(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量式センサ素子（Ｃ２）のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるための方法であって、
ａ）平均値コンデンサ（Ｃ３）を放電するステップと、
ｂ１）静電容量式センサ素子を放電するステップ、および
ｃ１）運転コンデンサ（Ｃ１）を充電電圧（ＶＤＤ）に充電するステップ、または
ｂ２）運転コンデンサを放電するステップ、および
ｃ２）静電容量式センサ素子を充電電圧に充電するステップのいずれかと、
ｄ）運転コンデンサを静電容量式センサ素子に接続するステップと、
ｅ）運転コンデンサを平均値コンデンサに接続するステップと、
ｆ）キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに生じる電圧を測定するステップと
を含み、ステップｆ）の前に、ステップｂ１）およびｃ１）、またはｂ２）およびｃ２）ないしｅ）を所定の回数繰返すこと、または、
ａ）平均値コンデンサ（Ｃ３）を放電するステップと、
ｂ１）静電容量式センサ素子を放電するステップ、および
ｃ１）運転コンデンサ（Ｃ１）を充電電圧（ＶＤＤ）に充電するステップ、または
ｂ２）運転コンデンサを放電するステップ、および
ｃ２）静電容量式センサ素子を充電電圧に充電するステップのいずれかと、
ｄ）運転コンデンサを静電容量式センサ素子に接続するステップと、
ｅ）運転コンデンサを平均値コンデンサに接続するステップと、
ｆ）キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに生じる電圧を測定するステップと
を含み、ステップｆ）で運転コンデンサまたは平均値コンデンサに所定の閾値電圧が生じるまで、ステップｂ１）およびｃ１）、またはｂ２）およびｃ２）ないしｆ）を繰返し、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるために、繰り返し回数がさらに測定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
充電電圧は既知であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
運転コンデンサのキャパシタンスおよび／または平均値コンデンサのキャパシタンスは既知であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
マイクロプロセッサ（ＭＰ）を用いて実行される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、マイクロプロセッサは、
運転コンデンサを形成する内部コンデンサ（Ｃ１）と、
内部コンデンサに接続されたＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）と、
各々が入力としてまたは出力として構成されることのできる第１ポート（Ｐ１）、第２ポート（Ｐ２）、および第３ポート（Ｐ３）であって、静電容量式センサ素子が第２ポートに接続され、平均値コンデンサが第３ポートに接続されているものと、
入力側をポートに接続されかつ出力側を内部コンデンサに接続されるマルチプレクサ（ＭＸ）とを備え、
方法は、
ｇ）第１ポートを出力として構成し、第１ポートにハイ信号を出力するステップと、
ｈ）第３ポートを出力として構成し、第３ポートにロー信号を出力するステップと、
ｉ）第３ポートを入力として構成するステップと、
ｊ）第２ポートを出力として構成し、第２ポートにロー信号を出力するステップと、
ｋ）第２ポートを入力として構成するステップと、
ｌ）内部コンデンサが第１ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、
ｍ）内部コンデンサが第２ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、
ｎ）内部コンデンサが第３ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、
ｏ）Ａ／Ｄ変換器を使用して内部コンデンサに存在する電圧をデジタル電圧値にデジタル化するステップと、
ｐ）キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるためにデジタル化電圧値を測定するステップと
を連続して実行することを特徴とする、方法。
【請求項５】
