(57)【要約】【課題】静電容量センサ電極の静電容量値の評価、並びに造形及び設置場所に関する柔軟性が改善された、自動車への静電容量センサ電極の設置を可能にする【解決手段】本発明は、静電容量センサ電極の静電容量値を評価する方法に関する。上記方法は、以下のステップを含む評価プロセスを含む：  ‐センサ電極の充電プロセスを実施するステップ；  ‐センサ電極の静電容量値に依存するパラメータの評価。  第１結合／減結合サイクルの第１結合期間ｔK,1及び第１減結合期間ｔE,1からｔL,1＝ｔK,1＋ｔE,1によって構成される第１充電パルス持続時間ｔL,1と、第１結合／減結合サイクルの直後の第２結合／減結合サイクルの第２結合期間ｔK,2及び第２減結合期間ｔE,2からｔL,2＝ｔK,2＋ｔE,2によって構成される第２充電パルス持続時間ｔL,2とは、第１パルス持続時間偏差ΔｔL,1だけ互いに異なる。【選択図】図２ａ
2019074512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量センサ電極の静電容量値を評価する方法であって、
評価プロセスは、以下のステップ
‐前記静電容量センサ電極の充電プロセスを実施するステップであって、前記静電容量センサ電極は、複数の結合／減結合サイクルにおいて、結合期間ｔKにわたって充電回路と結合され、減結合期間ｔEにわたって前記充電回路から減結合され、１回の前記結合／減結合サイクルにおいて、前記結合期間ｔKの間に、前記静電容量センサ電極は少なくとも部分的に充電され、前記減結合期間ｔEは、前記静電容量センサ電極の充電は行われない、ステップ；
‐前記静電容量センサ電極の前記静電容量値に依存するパラメータの評価
を含む、方法において、
第１結合／減結合サイクルの第１結合期間ｔK,1及び第１減結合期間ｔE,1からｔL,1＝ｔK,1＋ｔE,1によって構成される第１充電パルス持続時間ｔL,1と、前記第１結合／減結合サイクルの直後の第２結合／減結合サイクルの第２結合期間ｔK,2及び第２減結合期間ｔE,2からｔL,2＝ｔK,2＋ｔE,2によって構成される第２充電パルス持続時間ｔL,2とは、パルス持続時間偏差ΔｔL,1だけ互いに異なることを特徴とする、方法。
【請求項２】
１回の前記評価中、前記静電容量センサ電極を１００〜５００回、好ましくは１５０〜２５０回の前記結合／減結合サイクルに供することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１充電パルス持続時間及び前記第２充電パルス持続時間は、１．０μｓ〜１０．０μｓ、好ましくは２．５μｓ〜４．０μｓの長さであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記パルス持続時間偏差ΔｔL,1は、前記結合期間をｔK,2＝ｔK,1に維持したまま、前記減結合期間を値ｔE,2−ｔE,1＝ΔｔL,1だけ変更することによって調節されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記パルス持続時間偏差ΔｔL,1は、前記減結合期間をｔE,2＝ｔE,1に維持したまま、前記結合期間を値ｔK,2−ｔK,1＝ΔｔL,1だけ変更することによって調節されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記パルス持続時間偏差ΔｔL,1は、前記結合期間の変更及び前記減結合期間の変更によって調節され、
前記パルス持続時間偏差ΔｔL,1は、値ΔｔL,1＝ｔK,2−ｔK,1＋ｔE,2−ｔE,1を有する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
Ｎ回の前記結合／減結合サイクルを有する１回の前記評価中、前記第１充電パルス持続時間ｔL,1は、全てのｉ＝０〜Ｎ−１の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも８０％、特に好ましくは１００％に関して｜ΔｔL,1｜／ｔL,1＞０．１という条件で、変化することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
最小充電パルス持続時間及び最大充電パルス持続時間を提供し、いくつかの所与の充電パルス持続時間値を提供し、互いに連続する２つの前記結合／減結合サイクルを、前記所与の充電パルス持続時間値のうちの異なる２つによって制御すること；又は
最大充電周波数及び最小充電周波数を提供し、いくつかの所与の充電パルス周波数を提供し、互いに連続する２つの前記結合／減結合サイクルを、前記所与の充電パルス周波数のうちの異なる２つによって制御すること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記所与の充電パルス持続時間値は、前記最小充電パルス持続時間と前記最大充電パルス持続時間との間に等間隔に分散されること、又は
