상하동(pitch), 좌우동 편차(yaw deviation)로 표시됨) 뿐만 아니라, x, y, z의 공간 위치도 해석할 수 있으며, 제7 전극은 크기를 해석할 수 있다.
상기 예는 단순화를 위하여 각각의 전극이 수신 전극 또는 송신 전극으로 되어 추가의 자유도를 해석하는 것으로 가정한다. 이것은 앞서 설명된 바와 같이, 추가 해석을 해야 하는 새로운 전극 보다는 오히려 새로운 독립 측정을 추가하는 것이다. 따라서, 주어진 응용을 위하여 실제로 필요한 전극의 수는, 고정된 세트의 송신 전극 및 수신 전극을 이용하는 것보다는 오히려 멀티플렉싱에 의해 즉, 추가의 측정을 발생하기 위해 전극 역할을 교체함으로써 감소될 수 있다. 전극 및 물체의 공간 배열이 축퇴를 발생하는 대칭성을 초래하지 않는 한, 수신 전극이 송신 전극이 되고 그 역으로도 마찬가지로 되고, 따라서 추가의 자유도를 해석할 때마다 추가의 독립 측정이 발생될 것이다.
이러한 예는, 또한 감지되는 물체의 모양 즉, 물체 분포에 관한 몇 가지 지식을 가정한다. 실제로, 앞서 제시된 포워드 모델링 기술은 포인트 흡수체의 위치를 파악하는 단순한 문제로부터, 기지의 모양에 대한 보다 더 복잡한 물체의 배향뿐만 아니라 위치를 해석하는 것까지로 진전시키면서 검토될 수 있다. 기존의 지식 없이 모양을 해석하는 것은 이러한 스펙트럼에 따른 최종 목적을 나타낸다. 불행히도, 이러한 특징이 잠재적으로 무한한 자유도를 갖는 다치의 변수를 나타내기 때문에, 일반적으로 단일 전극을 부가함으로써 단순하게 해결될 수는 없다. 해석적으로 접근하면, 물체 분포에 대한 완전한 특징은 이미징 문제점을 나타내며, 감지기들의 개수를 증가시키면, 물체의 부피측정의 모양이 이미징될 수 있게 하는 해석을 향상시킨다.
그러나, 속박에 대한 현명한 응용과 조합된 포워드 모델링에 대한 유사 신호 방법의 사용을 통하여 이러한 "어리석은 무력적 방법(brute force)"이 회피될 수 있음을 알았다. 특히, 부피 측정 모양 또는 물체 분포와 관련된 적어도 하나의 변수가 미리 규정된다(일반적으로, 한정된 범위 내에서). 이러한 지식은 가능한 해(솔루션)를 대칭형으로 제약하는데 사용되어, 물체 분포를 원하는 해석으로 해석하는데 필요한 최소 수의 전극이 사용될 수 있게 된다. 예를 들면, 특징을 나타낼 임의의 모양의 물체의 크기가 범위 S1→ S2내에 속하는 것으로 알려져 있다고 가정한다. 측정 모드에 상관없이, 이러한 제약은 S1과 S2에 대응하는 유사 신호 쉘들사이의 공간 영역 내에 물체 전체를 국부화한다. 각각 새로운 전극이, 물체에 관한 많은 추가의 공간 제한 -즉, 크기가 제한된 로딩 모드 유사 신호 쉘들(각각의 쉘은 그 자체가 앞서 논의된 바와 같이 보다 훨씬 적은 소음 관련 두께를 갖는다)사이의 공간 "두께" 영역과, 새로운 전극을 기존의 각각의 전극에 커플링하는 크기제한된 분로 모드 측정들 사이의 타원 두께 영역들-을 한정할 수 있기 때문에, 더 많은 전극이 시스템에 부가될 때 정보가 매우 급속히 밝혀진다 이들 공간 한정들 모두가독립적이고 물체에 의해 동시에 충족되어야 하기 때문에, 한층 더 상대적으로 복잡한 체적 모양 및 물체 분포가, 분로 모드 및 로딩 모드 측정을 할 수 있는 소수의 전극만으로 해결될 수 있다.
이러한 방식은 그 값이 유사 신호 쉘 사이의 영역에서는 포지티프이고 이 영역 외부에서는 0인 확률 함수 즉, 계단 함수(a step function)를 정의함으로써 구현된다. 한 전극에 대한 적절한 함수는 다음 식
으로 정해지는데, 여기서, 첫째 항은 내부 유사 신호 쉘에 대응하고 두 번째 항은 외부 쉘에 대응하며, 각각의 항은 계단 함수를 정의하고 그 곱은 적절한 공간 영역에 걸쳐서 포지티브일 "최상층(top hat)" 함수를 제공하며, f(p,s)는 아래에 논의되는 바와 같이 포인트 흡수체의 x, y, z 위치 p와 크기 변수 s가 주어지면, 포워드 모델 f에 의해 예상되는 데이터 값이며, Smin및 Smax는 각각 내부 쉘 및 외부 쉘과 관련된 크기 변수이고, D는 전극에서 측정된 신호 값이며, β는 효율과 영상 해석에 대한 고려를 기반으로 하여 그 값이 직접적으로 선택되는 첨예도(sharpness)변수이다. 두 항 각각은 0에서 1까지 변하며, 0.5의 값은 (β=1로 가정하면) 내부 쉘과 외부 쉘 자체를 따라서 있는 위치에 대응한다.
함수 계단은 물체가 허용되는 만큼 작거나 또는 큰 곳에서 발생하며, 결론적으로, 포워드 모델은 제1 함수 항에서의 값이 그 항으로 하여금 최소 크기를 만족시킬 수 있게 하고 제2항에서의 값이 최대 크기를 반영하는 크기 변수 s를 포함한다. 측정된 신호보다 작은 f(s,p)의 값-즉, 내부 쉘 내에서-은 첫째 항의 값을 급속히 감소시키고 반면에 측정된 신호보다 큰 f(s,p)의 값-즉, 외부 쉘의 외부-은 두 번째 항의 값을 급속히 감소시킨다. 0.5 이하인 값은 0 값으로 처리된다. 따라서, 공간에서 어떠한 지점에 대해서도 포워드 모델 f를 풀면, 그 포인트가 경계 유사 신호 쉘들 사이의 영역에 있는지 아닌지의 여부의 결정을 용이하게 한다. 모든 포인트에 대해 동시에 라플라스 방정식을 풀 필요는 없다.
시스템 내의 모든 전극들에 대한 합성 확률 함수는 개별적으로 전극과 관련된 함수의 곱으로 정의된다. 원하는 해상도의 이미지는 관련 공간 영역에 대한 포인트 대 포인트 기반으로 합성 함수를 풀므로써 발생될 수 있다. 실제로, 함수는 그 유일한 미지수가 공간 위치를 지정되도록 해결되고, 그 함수가 순차적으로 후보 포인트의 위치들에 대해 풀린다. 전형적인 3차원 이미징 시스템은, 각각 색, 명도, 3차원 위치를 만족시키는 "복셀들(voxels)"의 순위정돈된 리스트로서 이미지 포인트들을 나타낸다. 복셀은 합성 확률이 포지티브인 곳에서 "턴 온"되고, 합성 확률이 0인 곳에서 "턴 오프"되어, 물체에 근사한 표시 가능 체적 이미지를 나타내는 결과를 가져온다.
4. 반전
복잡한 해석 방정식으로의 변환은 그 자체가 폐쇄형 방정식이 아니기 때문에, 포워드 모델링 문제에 대한 해석적 해법이 존재한다고 해서 반전 문제점에 대한 간단한 해(솔루션)를 보증하지는 않는다. 즉, 한 세트의 감지기 판독이 주어지면, 빈번히, 그러한 판독의 원인이 되는 크기, 물체 분포, 위치 또는 배향에 대해직접적으로 그리고 명백히 해결할 수 있는 것은 아니다. 이러한 경우에, 에러 최소화 또는 확률 최대화의 기술이 사용된다.
에러 최소화는 포워드 모델에 의해 예상된 감지기 판독이 실제 감지기 판독을 최소 에러에 근접시킬 때까지 변수의 임의의 세트에 대한 포워드 모델을 해결하는 단계와, 변수를 수정하여 반복적으로 처리하는 단계를 포함한다. 대표적인 에러 최소화 기술은 Nelder-Mead (또는, "Downhill Simplex") 방법 및 공액-기울기 방법(conjugate-gradient method)을 포함하며, 이들이 본 발명에 적용될 수 있는 방식은 당업자가 잘 알고 있다.
개연론적 방식에서, 반전은 추론 문제로서 검토된다. 포워드 모델은 그 값이 측정된 감지기 판독들의 원인이 되는 변수들을 포함하며, 확률 분포는 그러한 변수에 의해서 한정된다. 보다 많은-데이터가 사용됨에 따라 (예를 들면, 보다 많은 수신 전극들의 출력이 참작됨에 따라), 측정된 출력("모호성 클래스")과 일치하는 모델 변수들의 가능한 세트의 양을 감소하고, 확률 분포는 "참" 또는 변수의 가장 유망한 값 주위에서 점증적으로 피크를 이룬다.
수신 전극이 부수적인 가우스 잡음에 영향을 받기 때문에, 모델 변수의 몇가지 임의의 세팅이 주어지면 출력 데이터의 확률은 다음 식
과 같이 주어지며, 여기서 σ는 표준 편차이고 D는 출력 측정 데이터이며 f(m)는 모델 구성(예를 들면, 손의 위치) m이 주어진 경우 포워드 모델에 의해 예상된 데이터 값이다. 이러한 분포는 노말라이즈되며(normalized: 정규화되며) 즉, D의 모든 값에 걸친 적분은 1이다. 베이스 정리(Bayes' theorem)는 다음 식과 같은 반전을 용이하게 한다.
2차원 또는 3차원 감지의 경우, 기존의 확률 p(m)는 반전이 자세를 잘 되도록 선택될 수 있다(예를 들면, 마우스 구현에서, 가능한 손 위치를 포지티브 좌표값으로 한정함으로써). 모델 변수들 중 한 변수에 대한 유용한 기존의 확률은,
라이징 상수이며 β는 첨예도(sharpness) 변수이다. 이 함수는 계단 함수를 폐쇄형 식에 근접시키는 것을 용이하게 한다. 어려운 계단 함수를 능가하는 이 함수의 잠재적인 장점은 이 함수가 스무드하게 변하기 때문에 높은 확률 영역으로 다시 뒤따르게 하는 수치 최적화 기술의 능력에 있다. 총체적인 이전의 확률은 x, y, z에 대한 이전의 값의 곱이다. x의 경우, 다음 식과 같다.