ステップｏ）の前に、ステップｊ）ないしｎ）を所定の回数繰り返すことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｐ）で所定のデジタル化閾値電圧が生じるまで、ステップｊ）ないしｐ）が繰り返され、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるために、繰返し回数がさらに測定されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実行するために、静電容量式センサ素子（Ｃ２）のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるための装置であって、
平均値コンデンサ（Ｃ３）と、
運転コンデンサ（Ｃ１）と、
平均値コンデンサを放電するための手段（ＭＰ，Ｐ３）と、
静電容量式センサ素子を放電させ、かつ／または静電容量式センサ素子を充電電圧に充電させるための手段（ＭＰ，Ｐ２）と、
運転コンデンサを放電させ、かつ／または運転コンデンサを充電電圧に充電させるための手段（ＭＰ，Ｐ１，ＭＸ）と、
運転コンデンサを静電容量式センサ素子に接続するための手段（ＭＰ，ＭＸ）と、
運転コンデンサを平均値コンデンサに接続するための手段（ＭＰ，ＭＸ）と、
キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を求めるために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに生じた電圧を測定するための手段（ＭＰ，ＡＤ）と
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項８】
運転コンデンサを形成する内部コンデンサ（Ｃ１）と、
内部コンデンサに接続されたＡ／Ｄ変換器（ＡＤ）と、
各々が入力としてまたは出力として構成されることのできる第１ポート（Ｐ１）、第２ポート（Ｐ２）、および第３ポート（Ｐ３）であって、静電容量式センサ素子が第２ポートに接続され、平均値コンデンサが第３ポートに接続されているものと、
入力側をポートに接続されかつ出力側を内部コンデンサに接続されるマルチプレクサ（ＭＸ）と、
プログラムコードを格納するためのプログラムメモリであって、その実行中に請求項１〜６のいずれかに記載の方法が実施されるものと
を含むマイクロプロセッサ（ＭＰ）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許２０１０／０１８１１８０Ａ１は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための方法および装置を示し、そこではマイクロプロセッサの内部コンデンサを使用してキャパシタンスを測定している。この場合、まず最初に内部コンデンサが充電され、静電容量式センサ素子が放電される。内部コンデンサおよび静電容量式センサ素子は次いで互いに接続され、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、内部コンデンサに確立された電圧が評価される。代替的に、まず最初に内部コンデンサが全放電され、静電容量式センサ素子が充電される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
米国特許２０１０／０１８１１８０Ａ１に基づいて、本発明は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための方法および装置であって、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を確実に決定することを可能にする方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、請求項１に記載の方法および請求項９に記載の装置によって、この問題を解決する。
【０００５】
好適な実施形態は従属請求項に記載されており、前記従属請求項の表現が参考として明細書本文に取り込まれている。
【０００６】
静電容量式センサ素子、すなわち未知のキャパシタンスを持ち、そのキャパシタンスが例えばタッチに応じて変化するコンデンサのキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための方法は、ａ）既知または未知のキャパシタンスを持つ平均値コンデンサを放電するステップと、ｂ１）静電容量式センサ素子を放電するステップ、およびｃ１）既知または未知のキャパシタンスを持つ運転コンデンサを、既知または未知であるが経時的に略一定の充電電圧に充電するステップ、またはｂ２）運転コンデンサを放電するステップ、およびｃ２）静電容量式センサ素子を充電電圧に充電するステップのいずれかと、ｄ）運転コンデンサを静電容量式センサ素子に接続するステップと、ｅ）運転コンデンサを平均値コンデンサに接続するステップであって、この場合、言うまでもなく、運転コンデンサを事前に静電容量式センサ素子から切り離しておき、かつステップｂ１）またはｂ２）を再び実行する前に、運転コンデンサを平均値コンデンサから切り離しておくようにするステップと、ｆ）キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに確立される電圧を評価するステップとを含む。上記のステップは個々の測定サイクルを形成することが好ましく、さらなる測定値を決定するために、該測定サイクルを周期的に繰り返すことが好ましい。前記ステップは、明記された順番に連続して実行することが好ましい。充電電圧が不明である場合、かつ基準および／または平均値コンデンサのキャパシタンスが不明である場合、例えば現在の測定電圧を前回の測定サイクルまたは複数のそれ以前の測定サイクルの電圧と比較することによって、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに確立される電圧を、変化が無いか監視することができる。電圧が既知である場合、かつキャパシタンスが既知である場合、センサ素子のキャパシタンスは、確立された電圧を使用して、例えば計算的に決定される。
【０００７】
１つの発展例では、ステップｆ）の前に、ステップｂ１）およびｃ１）、またはｂ２）およびｃ２）ないしｅ）を経時的に一定の所定の回数、例えば５回ないし１５回繰返し、繰返しの後に、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに確立される電圧を評価する。あるいは、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに確立される電圧を評価するときに、ステップｆ）で運転コンデンサまたは平均値コンデンサに所定の閾値電圧が確立されるまで、ステップｂ１）およびｃ１）、またはｂ２）およびｃ２）ないしｆ）を繰返し、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、繰り返し回数がさらに評価される。キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化は、所定の電圧と共に所要の繰返し回数から決定することができる。
【０００８】
１つの発展例では、充電電圧は既知である。運転コンデンサのキャパシタンスおよび／または平均値コンデンサのキャパシタンスは既知であることが好ましい。
【０００９】
１つの発展例では、該方法はマイクロプロセッサを用いて実行され、該マイクロプロセッサは、運転コンデンサを形成する内部コンデンサと、内部コンデンサに接続されたＡ／Ｄ変換器と、各々が入力としてまたは出力として構成されることのできる第１ポート、第２ポート、および第３ポートであって、静電容量式センサ素子が第２ポートに接続され、平均値コンデンサが第３ポートに接続されているものと、入力側をポートに接続されかつ出力側を内部コンデンサに接続され、ポートの１つを内部コンデンサに接続するマルチプレクサとを備える。該方法はまた、連続して実行される以下のステップ、すなわちｇ）第３ポートを出力として構成し、第３ポートにロー信号を出力するステップと、ｈ）第３ポートを入力として構成するステップと、ｉ）第１ポートを出力として構成し、第１ポートにハイ信号を出力するステップと、ｊ）第２ポートを出力として構成し、第２ポートにロー信号を出力するステップと、ｋ）第２ポートを入力として構成するステップと、ｌ）内部コンデンサが第１ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、ｍ）内部コンデンサが第２ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、ｎ）内部コンデンサが第３ポートに接続されるようにマルチプレクサを設定するステップと、ｏ）Ａ／Ｄ変換器を使用して内部コンデンサに存在する電圧をデジタル電圧値にデジタル化するステップと、ｐ）キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するためにデジタル化電圧値を評価するステップとを含む。
【００１０】
ステップｏ）の前に、ステップｊ）ないしｎ）を所定の回数繰り返すことが好ましい。代替的に、ステップｐ）で所定のデジタル化閾値電圧が確立されるまで、ステップｊ）ないしｐ）が繰り返され、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、繰返し回数がさらに評価される。
【００１１】
静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための装置は、上記方法を実行するように設計され、平均値コンデンサと、運転コンデンサと、平均値コンデンサを放電するための手段と、静電容量式センサ素子を放電させ、かつ／または静電容量式センサ素子を充電電圧に充電させるための手段と、運転コンデンサを放電させ、かつ／または運転コンデンサを充電電圧に充電させるための手段と、運転コンデンサを静電容量式センサ素子に接続するための手段と、運転コンデンサを平均値コンデンサに接続するための手段と、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、運転コンデンサまたは平均値コンデンサに確立された電圧を評価するための手段とを備える。