몇몇 경우에, 관심 있는 몇몇 공간 영역에 걸쳐서의 상수로서 정확히 표현될 수 있는 이전의 확률과는 달리, 포워드 확률 p(m｜D)의 함수 유형은 반전 확률 P(D｜m)의 함수 유형과 일치한다. 그러나, 이러한 유사점은 혼돈을 일으키게 할 수 있다. 예를 들면, 반전 확률에 대한 식은 비례로서 제시된다. p(m｜D)을 노말라이즈하고 따라서 명시적인 확률 레벨을 얻는 것이 유익할 수 있다. 이것이 모델 변수의 최상의 세팅을 찾는데 중요하지는 않다 할 지라도, 종속 변수(확률)의 스케일링(a scaling)이 최대치의 위치에 영향을 미치지 않기 때문에, 노말라이징은 상이한 함수들 f에 대해, 어떠한 종류의 비교라도 할 때 또는 엔트로피를 계산할 때(아래에서 논의된 바와 같이), 신뢰 레벨을 한 세트의 모델 변수로 할당하는 것을 용이하게 하는데 유용한 것을 입증할 수 있다. D에 관하여 단순한 가우스 적분(왜냐하면, p(D｜m)을 적분할 때 m과 따라서 f(m)가 고정되기 때문에 단순한 가우스 적분임)을 실행하기보다는 오히려, 모든 m 값에 관해 적분할 필요가 있으며, 이는 가우스 적분으로 구성된 포워드 모델의 적분을 의미한다. 이러한 적분을 실행하는 어려움은 f의 유형에 달려있다. 다행히도 작은 σ에 대하여, p(m｜D)는 쉽게 적분되는 가우스 적분에 의해 잘 근사될 수 있다.
다중 수신 전극에서 얻어진 정보들은 개별 확률 p(m｜D)을 조합함으로써 합성 확률 함수로 조합될 수 있다. 이는 사용할 수 있는 데이터가 모두 주어질 경우, 완전한 모델의 결합 확률을 얻기 위하여 각각의 수신 전극과 관련된 p(m｜D)항을 승산함으로써 성취된다.
여기서, D는 N 측정의 세트를 나타내고, i는 수신 전극을 색인에 넣은 것이다. 이러한 방식으로, 다중 감지기에서 얻어지는 정보는 최적의 모델 변수들 m의 세트를 제한하도록 조합으로 이용되며, 따라서 공간적으로 명백한 (즉, 축퇴하지않은) 반전 해를 용이하게 구한다.
이는 도 8 및 9에 도시된 전극 어레이와 관련하여 입증된다. 도 8의 2차원 측정 어레이의 경우에, 물체의 위치는 두 감지기 판독으로부터 2차원으로 추론되도록 시도된다. 따라서, 이 모델은 단순히 감지기 판독을 설명하는 것을 취지로, 한물체의 위치를 나타내는 두 숫자로 단순히 구성된다.
각각의 수신 전극 R1, R2에 대해 감지된 2차원 영역에 물체가 주어진 경우, 포워드 확률 분포 p(D｜m)는 각각 도 10A 및 10B에 도시된다. 표시를 명료히 하기 위하여, 잡음은 극적으로 과장되었고 가우스 두께로 도시되었으며, 실제 잡음 레벨이 기술되면 표면 특징은 너무 작아서 쉽게 구성될 수 없다. 물체 분포가 2차원 영역내에서 고려되기 때문에, 각각의 타원은 두 전극 쌍들과 관련된 타원의 유사 신호 쉘의 단면을 나타낸다. 도 10C는 이러한 두 확률 분포를 동일 공간에서 도시한 것이다. 그 곱 즉, 결합 포워드 확률 p(D1,D2｜m)=p(D1｜m)P(D2｜m)은 도 10D에 나타난다. 반전 확률 분포p(m｜D1,D2)는 이전의 확률로 승산되고 노말라이징 상수로 나누어지는 동일한 그림이다.
두 마진 분포의 높이가 사실상 동일하지 않기 때문에 도 10A-10C에서 표면은 m에 대해 노말라이즈되지 않으며(즉, 도면이 p(m｜D)이 아닌 p(D｜m)을 도시함), 그 실제 높이는 도 10C를 덜 명확하게 할 것이다. 도 10C의 중요한 특징은 타원체의 직선 단면들이 직각으로 교차하는 포인트이다. 노말라이즈된 결합 분포(노말라이즈된 처음 두 분포의 곱)를 도시하는 도 10D에서, 이 교점은 보다 첨예한 피크로나타난다. 감지기의 기하는 셀이 교차하여 비교적 첨예한 피크를 형성하도록 바람직하게 선택되며, 상기 첨예한 피크는 최소한의 불확실성 또는 에러의 가능성을 갖는 감지기 판독을 제공한다(추론된 물체 위치의 측면에서). 이전의 확률 항은 이러한 피크의 영역으로 해를 한정하고, 의도된 시스템 이용과 일치하는 방식으로 다른 피크(예를 들면, 도 10D에서 더 큰 반전 모호성을 초래할 보다 둥글게 된 피크)를 배제하는데 사용된다.
우리가, 따라서, 물체가 포인트 류인 것으로 전혀 예상하지 않았기 때문에, 불확실성(즉, 더 큰 첨예도가 보다 낮은 불확실성을 반영하는 상황에서 최대치에서 확률 피크의 첨예도)은 필드로 인한 것이지 물체로 인한 것은 아니다. 이러한 곡률은 최대 확률의 포인트에서 평가되는 확률 분포의 헤스 매트릭스(Hessian matrix)로 표시될 수 있으며, 불확실성은 역 헤스(즉, 공분산 매트릭스(covariance matrix))로 표시될 수 있다. 그러나, 물체가 포인트류가 아닐 경우, 추가의 불확실성이 상승하여 분포를 더 평탄하게 할 것이다(적어도 몇몇 방향으로). (예를 들면, 각각의 포인트에서의 불확실성들을 단일 포인트 모호성 클래스에 대한 주요 곡률들로 승산함으로써 또는, 주요 곡률들의 역을 감산함으로써) 감지기 레이아웃으로 인한 본질적인 모호성을 "조사해 낼(calibrate out)" 수 있어서, 임의의 검출된 모호성은 측정되는 분포 내의 확산(spread)을 나타내게 된다. 이것은, 이어서, 기지의 체적 모양의 물체의 크기 및 배향을 평가하는 방법을 제공할 수 있는데 즉, 주요 곡률로 정의되는 "불확실성 타원체"를 단순히 이용하는 것이다.
log(x)가 단조롭게 증가하는 함수이기 때문에, log p(m｜D)를 최대화하거나또는 -log p(m｜D)를 최소화하면 p(m｜D)를 최대화하는 동일한 m을 발생하게 된다는 것이 강조 되어야 한다. 일반적으로, 확률보다는 오히려 로그 확률로 작업하는 것이 바람직하다. 즉, 지수 함수가 사라지고 승산 연산 및 제산 연산이 가산 및 감산이 되기 때문에 계산 시간이 절약되고, 많은 확률을 승산하면 수치상 정확도를 어렵게 할 수 있는 매우 작은 숫자를 초래하는 결과를 가져온다. 조건부 로그 확률은 다음 식으로 표시된다.
이러한 유형은 데이터와 모델에 의해 예상된 데이터 사이의 에러의 제곱의 합에 대한 일상적인 해석을 제공하며, 여기서 추가의 에러 항은 이전의 확률로부터 유도된 것이다.
측정된 값과 물체 위치의 현재의 추정에 의해 예상된 값 사이의 에러의 제곱의 합 플러스 이전의 항을, 최소화하는 것에 대응하는 로그 확률을 최대화하는 프로세스는 계산 집약적일 수 있다. 그 대신에, (비록 조잡하더라도) 더 빠른 해법을 원할 경우, 포워드 모델을 이용하고, 감지기 값을 물체 위치에 매핑하는 이러한 데이터 세트(dataset) 표면에 맞는 잘 알려진 함수 근사치나 또는 곡선 피팅 기술(curve-fitting techniques)을 이용하여, 입출력 데이터의 세트를 발생할 수 있다. 일단 표면이 피팅(fitting)되면, 그들을 평가하는 것은 매번 함수를 최대화하는 것보다 계산적으로 보다 효율적이다. 다른 한편, 함수 피팅은 그 자체가 어려움을 입증할 수 있고, 반전 문제의 일정 클래스에 전혀 적용되지 못할 수도 있다.당업자들은 특정 문제에 함수 피팅의 적합성을 쉽게 이해할 것이다.
최종적으로, 포워드 모델은, 알려져 있는 전극들의 기하(geometry)를 전제로 하고, 일반적으로 이것은 미리 특정되어 있음을 유의해야 한다(특별한 문제에 대한 최적 전극 분포에 대한 설계가 아래에서 논의된다). 그러나, 기하가 알려지지 않을 경우, 필드에 아무것도 없을 때 측정이 먼저 이루어지면 전극 위치를 결정하기 위해 전극 필드 측정을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전극이 (단일 변수에 의해 명시되는) 일차원을 따라 위치하도록 한정되는 경우, n=3일 때 n(n-1)/2가 3이고 정확히 3개의 미지의 변수가 있기 때문에 3 전극은 상대적 위치를 상호 결정하기에 충분하다. 2차원에서는 5 전극이 필요하며(2 좌표 x 5 전극 = 5(5-1)/2), 3차원에서 7 전극이 필요하다. 반전에 대한 상기 논의된 방식중 어떠한 것도 위치를 결정하기에 충분한 측정이 주어진다면 전극의 위치를 파악하는데 사용될 수 있다.
5. 최적의 감지기 설계
특정 방향으로 피크의 반전 곡률은 그 방향에 대응하는 변수 값(또는 변수 값의 선형 조합)의 근사치의 불확실성을 나타낸다. 측정에 의해 제공되는 정보의 양은 그 측정으로 인한 분포의 엔트로피에 있어서의 변동에 의해 양이 정해질 수 있다. 앞서 도시된 바와 같이, 잘못된 (불충분한 결정밖에 못한) 문제는 가능한 세트에 대한 추가의 강제를 명시함으로써 -특히 초기의 가능한 세트를 정의하는 확률 분포에서 (이전의 또는 합성 확률과 같은) 강제를 부호화 함으로써-잘된 상태로 만들어질 수 있다. 최적의 감지기 어레이 디자인의 문제점은 측정에 의해 제공되는 예상된 정보를 최대화하는 측면에서 접근될 수 있다.