【００１２】
１つの発展例では、該装置は、運転コンデンサを形成する内部コンデンサと、内部コンデンサに接続されたＡ／Ｄ変換器と、各々が入力としてまたは出力として構成されることのできる第１ポート、第２ポート、および第３ポートであって、静電容量式センサ素子が第２ポートに接続され、平均値コンデンサが第３ポートに接続されているものと、入力側をポートに接続されかつ出力側を内部コンデンサに接続され、ポートの１つを内部コンデンサに接続するマルチプレクサと、プログラムコードを格納するためのプログラムメモリであって、その実行中に当該方法が実施されるものとを含むマイクロプロセッサを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の有利な実施形態について以下で説明し、図面に概略的に示す。
【００１４】
【図１】図１は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための装置の第１実施形態のブロック図である。
【００１５】
【図２】図２は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための装置の別の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、キャパシタンスがタッチに応じて変化する、例えば静電容量式ボタンの形の静電容量式センサ素子Ｃ２のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための装置の第１実施形態のブロック図を概略的に示す。静電容量式センサ素子Ｃ２はその電気的等価回路図を用いて示される。
【００１７】
該装置は、既知のキャパシタンスを有しかつ運転コンデンサを形成する内部コンデンサＣ１と、運転コンデンサに接続されたＡ／Ｄ変換器ＡＤと、各々が入力としてまたは出力として構成されることのできる第１ポートＰ１、第２ポートＰ２、および第３ポートＰ３であって、静電容量式センサ素子Ｃ２が第２ポートＰ２に接続されかつ平均値コンデンサＣ３が第３ポートＰ３に接続されているものと、入力側をポートＰ１ないしＰ３に接続されかつ出力側を運転コンデンサＣ１に接続され、ポートの１つを内部コンデンサに接続するマルチプレクサＭＸと、プログラムコードを格納するためのプログラムメモリであって、その実行中に本発明に係る方法が実施されるもの（詳細には図示せず）とを有するマイクロプロセッサを備える。
【００１８】
静電容量式センサ素子Ｃ２のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、以下のステップを連続して実行する。
【００１９】
ステップ１）で、まず最初に第１ポートＰ１が出力として構成され、第１ポートＰ１にハイ信号が出力される。すなわち、マイクロプロセッサＭＰの供給電圧ＶＤＤがポートＰ１に存在する。
【００２０】
ステップ２）で、第３ポートＰ３が次に出力として構成され、ロー信号が第３ポートＰ３に出力され、その結果、平均値コンデンサＣ３は測定の開始時に放電される。
【００２１】
ステップ３）で、平均値コンデンサＣ３を徐々に充電することを可能にするために、第３ポートは次いで入力として構成される。
【００２２】
ステップ４）で、第２ポートＰ２は今度は出力として構成され、第２ポートＰ２にロー信号が出力され、その結果、静電容量式センサ素子Ｃ２が放電される。
【００２３】
ステップ５）で、センサ素子Ｃ２を充電することを可能にするために、第２ポートＰ２は次いで入力として構成される。
【００２４】
ステップ６）で、マルチプレクサＭＸはここで、内部コンデンサまたは運転コンデンサＣ１が第１ポートＰ１に接続されるように設定され、その結果、内部コンデンサＣ１は、充電電圧としての電圧ＶＤＤに充電される。
【００２５】
ステップ７）で、マルチプレクサＭＸは次に、内部コンデンサＣ１が第２ポートＰ２に接続され、したがって静電容量式センサ素子Ｃ２に接続されるように設定される。ここでコンデンサＣ１およびＣ２の間で電荷等値化が行なわれる。すなわち内部コンデンサＣ１は残留電荷まで放電される。
【００２６】
ステップ７）の後で、内部コンデンサＣ１の電圧に以下が適用される。
ＵＳ７＝Ｃ１＊ＶＤＤ／（Ｃ１＋Ｃ２）
【００２７】
ステップ８）で、マルチプレクサＭＸは次に、内部コンデンサＣ１が第３ポートＰ３に接続され、したがって平均値コンデンサＣ３に接続されるように設定され、その結果、内部コンデンサＣ１の残留電荷の一部は平均値コンデンサＣ３に移動する。
【００２８】
ステップ９）で、ステップ４ないし８がｎ回（例えばここで４＜ｎ＜２５）繰り返され、その結果、ステップ８）の後、概算で以下の電圧が内部コンデンサＣ１および平均値コンデンサＣ３に確立される。
ＵＳ８＝Ｃ１＊ＵＳ７＊ｎ／（Ｃ１＋Ｃ３）
【００２９】
この場合、非常に単純化されて、平均値コンデンサＣ３は考慮される範囲で線形的に充電されると想定される。
【００３０】
ステップ１０）で、電圧ＵＳ８はＡ／Ｄ変換器ＡＤを使用してデジタル電圧値に変換され、静電容量式センサ素子Ｃ２のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、該デジタル電圧値はステップ１１）で評価される。
【００３１】
前記ステップは測定サイクルを形成し、ステップ２）ないし１１）は連続測定サイクルで繰り返される。
【００３２】
コンデンサＣ１およびＣ３の電圧ＶＤＤの値およびキャパシタンス値が既知である場合、コンデンサＣ２のキャパシタンスを算出することができ、したがって静電容量式センサ素子Ｃ２の作動状態を決定することができる。値が既知でない場合、連続測定サイクルからの測定値間の差を形成することによって、作動状態の変化を推測することができる。
【００３３】
ステップ９でステップ４ないし８を所定の回数、特に一定回数繰り返す代わりに、ステップ４ないし８ならびに１０および１１を代替的に、好適なデジタル化閾値電圧が確立されるまで繰り返すことができ、キャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するために、繰返し回数が評価される。
【００３４】
図２は、内部マルチプレクサＭＸおよび内部コンデンサＣ１が個別部品の形を取る静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を決定するための装置の別の実施形態のブロック図を示す。
【００３５】
例えばＤＧ５０８ＢタイプのマルチプレクサＭＸ´は、アドレス入力Ａ０ないしＡ２の信号の状態に応じて、入力Ｓ１ないしＳ８の１つを共通出力Ｄに接続する。アドレス入力Ａ０ないしＡ３は、それらを適切に駆動するマイクロプロセッサ（図示せず）のポートに接続される。平均値コンデンサＣ３はマルチプレクサＭＸ´の入力Ｓ８、およびマイクロプロセッサのポート（図示せず）に接続され、該ポートは、（アナログ）入力として、かつ出力として構成することができる。ＶＤＤは入力Ｓ５に接続され、ＧＮＤは入力Ｓ６に接続される。
【００３６】
さらなる静電容量式センサ素子（図示せず）を入力Ｓ１ないしＳ３およびＳ７に接続することができる。
【００３７】
図２に示す回路は、以下の通り駆動または作動させることができる。
【００３８】
まず最初にＥＮ制御線が「１」にセットされる。ＥＮ制御線はセットしたままにしておくことができ、あるいはクリアなスイッチング状態を確実にするために個々の方法ステップの間に簡単にリセットすることができる。
【００３９】
運転コンデンサＣ１をＶＤＤに充電するために、アドレス入力Ａ０ないしＡ２は、入力Ｓ５に関連付けられるスイッチが閉じるようにセットされる。
【００４０】
電荷をＣ１からＣ２に移動させるために、アドレス入力Ａ０ないしＡ２は、入力Ｓ４に関連付けられるスイッチが閉じるようにセットされる。
【００４１】
電荷をＣ１からＣ３に移動させるために、アドレス入力Ａ０ないしＡ２は、入力Ｓ８に関連付けられるスイッチが閉じるようにセットされる。
【００４２】
例えば静電容量式センサ素子Ｃ２をさらに、放電のためにロー信号が出力される出力として構成されたマイクロプロセッサポートにも接続することによって、静電容量式センサ素子Ｃ２はここで放電させることができる。代替的に、入力Ｓ６に関連付けられたスイッチを閉じることによりＧＮＤに接続されることによってまず最初に放電され、次いで静電容量式センサ素子Ｃ２を放電させるために静電容量式センサ素子Ｃ２に接続された運転コンデンサＣ１を使用して、漸次放電を実行することができる。
【００４３】
静電容量式センサ素子Ｃ２が放電された後、上記ステップは複数回繰り返される。次いで、マイクロプロセッサのＡＤ変換器を使用して、コンデンサＣ３の電圧が測定される。該電圧は次いで、キャパシタンスを決定するために評価される。
【００４４】
平均値コンデンサＣ３は次いで、関連マイクロプロセッサポートを出力として構成し、ロー信号を出力することによって、放電させることができる。
【００４５】
上記ステップは、全ての静電容量式センサ素子に繰り返すことができる。
【００４６】
図示した実施形態では、静電容量式センサ素子が運転コンデンサに接続される前に、静電容量式センサ素子は放電され、運転コンデンサは充電電圧に充電される。言うまでもないが、代替的に、まず最初に静電容量式センサ素子を充電電圧に充電することもでき、かつ運転コンデンサを放電することができる。
【００４７】
図示した実施形態は、静電容量式センサ素子のキャパシタンスおよび／またはキャパシタンスの変化を、確実にかつ干渉無しに決定することを可能にする。
【図１】
0005876703.tif 000002
【図２】
0005876703.tif 000003