일단, 로그 확률에서 단일 최대치를 발생할 이전의 확률에 의해 충분한 데이터 및/또는 부가 속박을 수집함으로써 기본 축퇴가 파괴되면, 모델 변수들의 최상의 세팅에 관한 불확실성은 최대치에서 평가된 역 헤스 매트릭스 A-1에 의해 위에서 논의된 바와 같이 표시될 수 있다. 불확실성은 문제의 공간 및 경우들에 대한 반전을 용이하게 하는 전극 기하의 적절성을 반영한다. 헤스 매트릭스 A는 신뢰 또는 확실성의 측정인 곡률을 나타낸다. 대각선인 A의 고유 벡터 베이시스(basis)에서 대각선 원소(고유치) Aii는 (주방향으로 알려진) 각각의 고유 벡터 방향에 따른 곡률을 나타낸다. 주방향에 따른 곡률은 주요 곡률이라 한다. 곡률 즉, 한 포인트에서 불확실성의 개요로서의 역할을 하는 가우스 곡률의 곱은 A의 행렬식으로 표
향 v=(cosθ ,sinθ)으로의 곡률은 오일러 공식(Euler's formula)
로 표시된다.
이러한 기초에서, A의 역행렬은 대각선 원소 1/Aii를 갖는 매트릭스이다. 따라서, 역 헤스는 불확실성의 측정으로서 사용될 수 있는 확률 분포의 "곡률 반경"을 규정한다. 헤스의 행렬식 및 트레이스(trace)는 좌표와 무관하여, 이들이 "가우스 불확실성" 및 평균 불확실성의 국부적 척도로서 사용될 수 있다.
불확실성의 가장 포괄적인 척도는 엔트로피이다. 새로운 데이터의 수집으로인한 p(m｜D)의 엔트로피에 있어서의 변화는 측정들의 세트가 주어진다면 최대치를 승산함으로 인한 불확실성을 포함하여 모델 변수의 값에 관한 불확실성에 있어서의 변화를 측정한다. 측정 Dn+1로 인한 모호성 클래스 m의 총 엔트로피에 있어서의 변화 △H는
이고, 여기서,
이다.
데이터의 새로운 일부분이 주어지면 엔트로피에 있어서의 예상된 변화(즉, 가능한 데이터 값들에 대한 평균된 엔트로피에 있어서의 변화)는 감지기 거하들을 비교하기 위한 기초를 제공한다. H(m｜D)의 예상된 값은 다음과 같다.
이고, 여기서 x는 실제 물체 위치이며, f는 포워드 모델이며, D=f(x)이다. 즉,
이고, 대입하면,
이다.
I는, 따라서, 감지기 기하의 질을 측정한다. 부호 이론(coding theory)으로 유추하여, (단일 측정을 위한) 최상의 측정 절차는 엔트로피를 가능한 한 줄인다.따라서 I를 최소화함으로써 최적의 감지기 기하에 대해 조사할 수 있다. 엔트로피 적분을 평가하고 모든 가능한 데이터 값에 대해 평균하는 것은 예를 들면, 몬테 카를로 기술(Monte-Carlo techniques)을 이용하여 수치상으로 성취될 수 있다.
6. 응용
본 발명은 정보를 전달하는 수단으로서, 사용자 위치 및 제스처의 검출을 수반하는 광범위한 용도에 적용될 수 있다. 컴퓨터 환경에서, 다중 전극쌍들은 위치 감지 장치로서 서비스하여, 어떠한 기계적 어셈블리의 필요성 없이도 2차원 또는 3차원 마우스 또는 태블릿(tablet) 펜의 출력과 등가인 출력을 제공한다. 예를 들면, 전극을 책상 위나 또는 아래에 배치하면, 책상의 표면을 컴퓨터 인터페이스의 "액티브" 소자로 변환시킨다. 책상 위에서 사용자의 빈손의 움직임은, 2차원 또는 3차원의 위치 정보를 애플리케이션 프로그램에 제공한다. 그러나, 기계적 감지 장치와는 달리, 본 발명은 또한 높이, 위치, 물체 분포에 있어서의 변화에서 비롯된 제스처 정보를 복원할 수 있다. 예를 들면, 2차원 마우스는 위치를 명시하기 위하여 사용자의 손의 평면 좌표 위치를 이용할 수 있고 손의 상향 이동은 보통의 마우스 클릭과 대응하며, 몇몇 3차원 감지 능력을 필요로 하는 이러한 응용의 경우 도 8 또는 도 9에 도시된 전극 배열이 이용될 수 있다. 이 경우, 상향 이동이 사전 결정된 높이 임계치를 초과하는 한에 있어서만 이 상향 이동이 관련되기 때문에, 고도의 해상력은 단지 2차원에서만 필요하다. 대안적으로, 본 발명은 측정된 물체(손) 크기에 있어서의 변화를 감지함으로써 클릭 제스처로서 손을 펴고 쥐는 것을 인식하도록 구성될 수 있고, 또한 단지 성질 변화의 검출에서만은 크기에 대한 고도의 해상 결정이 불필요하다.
또다른 구현에서, 사용자가 책상을 가로질러 손을 좌측에서 우측으로 급히 지나가면, 페이지 전환 또는 주제 주사 검색과 같은 (텍스트 디스플레이 및/또는 편집 설비와 같은) 애플리케이션 프로그램에 의해 해석될 수 있는 디지털 데이터를 발생한다. 본 발명은 누르는 동작, 손의 경사 및 버튼을 누르는 제스처에 의해 발생되는 데이터의 상이한 패턴을 구별함으로써 다중 채널 조이스틱을 모의 실험할 수 있다. 본 발명의 길이 스케일은 위치 감지 장치로서 엄격히 사용될 때조차도 상이한 애플리케이션에 적합하도록 상당히 변화될 수도 있다. 비교적 넓은 전극 간격은 사람의 완전한 손의 움직임 또는 실내에서 사람의 위치를 감시하는 것이 가능하지만, 더 작은(예를 들면, 1 cm) 간격은 손의 작은 움직임에 대한 응답을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 알려져 있는 탄성 특징을 가지며, 따라서 위치뿐만 아니라 저항성 부재 상에 가해지는 힘도 나타내는 신호를 발생하는데 사용될 수 있는 컴플라이언트 부재(compliant members)와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들면, 전극들의 세트를 포함하는 표면 위에 탄성 소자를 삽입함으로써 사용자의 손의 높이는 소자 상에 가해지는 힘을 반영하고, 따라서 감지될 수 있는 제스처 정보의 범위를 더 확대한다.
감지기가 랩탑 또는 노트북 컴퓨터 또는 비디오 게임과 같은 단위 장치의 일부로서 포함될 때, 상호작용 능력은 화면과 관련된 위치를 고정하는 능력으로 인해 확대된다. 컴퓨터 하우징 내의 적절한 위치에 설치된 다중 전극쌍 어레이는 키보드위에 "제어 공간"을 제공할 수 있으며, 본 발명은 사용자의 손에 대한 3차원 위치 및 배향을 나타내는 데이터를 발생한다. 따라서, 화면상의 버튼들의 어레이를 발생하고 화면과 관련된 사용자의 손 또는 손가락의 위치를 감지함으로써 화면과 결코 접촉하지 않는다 할 지라도 컴퓨터는 사용자의 제스처를 여러 버튼을 "누르는" 것으로 해석할 수 있다.
유사한 방식으로, 본 발명은 컴퓨터 이외의 장치(예를 들면, 전기 제품, 텔레비전, 가구 등)에 적용되어 사용자와의 상호작용을 용이하게 할 수 있다. 본 발명을 여러 가지 상호 동작 버튼, 스위치 등을 포함하는 전기 제품과 결합함으로써, 이러한 제품에 대한 사용자의 접근이 감지될 수 있고, 절박한 행동이 완료되기 전에 절박한 행동의 결과가 평가될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 사용자의 손이 자동차의 점화키에 접근할 때, 가청 음 및/또는 가시 디스플레이가 사람이 엔진을 끄기 전에 파킹 기어로 시프트할 것을 경고할 수 있다. 본 발명은 또한, 기존의 손으로 들고 쓰는 장치를 필요로 하지 않고서 텔레비전 또는 레코딩 시스템과 같은 전기 제품을 원격 동작시키는데 사용될 수 있다. 전극이 그 환경에 노출될 필요가 없기 때문에, 본 발명은 밀폐(예를 들면, 방수)되어 있는 장치를 제어하는데 유용하고, 값비싼 절연 스위치를 잠재적으로 대신하며 그러한 장치에 관한 사용자의 제어를 넓힐 수 있어서 특히 유용하다.
더 큰 스케일에서, 본 발명은 보안을 위해 기준 물체에 접근하는 것을 감지하거나 위험을 경고하거나 또는 잠재 사용자가 물체에 도달할 때까지 전력을 보류함으로써 에너지를 보존하는데 사용될 수 있다. 방 주위에 일련의 감지 커패시터가분포하면, 본 발명이 실내에서의 사용자의 위치, 그 방에 있는 사람의 수, 그들의 상대적 위치 등을 나타내는 출력 등을 제공할 수 있다. 물론, 이러한 정보에 관한 정확성은 애플리케이션에 필요한 해석과 사용된 감지기의 수에 의존한다. 예를 들면, 기준 공간에 들어가는 한 사람을 검출할 때 트리거 신호를 제공하는 보안시스템은 여러 사람의 위치를 감시하는 애플리케이션보다 해석을 덜 필요로 한다.
따라서, 이러한 사실은 전계를 사용하여 한정된 공간 내에서 물체의 위치 및 배향을 특성화하는 극히 일반적이고 신장성 있는 방식을 나타냄을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어 및 표현은 제한을 가하려고 사용된 것이 아니라 설명을 위하여 사용되었고, 그러한 용어 및 표현을 사용할 때 도시되고 설명된 특징의 임의의 등가물 또는 그 일부라도 배제하고자 의도된 것은 아니며, 청구된 발명의 범위 내에서 여러 가지 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.

Claims (48)

  1. 한정된 공간 내의 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 물체 분포, 위치 및 배향으로부터 선택된 적어도 하나의 성질을 특성화하는 방법에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접하여 복수의 전극들을 서로에 대해 한정된 위치를 갖도록 배치하는 단계,
    b. 상기 복수의 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 성질에 대한 복수의 인스턴스들(instances)을 상기 복수의 전극들을 통한 대응하는 예상 전류 레벨들 - 상기 예상 전류 레벨들은 적어도, 상기 하나의 전극에서 나오는 상기 전류를 반영하는 로딩(loading) 모드 전류와, 상기 AC 신호에 의해 생성된 필드의 적어도 일부의 접지로의 션팅을 반영하는 상기 복수의 전극들을 통한 션트 모드 전류에 기초함 - 에 관련시키는 단계,
    c. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 AC 신호를 전송하는 단계,
    d. 상기 복수의 전극들을 통하여 전류 레벨들을 측정하여 측정 세트를 발생하는 단계, 및
    e. 상기 측정 세트로부터, 포워드 모델(forward model)에 따라, 상기 측정된 전류 레벨에 가장 근접한 예상 전류 레벨들을 발생하는 상기 성질의 인스턴스(instance)를 추론하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추론 단계는
    a. 상기 성질의 임의의 인스턴스를 선택하는 단계,
    b. 상기 성질 인스턴스에 대한 상기 포워드 모델을 해석하여 예상 전류 레벨의 세트를 발생하는 단계,
    c. 상기 예상된 전류 레벨과 상기 측정된 전류 레벨 사이의 차를 나타내는 에러 매트릭(error metric) 계산하는 단계,
    d. 상기 성질 인스턴스를 수정하여 상기 에러 매트릭을 줄이는 단계, 및
    e. 상기 에러 매트릭이 최소화될 때까지 단계 (b) 내지 (d)를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추론 단계는
    a. 상기 측정 세트의 각각의 측정으로부터, 상기 측정의 원인이 되는 상기 성질 인스턴스를 특성화하는 확률 분포를 유도해 내는 단계,
    b. 상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체(ensemble) 확률 분포를 생성하는 단계, 및
    c. 상기 전체 확률 분포로부터, 상기 성질 인스턴스를 최대 확률 레벨로 이끌어내는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류는 AC 신호가 전송되는 전극 이외의 전극을 통하여 측정되는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    a. 상기 전극들중 다른 전극을 통해 AC 신호를 전송하고,
    b. 상기 복수의 전극을 통하여 전류를 측정하여, 상기 측정 세트의 측정치들과 고유의 축퇴한 경우(unique degenerate case)의 매너 특징에 있어서 상이한 측정치들을 포함하는 비교 세트를 발생하고,
    c. 상기 측정 세트를 상기 비교 세트와 비교함으로써 축퇴한 경우들 간을 구별함으로써,
    상기 전체 확률 분포를 바운딩하여 축퇴 경우들을 해결하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체 확률 분포를 생성하기 전에, 상기 확률 분포들중 적어도 하나를 기존의 확률과 승산하는 단계를 더 포함하되, 상기 기존의 확률은 유도가능한 성질 인스턴스를 제한하는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전체 확률 분포를 정규화함으로써 신뢰 레벨을 최대 확률에 할당하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 전극들은 상기 확률 분포들이 교차하여 상대적으로 첨예한 하나의 피크를 형성하도록 배열되는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체 확률 분포를 생성하기 전에, 상기 확률 분포들중 적어도 하나를 기존의 확률과 승산하는 단계를 더 포함하되, 상기 기존의 확률은 유도가능한 성질 인스턴스를 상기 피크의 영역으로 제한하고 다른 피크들을 배제하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 성질은 물체 분포(mass distribution), 배향(orientation) 및 위치 중하나인 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 사람인 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공간은 3차원이고, 세개의 전극들이 상기 공간 주위에 배치되는 방법.
  13. 한정된 공간 내의 전기 도전성 물체(eletrically conductive mass)의 물체 분포, 위치 및 배향으로부터 선택된 적어도 하나의 성질을 특성화하기 위한 장치에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접 배치되고 서로에 대해 한정된 위치를 갖는 복수의 전극들,
    b. AC 전원,
    c. 상기 물체 주변에 전계를 생성하기 위하여 상기 AC 전원을 상기 전극들중한 전극에 접속하기 위한 수단,
    d. 측정 세트를 발생하기 위하여 상기 복수의 전극들을 통과하는 전류 레벨을 측정하기 위한 수단,
    e. 상기 전극들 중의 하나의 전극을 통해 AC 신호를 송신하는 수단
    을 포함하고,
    f. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 성질에 대한 다수의 인스턴스들을 상기 복수의 전극들을 통한 대응하는 예상 전류 레벨들에 관련시키는 포워드 모델(forward model)에 따라, 상기 측정 세트로부터, 상기 측정된 전류 레벨들에 가장 근접한 예상 전류 레벨들을 발생하는 상기 성질의 인스턴스를 추론하기 위한 프로세서 수단
    을 포함하고, 상기 예상 전류 레벨들은 적어도, 상기 하나의 전극에서 나오는 상기 전류를 반영하는 로딩(loading) 모드 전류와, 상기 AC 신호에 의해 생성된 필드의 적어도 일부의 접지로의 션팅을 반영하는 상기 복수의 전극들을 통한 션트 모드 전류에 기초하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는
    a. 상기 성질의 임의의 인스턴스를 선택하고,
    b. 상기 성질 인스턴스에 대한 상기 포워드 모델을 해석하여 예상 전류 레벨의 세트를 발생하고,
    c. 상기 예상 전류 레벨과 상기 측정된 전류 레벨 사이의 차를 나타내는 에러 매트릭을 계산하고,
    d. 상기 성질 인스턴스를 수정하여 상기 에러 매트릭을 줄이고,
    e. 상기 에러 매트릭이 최소화될 때까지 단계 (b) 내지 (d)를 반복하는 것에 의해 추론하도록 구성되는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는
    a. 상기 측정 세트의 각각의 측정치들로부터, 상기 측정치의 원인이 되는 상기 성질 인스턴스를 특성화하는 확률 분포들을 유도해 내고,
    b. 상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체 확률 분포를 생성하고,
    c. 상기 전체 확률 분포로부터, 상기 성질 인스턴스를 최대 확률 레벨로 이끌어내는 것에 의해
    추론하도록 구성되는 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 측정 수단은 상기 AC 전원에 접속된 전극 이외의 전극을 통하여 전류를 측정하는 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    a. 상기 접속 수단은 상기 AC 전원을 상기 전극들중 다른 전극에 접속하도록 구성되고,
    b. 상기 측정 수단은 상기 접속 수단에 응답하여, 상기 AC 전원이 이와 같이 접속된 상태에서 상기 측정 수단이 상기 복수의 전극들을 통과하는 전류를 측정하여 비교 세트 -상기 비교 세트는 고유한 축퇴의 경우의 특성에서 상기 측정 세트들의 측정과는 상이한 측정을 포함함-를 발생하며,
    c. 상기 프로세서 수단은 상기 비교 세트와 상기 측정 세트를 비교함으로써 축퇴된 경우들 간을 구별하도록 구성되는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서 수단은 또한 상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체 확률 분포를 생성하기 전에, 상기 확률 분포들중 적어도 하나를 기존의 확률과 승산하도록 구성되고, 상기 기존의 확률은 유도가능한 성질 인스턴스를 제한하는 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서 수단은 또한 상기 전체 확률 분포를 정규화함으로써 신뢰 레벨을 최대 확률에 할당하도록 구성되는 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전극들은 상기 확률 분포가 교차하여 비교적 첨예한 하나의 피크를 형성하도록 배열되는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 프로세서 수단은, 또한 상기 확률 분포들을 함께 곱하여 전체 확률 분포를 생성하기 전에, 상기 확률 분포들중 적어도 하나를 기존의 확률과 승산하도록 구성되고, 상기 기존의 확률은 유도가능한 성질 인스턴스를 상기 피크의 영역으로 제한하고 다른 피크들을 배제하는 장치.
  22. 한정된 공간 내의 선정된 물체 분포를 갖는 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 크기, 위치 및 배향으로부터 선택된 성질에 관련된 적어도 하나의 미지의 변수 -상기 각 변수는 독립적인 자유도를 표현함- 를 정량화하는 방법에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접하여 복수의 전극들을 배치하는 단계 -상기 전극들은 서로에 대해 한정된 위치를 가지며 상기 미지의 변수를 해석하는데 개수상으로 충분함-,
    b. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 미지의 변수에 대한 복수의 인스턴스들을 상기 복수의 전극들을 통과하는 대응하는 예상 전류 레벨들에 관련시키는 단계,
    c. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 AC 신호를 전송하여 상기 물체 주변에서 전계를 생성하는 단계,
    d. 상기 복수의 전극들을 통하여 전류 레벨들을 측정하여 측정 세트를 발생하는 단계 -상기 측정된 전류 레벨들 각각은 다른 측정치들과 상관적인 비선형 거리 의존성을 나타냄- , 및
    e. 상기 측정 세트로부터, 포워드 모델(forward model)에 따라, 상기 측정된 전류 레벨에 가장 근접한 예상 전류 레벨들을 발생하는 상기 미지의 변수값을 추론하는 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 세개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 유효 구대칭을 나타내거나 공지된 형태와 배향을 가지며,
    상기 미지의 변수는 (a) 2차원 위치 및 크기, 및 (b) 3차원 위치로부터 선택되는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 네개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 유효 구대칭을 나타내거나 공지된 형태와 배향을 가지며,
    상기 미지의 변수는 3차원 위치 및 크기인 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 네개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 기다랗고 주축 및 종축을 가지며,
    상기 미지의 변수는 (a) 상기 주축 및 상기 종축의 2차원 위치 및 길이, 및 (b) 상기 주축 또는 종축의 3차원 위치 및 길이로부터 선택되는 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 다섯개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 기다랗고 주축 및 종축을 가지며,
    상기 미지의 변수는 (a) 상기 주축 및 상기 종축의 3차원 위치 및 길이, 및 (b) 3차원 위치 및 물체 배향으로부터 선택되는 방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 여섯개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 기다랗고 주축 및 종축을 가지며,
    상기 미지의 변수는 상기 주축 또는 상기 종축의 3차원 위치, 배향 및 길이인 방법.
  28. 한정된 공간 내에 선정된 범위 내의 크기를 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 분포를 얻는 방법에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접한 복수의 전극들을 서로에 대해 한정된 위치를 갖도록 배치하는 단계,
    b. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 물체 위치를 상기 다수의 전극들을 통한 대응하는 예상 전류 레벨들에 관련시키는 포워드 모델(forward model)을 구성하는 단계,
    c. 상기 전극들중 한 전극을 통하여 AC 신호를 전송하여 상기 물체 주위에 전계를 생성하는 단계,
    d. 상기 복수의 전극을 통과하는 전류 레벨들을 측정하여 측정 세트를 발생하는 단계 -상기 측정된 전류 레벨들 각각은 다른 측정치들과 상관적인 비선형 거리 의존성을 나타냄-,
    e. 각각의 측정에 대하여, 제1 및 제2 유사 신호 쉘(first and second iso-signal shells)에 대응하는 제1 및 제2 공간 경계에 걸친 공간 영역 내에 상기 물체를 국지화하는 단계 -상기 유사 신호 쉘은 상기 물체의 선정된 크기 범위 및 측정된 전류 레벨들에 기초하여 포워드 모델에 의해 수립됨-, 및
    f. 상기 공간 영역들을 상기 물체를 포함하는 합성 공간 영역으로 결합하는 단계 -상기 합성 공간 영역은 상기 물체의 분포에 근사함-
    를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 각각의 측정들에 대한 유사 신호 쉘들은 상기 측정된 전류 레벨과 일치하는 최소 및 최대 크기의 유사 신호 쉘들을 발생하기 위하여 포워드 모델을 해석함으로써 수립되는 방법.
  30. 한정된 공간 내에 있고 선정된 물체 분포를 갖는 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 크기, 위치 및 배향으로부터 선택된 성질에 관련된 적어도 하나의 미지의 변수 -각각의 변수는 독립적인 자유도를 나타냄- 를 정량화하기 위한 장치에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접 배치되고 서로에 대해 한정된 위치를 갖는 복수의 전극- 상기 전극은 상기 미지의 변수를 해석하는데 개수상으로 충분함 -,
    b. AC 전원,
    c. 상기 물체 주변에 전계를 생성하기 위하여 상기 AC 전원을 상기 전극들중한 전극에 접속하기 위한 수단,
    d. 측정 세트를 발생하기 위하여 상기 복수의 전극들을 통과하는 전류 레벨을 측정하기 위한 수단, 및
    e. 상기 측정 세트로부터, 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 복수의 전극들을 통과한 대응하는 예상 전류 레벨에 상기 변수에 대한 복수의 인스턴스들을 관련시키는 포워드 모델(forward model)에 따라, 상기 측정된 레벨에 가장 근접한 예상 전류 레벨들을 발생하는 미지의 변수의 값을 추론하기 위한 프로세서 수단
    을 포함하는 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 세개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하고, 상기 물체는 유효 구대칭을 나타내거나 또는 공지된 형태와 배향을 가지며,
    상기 미지의 변수는 (a) 2차원 위치 및 크기, 및 (b) 3차원 위치로부터 선택되는 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 네개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하고, 상기 물체는 유효 구대칭을 나타내거나 또는 공지된 형태와 배향을 가지며,
    상기 미지의 변수는 3차원 위치 및 크기인 장치.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 네개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 기다랗고 주축 및 종축을 구비하며,
    상기 미지의 변수는 (a) 상기 주축 및 상기 종축의 2차원 위치 및 길이, 및 (b) 상기 주축 또는 상기 종축의 3차원 위치 및 길이로부터 선택되는 장치.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 다섯개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 기다랗고 주축 및 종축을 구비하며,
    상기 미지의 변수는 (a) 상기 주축 및 상기 종축의 3차원 위치 및 길이, 및 (b) 3차원 위치 및 물체 배향으로부터 선택되는 장치.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 전극들의 개수는 여섯개의 독립적인 측정치들을 발생하기에 충분하며, 상기 물체는 연장되어 있고 주축 및 종축을 가지며,
    상기 미지의 변수는 상기 주축 또는 상기 종축의 3차원 위치, 배향 및 길이인 장치.
  36. 한정된 공간 내에서 선정된 범위 내의 크기를 갖는 전기 도전성물체(electrically conductive mass)의 분포를 얻기 위한 장치에 있어서,
    a. 상기 공간에 근접 배치되고 서로에 대해 한정된 위치를 갖는 복수의 전극들 -상기 전극들은 상기 미지의 변수를 해석하는데 개수상으로 충분함-,
    b. AC 전원,
    c. 상기 물체 주변에 전계를 생성하기 위하여 상기 전극들중 한 전극에 상기 AC 전원을 접속하기 위한 수단,
    d. 상기 복수의 전극을 통과하는 전류 레벨을 측정하기 위한 수단, 및
    e. (i) 각각의 측정에 대하여, 제1 및 제2 유사 신호 셀 -상기 유사 신호 쉘들은, 물체 위치들을, 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해 상기 복수의 전극들을 통한 대응하는 예상 전류 레벨들에 관련시키는 포워드 모델(forward model)에 따라, 물체의 선정된 크기 범위 및 측정된 전류 레벨에 의해 수립됨- 에 대응하는 제1 및 제2 공간 경계에 걸친 공간 영역 내에 상기 물체를 국지화시키고, 및 (ii) 상기 공간 영역들을 상기 물체를 포함하는 합성 공간 영역 -상기 합성 공간 영역은 상기 물체의 분포에 근사함- 의 표현으로 결합하도록 구성된 프로세서 수단
    을 포함하는 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 프로세서 수단은 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 물체 위치를 상기 복수의 전극들을 통과하는 대응하는 예상 전류 레벨에관련시키는 포워드 모델에 기초하여 상기 유사 신호 쉘을 수립하도록 구성되는 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 각각의 측정에 대한 유사 신호 쉘은 상기 측정된 전류 레벨과 일치하는 최소 및 최대 크기의 유사 신호 쉘들을 발생하기 위하여 포워드 모델을 해석함으로써 수립되는 장치.
  39. 제30항에 있어서,
    상기 전류 레벨 측정 수단과 상기 AC 전원 접속 수단은 상기 복수의 전극들 각각에 대해,
    a. 입력 및 출력을 갖는 제1 증폭단,
    b. 출력을 갖고 상기 제1 증폭단의 출력을 수신하도록 접속되는 제2 증폭단,
    c. 상기 AC 전원과 상기 제2 증폭단의 출력에 접속되는 동기 검출기, 및
    d. 상기 AC 전원이 접속된 상태에서, AC 신호가 상기 전극에 인가되고 상기 제2 증폭단이 상기 전극으로 흐르는 전류에 비례하는 전압을 수신하도록, 상기 AC 전원을 상기 제1 증폭단의 입력에 선택적으로 접속하는 스위치를 포함하는 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 동기 검출기에 접속되는 저역 필터를 더 포함하는 장치.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증폭단은 상기 전극 위에 물리적으로 배치되는 장치.
  42. 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 3차원 위치를 감지하기 위한 위치 감지 장치에 있어서,
    a. 공간 내에 근접 배치되고 서로에 대해 한정된 위치를 갖는 적어도 3개의 전극들,
    b. AC 전원,
    c. 상기 물체 주변에 전계를 생성하기 위하여 상기 AC 전원을 상기 전극들중한 전극에 접속하기 위한 수단,
    d. 측정 세트를 발생하기 위하여 상기 복수의 전극들을 통과하는 전류 레벨들을 측정하기 위한 수단, 및
    e. 상기 측정 세트로부터, 상기 물체의 3차원 위치를 추론하기 위한 프로세서 수단
    을 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대해, 상기 복수의 전극들을 통과한 대응하는 예상 전류 레벨들에 위치를 관련시키는 포워드 모델에 따라, 3차원 위치를 추론하도록 구성되는 위치 감지 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    네개의 전극을 포함하는 위치 감지 장치.
  44. 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 2차원 위치, 및 상기 2차원 위치에 대하여 3차원에 따른 오프셋을 감지하기 위한 위치 감지 장치에 있어서,
    a. 공간에 근접 배치되고 서로에 대해 한정된 위치를 갖는 적어도 3개의 전극들,
    b. AC 전원,
    c. 상기 물체 주변에 전계를 생성하기 위하여 상기 AC 전원을 상기 전극들중한 전극에 접속하기 위한 수단,
    d. 측정 세트를 발생하기 위하여 상기 복수의 전극을 통과하는 전류 레벨을 측정하기 위한 수단, 및
    e. 상기 측정 세트로부터, 상기 물체의 2차원 위치 및 3차원을 따른 선정된 임계치를 초과하는 오프셋의 존재를 추론하기 위한 프로세서 수단
    을 포함하는 위치 감지 장치.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대하여, 상기 복수의 전극들을 통하여 대응하는 예상 전류 레벨들에 위치를 관련시키는 포워드 모델에 따라, 상기 2차원 위치 및 상기 오프셋을 추론하도록 구성되며, 상기 추론된 위치 및 오프셋은 상기 측정된 레벨들에 가장 근접하는 예상 전류 레벨을 발생하는 위치 감지 장치.
  46. 제1항에 있어서,
    상기 관련시키는 단계에서, 상기 예상 전류 레벨들은 상기 하나의 전극에 가장 가까운 물체의 상태에 의해 유발된 송신 모드 전류에도 기초하는 방법.
  47. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서 수단은, 상기 성질의 복수의 인스턴스들을 상기 하나의 전극에 가장 가까운 물체의 상태에 의해 유발된 송신 모드 전류에 기초한 대응하는 예상 전류 레벨들에 관련시키는 장치.
  48. 한정된 공간 내에서 선정된 범위 내의 크기를 갖는 전기 도전성 물체(electrically conductive mass)의 분포를 구하기 위한 방법에 있어서,
    a. 복수의 전극들을 서로에 대해 한정된 위치를 갖도록 상기 공간에 근접하게 배치하는 단계 -상기 전극들은 상기 분포를 해석하는데 개수상으로 충분함-,
    b. AC 전원을 상기 전극들 중의 하나에 접속하여 상기 물체 주위에 전계를 생성하는 단계,
    c. 상기 복수의 전극들을 통과하는 전류 레벨을 측정하는 단계; 및
    d. 상기 측정된 데이터를 처리하는 단계
    를 포함하고, 상기 처리하는 단계는
    (i) 각각의 측정에 대하여, 제1 및 제2 유사 신호 쉘(iso-signal shells)에 대응하는 제1 및 제2 공간의 경계에 걸친 공간 영역 내에 상기 물체를 국지화시키고 -상기 유사 신호 쉘들은, 상기 전극들중 한 전극을 통하여 주어진 AC 신호에 대하여, 상기 복수의 전극들을 통한 대응하는 예상 전류 레벨들에 물체 위치들을 관련시키는 포워드 모델(forward model)에 따라, 물체의 선정된 크기 범위 및 측정된 전류 레벨에 의해 수립됨-, 및
    (ii) 상기 공간 영역들을 상기 물체를 포함하는 합성 공간 영역의 표현으로 결합하도록 구성된 프로세서 수단 -상기 복합 공간 영역은 상기 물체의 분포에 근사함-
    을 포함하는 방법.
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Families Citing this family (195)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914610A (en) * 1994-02-03 1999-06-22 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for characterizing movement of a mass within a defined space
EP0790479B1 (en) 1996-02-14 2002-01-16 STMicroelectronics S.r.l. Capacitive distance sensor, particularly for acquiring fingerprints
US6320394B1 (en) 1996-02-14 2001-11-20 Stmicroelectronics S.R.L. Capacitive distance sensor
US6114862A (en) * 1996-02-14 2000-09-05 Stmicroelectronics, Inc. Capacitive distance sensor
US6161070A (en) * 1996-02-23 2000-12-12 Nec Home Electronics, Inc. Passenger detection system
US6304091B1 (en) * 1998-02-10 2001-10-16 Immersion Corporation Absolute position sensing by phase shift detection using a variable capacitor
GB9803368D0 (en) * 1998-02-17 1998-04-15 Cambridge Consultants Measurement system
US6091082A (en) 1998-02-17 2000-07-18 Stmicroelectronics, Inc. Electrostatic discharge protection for integrated circuit sensor passivation
US6310407B1 (en) 1998-07-13 2001-10-30 Nec Corporation Passenger detecting system and air bag system using the same
US6556137B1 (en) 1998-07-28 2003-04-29 Nec Corp. Passenger detecting system and air bag apparatus using the same
US6381586B1 (en) * 1998-12-10 2002-04-30 International Business Machines Corporation Pricing of options using importance sampling and stratification/ Quasi-Monte Carlo
US6283504B1 (en) 1998-12-30 2001-09-04 Automotive Systems Laboratory, Inc. Occupant sensor
US6392542B1 (en) 1999-07-12 2002-05-21 Automotive Systems Laboratory, Inc. Occupant sensor
US6825765B2 (en) 1998-12-30 2004-11-30 Automotive Systems Laboratory, Inc. Occupant detection system
US6307384B2 (en) * 1999-01-07 2001-10-23 Honeywell International Inc. Micropower capacitance-based proximity sensor
EP1078341A4 (en) 1999-03-05 2010-01-06 Tk Holdings Inc PROXIMITY SENSOR
US6378900B1 (en) 1999-05-11 2002-04-30 Automotive Systems Laboratory, Inc. Occupant detection system
US6445294B1 (en) 1999-07-15 2002-09-03 Automotive Systems Laboratory, Inc. Proximity sensor
EP1410955A3 (en) * 1999-09-02 2006-03-29 Honda elesys Co., Ltd. Passenger detection system and detection method
US6329914B1 (en) 1999-10-05 2001-12-11 Nec Technologies, Inc. Thickness measurement system and method for vehicle occupant detection
US6329913B1 (en) 1999-10-05 2001-12-11 Nec Technologies, Inc. Passenger detection system and method
US6859141B1 (en) * 1999-12-08 2005-02-22 Nortel Networks Limited Electric field proximity detector for floating and grounded targets
US8068942B2 (en) * 1999-12-15 2011-11-29 Automotive Technologies International, Inc. Vehicular heads-up display system
US8818647B2 (en) * 1999-12-15 2014-08-26 American Vehicular Sciences Llc Vehicular heads-up display system
US8032264B2 (en) * 1999-12-15 2011-10-04 Automotive Technologies International, Inc. Vehicular heads-up display system
US7239227B1 (en) 1999-12-30 2007-07-03 Upek, Inc. Command interface using fingerprint sensor input system
US6512381B2 (en) 1999-12-30 2003-01-28 Stmicroelectronics, Inc. Enhanced fingerprint detection
DE60122159T2 (de) 2000-05-26 2007-07-05 Automotive Systems Laboratory Inc., Farmington Hills Besetzungssensor
US6559658B1 (en) * 2000-09-27 2003-05-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Noise resistant electronic presence sensor
US8751957B1 (en) 2000-11-22 2014-06-10 Pace Micro Technology Plc Method and apparatus for obtaining auditory and gestural feedback in a recommendation system
US6715089B2 (en) * 2001-01-22 2004-03-30 Ati International Srl Reducing power consumption by estimating engine load and reducing engine clock speed
US6594007B2 (en) 2001-02-01 2003-07-15 Snap-On Technologies, Inc. Method and apparatus for mapping system calibration
US6816077B1 (en) 2001-03-02 2004-11-09 Elesys North America Inc. Multiple sensor vehicle occupant detection for air bag deployment control
US7436299B2 (en) 2001-03-02 2008-10-14 Elesys North America Inc. Vehicle occupant detection using relative impedance measurements
GB0114456D0 (en) * 2001-06-14 2001-08-08 Koninkl Philips Electronics Nv Object sensing
AU2002321680A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-21 Hans Rudolf Sterling Apparatus for sensing the position of a pointing object
US7109726B2 (en) * 2001-07-25 2006-09-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Object sensing
EP1449115A4 (en) * 2001-10-31 2005-01-26 Automotive Systems Lab Inc A M TRANSACTION VERIFICATION SYSTEMS AND METHOD
GB0204652D0 (en) * 2002-02-28 2002-04-10 Koninkl Philips Electronics Nv A method of providing a display gor a gui
US6774624B2 (en) * 2002-03-27 2004-08-10 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Magnetic tracking system
US7370883B2 (en) 2002-06-03 2008-05-13 Intelligent Mechatronic Systems, Inc. Three dimensional occupant position sensor
GB0213237D0 (en) * 2002-06-07 2002-07-17 Koninkl Philips Electronics Nv Input system
US6891382B2 (en) * 2002-10-15 2005-05-10 Massachusetts Instiute Of Technology Three-dimensional characterization using a one-dimensional electrode array
US20080065291A1 (en) * 2002-11-04 2008-03-13 Automotive Technologies International, Inc. Gesture-Based Control of Vehicular Components
GB0226404D0 (en) * 2002-11-12 2002-12-18 Koninkl Philips Electronics Nv Object sensing
FR2847997B1 (fr) * 2002-11-28 2005-10-07 Thales Sa Dispositif d'affichage a detection de proximite et procede d'utilisation de ce procede
US7078911B2 (en) * 2003-02-06 2006-07-18 Cehelnik Thomas G Patent application for a computer motional command interface
US8009045B2 (en) * 2005-06-06 2011-08-30 Cehelnik Thomas G Method for alerting physical approach
GB2398634A (en) * 2003-02-18 2004-08-25 Rolls Royce Plc Position detector
GB0310409D0 (en) * 2003-05-07 2003-06-11 Koninkl Philips Electronics Nv Object sensing
GB0311177D0 (en) * 2003-05-15 2003-06-18 Qinetiq Ltd Non contact human-computer interface
US7433100B2 (en) * 2003-05-30 2008-10-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Color separation based on maximum toner limits
GB0312516D0 (en) * 2003-05-31 2003-07-09 Koninkl Philips Electronics Nv Object shape determination method and system therefor
US7119553B2 (en) * 2003-06-11 2006-10-10 Konsulteurope Limited Limited Joint Stock Company Security scanners with capacitance and magnetic sensor arrays
EP1639389A2 (en) * 2003-06-11 2006-03-29 Konsulteurope Limited Limited Liability Joint Stoc Security scanners with capacitance and magnetic sensor arrays
WO2005003688A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-13 Tiax Llc Capacitive position sensor and sensing methodology
JP4378607B2 (ja) * 2003-08-29 2009-12-09 ソニー株式会社 測定装置
US7151452B2 (en) 2003-12-05 2006-12-19 Elesys North America Inc. Vehicle occupant sensing system
WO2005065090A2 (en) * 2003-12-30 2005-07-21 The Mitre Corporation Techniques for building-scale electrostatic tomography
GB0412787D0 (en) * 2004-06-09 2004-07-14 Koninkl Philips Electronics Nv Input system
US7106230B2 (en) * 2004-06-17 2006-09-12 Kenet, Inc. Analog to digital converter calibration via synchronous demodulation
US7009504B1 (en) * 2004-08-10 2006-03-07 Lear Corporation Reconfigurable vehicle accessory control panel
WO2006038434A1 (ja) * 2004-10-05 2006-04-13 Takaharu Sekine 作業状態検知装置
US7616195B2 (en) * 2005-02-04 2009-11-10 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. One dimensional and three dimensional extensions of the slide pad
US7148694B1 (en) * 2005-06-03 2006-12-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Contact impedance test circuit and method
EP2998894B1 (en) * 2005-07-11 2021-09-08 Brooks Automation, Inc. Intelligent condition monitoring and fault diagnostic system
US9104650B2 (en) 2005-07-11 2015-08-11 Brooks Automation, Inc. Intelligent condition monitoring and fault diagnostic system for preventative maintenance
US7839392B2 (en) * 2005-08-05 2010-11-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Sensing circuit and display device having the same
DE102005038678A1 (de) * 2005-08-16 2007-02-22 Ident Technology Ag Erfassungssystem, sowie diesem unterlegtes Erfassungsverfahren
US20070075968A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-05 Hall Bernard J System and method for sensing the position of a pointing object
US7868874B2 (en) 2005-11-15 2011-01-11 Synaptics Incorporated Methods and systems for detecting a position-based attribute of an object using digital codes
US20080263479A1 (en) * 2005-11-25 2008-10-23 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Touchless Manipulation of an Image
WO2007069929A1 (fr) * 2005-12-16 2007-06-21 Marius Gheorghe Hagan Senseur capacitif de position et deplacement et circuit specialise dans la determination des coordonnees x, y, z et de la trajectoire d'un point caracteristique
US7956846B2 (en) * 2006-01-05 2011-06-07 Apple Inc. Portable electronic device with content-dependent touch sensitivity
ITAR20060009A1 (it) * 2006-02-09 2007-08-10 Saima Sicurezza Spa Impianto di verifica attraversamento singolo di un varco controllato
US7466146B2 (en) * 2006-03-10 2008-12-16 Freescale Semiconductor, Inc. Frozen material detection using electric field sensor
US7432725B2 (en) 2006-03-15 2008-10-07 Freescale Semiconductor, Inc. Electrical field sensors for detecting fluid presence or level
US20070236360A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-11 The Chamberlain Group, Inc. System and method for illuminating a transmitter
US8144125B2 (en) 2006-03-30 2012-03-27 Cypress Semiconductor Corporation Apparatus and method for reducing average scan rate to detect a conductive object on a sensing device
JP2009535724A (ja) * 2006-05-01 2009-10-01 イデント テクノロジー アーゲー 入力装置
US8059015B2 (en) 2006-05-25 2011-11-15 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensing matrix for keyboard architecture
US8040321B2 (en) 2006-07-10 2011-10-18 Cypress Semiconductor Corporation Touch-sensor with shared capacitive sensors
WO2008025063A1 (en) * 2006-08-28 2008-03-06 Detection Systems Pty Ltd Production line detection apparatus and method
US7675296B2 (en) * 2006-09-11 2010-03-09 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for detecting the head pose of a vehicle occupant
DE102006046515B4 (de) * 2006-09-29 2015-12-31 Ident Technology Ag Kraftfahrzeugsitz mit einem Sensorsystem
DE102006052637B4 (de) * 2006-11-08 2009-02-26 Technische Universität Darmstadt Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines Mediums
CH698425B1 (de) * 2006-12-01 2009-08-14 Hsr Hochschule Fuer Technik Ra Anordnung zum Messen einer physikalischen Grösse.
US7812827B2 (en) 2007-01-03 2010-10-12 Apple Inc. Simultaneous sensing arrangement
US8058937B2 (en) 2007-01-30 2011-11-15 Cypress Semiconductor Corporation Setting a discharge rate and a charge rate of a relaxation oscillator circuit
US8076949B1 (en) * 2007-03-30 2011-12-13 Cypress Semiconductor Corporation Enhanced proximity sensing
DE102007020873A1 (de) * 2007-04-26 2008-10-30 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung, sowie Verfahren zur Generierung von hinsichtlich der Position oder Positionsänderung von Gliedmaßen indikativen Signalen
DE102008036720A1 (de) * 2007-04-26 2011-02-03 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung zur Generierung von hinsichtlich der Position oder Positionsänderung von Gliedmaßen indikativen Signalen
US8144126B2 (en) 2007-05-07 2012-03-27 Cypress Semiconductor Corporation Reducing sleep current in a capacitance sensing system
GB0710132D0 (en) * 2007-05-26 2007-07-04 Eastman Kodak Co Inter-active Systems
US8493331B2 (en) * 2007-06-13 2013-07-23 Apple Inc. Touch detection using multiple simultaneous frequencies
US20090009483A1 (en) * 2007-06-13 2009-01-08 Apple Inc. Single-chip touch controller with integrated drive system
US7876311B2 (en) * 2007-06-13 2011-01-25 Apple Inc. Detection of low noise frequencies for multiple frequency sensor panel stimulation
US8258986B2 (en) 2007-07-03 2012-09-04 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive-matrix keyboard with multiple touch detection
CN101802648A (zh) * 2007-07-17 2010-08-11 谢尔泰克股份公司 检测预定义空间内物体的出现、或确定其定位或大小、或检测其材料属性的改变的方法和系统
TW200907764A (en) * 2007-08-01 2009-02-16 Unique Instr Co Ltd Three-dimensional virtual input and simulation apparatus
EP2587345A3 (en) 2007-08-19 2013-06-26 Ringbow Ltd. Finger-worn devices and related methods of use
US20090083006A1 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Randall Mackie Methods and apparatus for three-dimensional inversion of electromagnetic data
US7570066B2 (en) * 2007-11-01 2009-08-04 Seagate Technology Llc Simultaneous detection of in-plane and out-of-plane position displacement with capacitive sensors
US8115497B2 (en) * 2007-11-13 2012-02-14 Authentec, Inc. Pixel sensing circuit with common mode cancellation
DE202007016734U1 (de) * 2007-11-30 2009-04-09 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Einklemmsensor
CN101568693B (zh) * 2007-12-12 2012-09-26 金圭禧 建筑块、使用该建筑块的建筑结构和砌墙方法
US20090271004A1 (en) * 2008-04-28 2009-10-29 Reese Zecchin Method and apparatus for ranging detection of gestures
US8325040B2 (en) * 2008-05-13 2012-12-04 The Chamberlain Group, Inc. Method and apparatus to facilitate automated control of local lighting at a remote control
US8057288B2 (en) * 2008-06-20 2011-11-15 Nissan North America, Inc. Contact-free vehicle air vent
US8384565B2 (en) * 2008-07-11 2013-02-26 Nintendo Co., Ltd. Expanding operating device and operating system
DE102008035627A1 (de) * 2008-07-31 2010-02-11 Gerd Reime Vorrichtung zur kapazitiven Messung von Änderungen
DE102008044903B4 (de) * 2008-08-29 2011-05-05 Continental Automotive Gmbh Erkennung einer Positionsveränderung von Fahrzeuginsassen
US9606663B2 (en) 2008-09-10 2017-03-28 Apple Inc. Multiple stimulation phase determination
US9348451B2 (en) 2008-09-10 2016-05-24 Apple Inc. Channel scan architecture for multiple stimulus multi-touch sensor panels
US8592697B2 (en) 2008-09-10 2013-11-26 Apple Inc. Single-chip multi-stimulus sensor controller
WO2010058601A1 (ja) * 2008-11-21 2010-05-27 タカノ株式会社 静電容量型力学量センサ素子及び力学量センサ
DE102008064348B3 (de) * 2008-12-20 2010-04-08 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Verstelleinrichtung für eine Kopfstütze eines Kraftfahrzeugsitzes
US8487975B2 (en) 2009-01-27 2013-07-16 Lifesize Communications, Inc. Conferencing system utilizing a mobile communication device as an interface
JP4775459B2 (ja) * 2009-02-27 2011-09-21 株式会社デンソー 電子機器及び情報処理システム
US8810249B2 (en) * 2009-03-20 2014-08-19 Thomas G. Cehelnik E-field sensor arrays for interactive gaming, computer interfaces, machine vision, medical imaging, and geological exploration CIP
US9036650B2 (en) * 2009-09-11 2015-05-19 Apple Inc. Automatic low noise frequency selection
CN102666353B (zh) * 2009-12-18 2014-09-10 奥的斯电梯公司 采用电容传感器的相对于乘员输送机的人的检测
DE102010007455A1 (de) * 2010-02-10 2011-08-11 Ident Technology AG, 82234 System und Verfahren zum berührungslosen Erfassen und Erkennen von Gesten in einem dreidimensionalen Raum
US20110225524A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Cifra Christopher G Multi-Touch Editing in a Graphical Programming Language
US8214344B2 (en) 2010-03-16 2012-07-03 Empire Technology Development Llc Search engine inference based virtual assistance
DE202010017545U1 (de) 2010-03-25 2012-01-18 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung zur Annäherungs- und Berührungsdetektion
DE102010012961B4 (de) * 2010-03-25 2011-12-22 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung und Verfahren zur Annäherungs- und Berührungsdetektion
WO2012073116A2 (en) * 2010-05-05 2012-06-07 Dieter Wolfgang Blum Electric field signature detection using exciter-sensor arrays
DE102010028718A1 (de) * 2010-05-07 2011-11-10 Robert Bosch Gmbh Erfassung eines dielektrischen Objekts
US8384566B2 (en) 2010-05-19 2013-02-26 Mckesson Financial Holdings Pressure-sensitive keyboard and associated method of operation
DE112011101945T5 (de) * 2010-06-08 2013-04-04 Iee International Electronics & Engineering S.A. Robustes kapazitives Messsystern
DE112011101944B4 (de) 2010-06-08 2019-06-19 Iee International Electronics & Engineering S.A. Kapazitives Messverfahren
US9529029B2 (en) * 2010-06-08 2016-12-27 Iee International Electronics & Engineering S.A. Robust capacitive measurement system
US8432301B2 (en) 2010-08-10 2013-04-30 Mckesson Financial Holdings Gesture-enabled keyboard and associated apparatus and computer-readable storage medium
LU91739B1 (en) * 2010-09-23 2012-03-26 Iee Sarl Capacitive occupant detection system
US8816964B2 (en) 2010-11-26 2014-08-26 Mckesson Financial Holdings Sensor-augmented, gesture-enabled keyboard and associated apparatus and computer-readable storage medium
DE102011002603B4 (de) * 2011-01-12 2013-10-31 Ident Technology Ag Kapazitive Sensoreinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer kapazitiven Sensoreinrichtung
US9279719B2 (en) * 2011-02-03 2016-03-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electric field quantitative measurement system and method
US9077343B2 (en) 2011-06-06 2015-07-07 Microsoft Corporation Sensing floor for locating people and devices
US8605873B2 (en) 2011-06-28 2013-12-10 Lifesize Communications, Inc. Accessing settings of a videoconference using touch-based gestures
US8605872B2 (en) 2011-06-28 2013-12-10 Lifesize Communications, Inc. Muting a videoconference using touch-based gestures
US9204094B2 (en) 2011-06-28 2015-12-01 Lifesize Communications, Inc. Adjusting volume of a videoconference using touch-based gestures
DE102011078534B4 (de) * 2011-07-01 2016-02-18 Ident Technology Ag Auswerteverfahren und Auswerteeinrichtung für einen kapazitiven Berührungssensor
US8713482B2 (en) 2011-07-28 2014-04-29 National Instruments Corporation Gestures for presentation of different views of a system diagram
US9047007B2 (en) 2011-07-28 2015-06-02 National Instruments Corporation Semantic zoom within a diagram of a system
US8782525B2 (en) 2011-07-28 2014-07-15 National Insturments Corporation Displaying physical signal routing in a diagram of a system
US9298333B2 (en) * 2011-12-22 2016-03-29 Smsc Holdings S.A.R.L. Gesturing architecture using proximity sensing
WO2013118144A2 (en) * 2012-02-02 2013-08-15 Tata Consultancy Services Limited A system and method for identifying and analyzing personal context of a user
AT512878B1 (de) * 2012-04-23 2015-10-15 Thomas Schlegl Vorrichtung zur Lokalisierung und Unterscheidung von Objekten an Sensorgebieten
JP6048641B2 (ja) * 2012-07-27 2016-12-21 ぺんてる株式会社 静電容量結合方式静電センサー
CN103577004B (zh) * 2012-07-31 2016-07-06 敦泰科技有限公司 一种触摸屏设备
DE102012107115A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-06 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Verfahren zur Steuerung eines kapazitiven Einklemmschutzsystems und Einklemmschutzsystem
US9279874B2 (en) * 2012-08-16 2016-03-08 Microchip Technology Germany Gmbh Signal processing for a capacitive sensor system with robustness to noise
KR101371736B1 (ko) * 2012-08-22 2014-03-07 현대자동차(주) 터치스크린의 터치 인식방법
NO20131423A1 (no) 2013-02-22 2014-08-25 Idex Asa Integrert fingeravtrykksensor
FR3006757B1 (fr) * 2013-06-11 2016-10-14 Fogale Nanotech Procede pour caracteriser un objet d'interet en interaction avec une interface de mesure, et dispositif mettant en oeuvre le procede
DE102013014824A1 (de) 2013-09-10 2015-03-12 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Hallstadt Kapazitiver Sensor für ein Fahrzeug
US9506967B2 (en) * 2013-09-16 2016-11-29 Intel Corporation Multi-dimensional electrodes for capacitive sensing
ES2534702B1 (es) * 2013-09-24 2016-02-09 Ontech Security, Sl Sensor de campos electrostáticos y sistema de seguridad en espacios interiores
LU92299A1 (en) * 2013-10-29 2015-12-07 Iee Sarl Capacitive sensing system
DE102013019197A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-21 Audi Ag Kraftfahrzeug-Klimatisierung mit adaptivem Luftausströmer
US9804199B2 (en) 2013-11-19 2017-10-31 The United States of America as Represented by NASA Ephemeral electric potential and electric field sensor
US9886142B2 (en) * 2013-12-03 2018-02-06 Pixart Imaging Inc. Capacitive touch sensing system
WO2015127046A1 (en) 2014-02-21 2015-08-27 Idex Asa Sensor employing overlapping grid lines and conductive probes for extending a sensing surface from the grid lines
US9939932B2 (en) * 2014-03-21 2018-04-10 Advanced Sensor Technology Limited Position sensing device and method using self-capacitance
DE202014103874U1 (de) * 2014-08-21 2015-11-25 Grass Gmbh Möbel mit Sensoreinrichtung
CN104182745B (zh) * 2014-08-15 2017-09-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹感应信号的处理方法、系统及指纹识别终端
CN104597795A (zh) * 2015-01-30 2015-05-06 成都上生活网络科技有限公司 一种非接触式音量调节装置及方法
USD776664S1 (en) * 2015-05-20 2017-01-17 Chaya Coleena Hendrick Smart card
DE102015221178B4 (de) * 2015-10-29 2020-12-31 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Sensor
DE202015009155U1 (de) 2015-10-29 2016-11-04 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Sensor
US10151608B2 (en) 2015-12-22 2018-12-11 Microchip Technology Incorporated System and method for reducing noise in a sensor system
CN106933400B (zh) * 2015-12-31 2021-10-29 辛纳普蒂克斯公司 单层传感器图案和感测方法
US10024900B2 (en) 2016-06-09 2018-07-17 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa. Solid state ephemeral electric potential and electric field sensor
US10712378B2 (en) 2016-07-01 2020-07-14 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Dynamic multidimensional electric potential and electric field quantitative measurement system and method
AT518277B1 (de) * 2016-07-07 2017-09-15 Trailerfox Gmbh Elektronisches Sensorsystem für das Detektieren von Bewegung oder Lageveränderung von Materie
US10900930B2 (en) 2016-07-15 2021-01-26 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Method for phonon assisted creation and annihilation of subsurface electric dipoles
US10281430B2 (en) 2016-07-15 2019-05-07 The United States of America as represented by the Administratior of NASA Identification and characterization of remote objects by electric charge tunneling, injection, and induction, and an erasable organic molecular memory
US10620252B2 (en) 2017-01-19 2020-04-14 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Electric field imaging system
EP3553477B1 (en) 2018-04-13 2020-10-14 Ontech Security, S.L. Disturbance measurement apparatus in a controlled magnetic field
EP3779476B1 (en) 2018-05-08 2022-06-15 Nf Holdings Corporation Capacitance measuring circuit, and capacitance displacement meter
US11029353B2 (en) 2018-08-20 2021-06-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Capture of time varying electric field through synchronized spatial array of field effect transistors
SG10202005706YA (en) * 2019-06-20 2021-01-28 Ss Innovations China Co Ltd Surgeon input device for minimally invasive surgery
IT201900016142A1 (it) 2019-09-12 2021-03-12 St Microelectronics Srl Sistema e metodo di rilevamento di passi a doppia convalida
IT202000001603A1 (it) 2020-01-28 2021-07-28 St Microelectronics Srl Sistema e metodo di riconoscimento di un gesto di tocco
IT202000006883A1 (it) 2020-04-01 2021-10-01 St Microelectronics Srl Sistema e metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare
IT202000011221A1 (it) 2020-05-15 2021-11-15 St Microelectronics Srl Sistema e metodo di rilevamento del sollevamento e dell'abbassamento di un piede di un utilizzatore con la finalita' di abilitare una funzionalita' di un dispositivo dell'utilizzatore, e dispositivo dell'utilizzatore
DE102020113483A1 (de) * 2020-05-19 2021-11-25 Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg Anordnung für ein Fahrzeug zur Detektion einer Aktivierungshandlung für die Aktivierung einer Funktion am Fahrzeug
CN112462442B (zh) * 2020-11-30 2022-04-08 山东大学 重磁位场场源位置估计方法、系统、介质及电子设备
IT202100008897A1 (it) 2021-04-09 2022-10-09 St Microelectronics Srl Sistema di rilevamento di un gesto di tocco di un utilizzatore, dispositivo comprendente il sistema, e metodo
IT202100012665A1 (it) 2021-05-17 2022-11-17 St Microelectronics Srl Sistema e metodo di rilevamento di presenza in un ambiente chiuso da monitorare, a scopo antifurto o anti-intrusione
IT202100019814A1 (it) * 2021-07-26 2023-01-26 St Microelectronics Srl Metodo di rilevamento di un utilizzatore di un apparecchio per il controllo di una o piu' funzionalita' dell'apparecchio
EP4212890A1 (en) 2022-01-17 2023-07-19 Ontech Security, SL Method and device to measure disruptions in a controlled electromagnetic field
EP4213121A1 (en) 2022-01-17 2023-07-19 Ontech Security, SL Method and device to measure disruptions in a controlled electromagnetic field
CN116399379B (zh) * 2023-06-07 2023-11-03 山东省科学院激光研究所 分布式光纤声波传感系统及其测量方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07295735A (ja) * 1994-02-03 1995-11-10 Massachusetts Inst Of Technol <Mit> 位置および質量分布に対する変位電流センサ

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB859267A (en) * 1959-06-25 1961-01-18 Mullard Ltd Improvements in or relating to measuring apparatus
US3843924A (en) * 1972-09-20 1974-10-22 Farad Ab Apparatus for determining the coordinates of an object, moveable along at least one coordinate axis
US4090092A (en) * 1976-07-16 1978-05-16 General Electric Company Shielding arrangement for a capacitive touch switch device
US4136291A (en) * 1977-05-23 1979-01-23 General Electric Company Capacitive touch-pad devices with dynamic bias
FR2520954B1 (fr) * 1982-01-29 1985-11-29 Commissariat Energie Atomique Structure de clavier capacitif
JPS6025475A (ja) * 1983-07-22 1985-02-08 Mitsubishi Electric Corp 物体同定装置
FR2566599B1 (fr) * 1984-06-25 1986-09-26 Onera (Off Nat Aerospatiale) Dispositif de suspension electrostatique d'un corps
GB8709465D0 (en) * 1987-04-22 1987-05-28 Watkiss Automation Ltd Sensor
GB8718606D0 (en) * 1987-08-06 1987-09-09 Hiltcroft Packaging Systems Lt Monitoring apparatus
NZ226435A (en) * 1987-10-02 1991-04-26 Detection Systems Pty Ltd Capacitance sensor as object detector
JP2661693B2 (ja) * 1987-10-27 1997-10-08 アイシン精機株式会社 人員検出装置
US4958129A (en) * 1989-03-07 1990-09-18 Ade Corporation Prealigner probe
US4972154A (en) * 1989-06-06 1990-11-20 Metriguard, Inc Apparatus and method for measuring wood grain angle
WO1990016045A2 (en) * 1989-06-21 1990-12-27 David Adams Gilmour Tait Finger operable control devices
US5087825A (en) * 1990-02-15 1992-02-11 Nartron Corporation Capacity responsive keyboard
FR2658675B1 (fr) * 1990-02-19 1994-09-16 Techniphone Dispositif formant ecran tactile du type capacitif.
US4980519A (en) * 1990-03-02 1990-12-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr. Univ. Three dimensional baton and gesture sensor
US5189417A (en) * 1990-10-16 1993-02-23 Donnelly Corporation Detection circuit for matrix touch pad
WO1992009063A1 (en) * 1990-11-09 1992-05-29 Triax Controls, Incorporated Controller
US5232243A (en) * 1991-04-09 1993-08-03 Trw Vehicle Safety Systems Inc. Occupant sensing apparatus
US5166679A (en) * 1991-06-06 1992-11-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration Driven shielding capacitive proximity sensor
FR2679043B1 (fr) * 1991-07-08 1993-11-26 Bertin Et Cie Detecteur de proximite.
US5247261A (en) * 1991-10-09 1993-09-21 The Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for electromagnetic non-contact position measurement with respect to one or more axes
US5225959A (en) * 1991-10-15 1993-07-06 Xerox Corporation Capacitive tactile sensor array and method for sensing pressure with the array
US5214388A (en) * 1992-05-28 1993-05-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Phase discriminating capacitive array sensor system
US5330226A (en) * 1992-12-04 1994-07-19 Trw Vehicle Safety Systems Inc. Method and apparatus for detecting an out of position occupant
US5463388A (en) * 1993-01-29 1995-10-31 At&T Ipm Corp. Computer mouse or keyboard input device utilizing capacitive sensors
US5413378A (en) * 1993-12-02 1995-05-09 Trw Vehicle Safety Systems Inc. Method and apparatus for controlling an actuatable restraining device in response to discrete control zones
US5525843A (en) * 1994-02-14 1996-06-11 Ab Volvo Seat occupant detection system
US5871232A (en) * 1997-01-17 1999-02-16 Automotive Systems, Laboratory, Inc. Occupant position sensing system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07295735A (ja) * 1994-02-03 1995-11-10 Massachusetts Inst Of Technol <Mit> 位置および質量分布に対する変位電流センサ

Also Published As

Publication number Publication date
DE69719321D1 (de) 2003-04-03
CA2253603A1 (en) 1997-11-06
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ES2193373T3 (es) 2003-11-01
DE69719321T2 (de) 2003-10-16

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