前記充電パルス周波数は、前記最大充電周波数と前記最小充電周波数との間に等間隔に分散されること
を特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
‐前記充電パルス持続時間値若しくは前記充電パルス周波数を、所与の順序で制御するか、又は；
‐前記充電パルス持続時間値若しくは前記充電パルス周波数をランダムな順序で制御する
ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記最小充電パルス持続時間及び前記最大充電パルス持続時間は、１．０μｓ〜１０．０μｓ、好ましくは１．５μｓ〜５．０μｓ、特に好ましくは２．５μｓ〜４．０μｓの長さであること；又は
前記最大充電周波数及び前記最小充電周波数は、１０００ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは６６７ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、特に好ましくは４００ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚであること
を特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記結合／減結合サイクルにおいて、前記結合期間ｔKの間に、前記静電容量センサ電極を、電荷担体を有する前記充電回路の所与の充電電圧で満充電し、
前記静電容量センサ電極を前記充電回路から前記減結合した後の前記減結合期間ｔEの間に、前記静電容量センサ電極を、貯蔵静電容量ＣLを備える貯蔵回路と結合することによって、前記静電容量センサ電極内に貯蔵された前記電荷担体を前記貯蔵静電容量ＣLに再充電し、
複数の前記結合／減結合サイクルにおいて、前記静電容量センサ電極は各結合サイクルにおいて、前記結合期間の間に新たに満充電され、前記貯蔵静電容量ＣLは、前記減結合期間の間に、徐々に、ただし必ずしも完全にではなく、前記電荷担体で満たされ、
前記静電容量センサ電極の静電容量値に依存する前記パラメータの前記評価は、複数の前記結合／減結合サイクルの後、好ましくは所与の数の前記結合／減結合サイクルの後に、前記貯蔵静電容量で発生する電圧を検出し、前記電圧を用いて前記静電容量センサ電極の静電容量を決定するか、又は前記静電容量センサ電極の静電容量に依存する値を決定するステップを含む
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記結合／減結合サイクルにおいて、前記結合期間ｔKの間に、前記静電容量センサ電極と、前記第１結合／減結合サイクルの前に所与の充電電圧で１回充電される貯蔵静電容量ＣLを備える貯蔵回路とを結合させることによって、前記貯蔵静電容量と前記静電容量センサ電極との間の電荷補償を実施し、
前記減結合期間ｔEの間に、前記静電容量センサ電極を、例えばグラウンド電位との一時的な接続によって完全に放電させ、
複数の前記結合／減結合サイクルにおいて、前記静電容量センサ電極は各結合サイクルにおいて、前記貯蔵静電容量の電荷によって充電され、これによって前記貯蔵静電容量は、逐次的に、ただし必ずしも完全ではなく、放電され、
前記静電容量センサ電極の静電容量値に依存する前記パラメータの前記評価は、複数の前記結合／減結合サイクルの後、好ましくは所与の数の前記結合／減結合サイクルの後に、前記貯蔵静電容量で発生する電圧を検出し、前記電圧を用いて前記静電容量センサ電極の静電容量を決定するか、又は前記静電容量センサ電極の静電容量に依存する値を決定するステップを含む
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量センサ電極の静電容量値を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量センサ電極の使用は、多数の用途の実践から公知である。
【０００３】
静電容量センサ電極の利用例は、例えば人の存在を検知するために車両に設置されている静電容量近接スイッチである。上記静電容量近接スイッチの機能性は、近接スイッチの静電容量センサ電極の静電容量が特定の値に達するか、又はそれを上回るか、又は所与の絶対的若しくは相対的変化を受けることに基づいている。
【０００４】
ある特定の時点又はある特定の期間の静電容量を評価するために、静電容量センサ電極は、所与の電位と結合される。センサ電極は、参照電極とともに静電容量を形成する。参照電極として、車両内にある近接スイッチの例では、車両グラウンド、又は車両下にある地面のグラウンドが使われる。ユーザーの体の一部、例えば手又は足が、センサ電極の感知領域に入ると、システム全体の静電特性が変化する。代替案の考察において、この効果は、センサ電極を取り囲む誘電体の変化として理解され得る。
【０００５】
センサ電極の静電容量値から又はセンサ電極の静電容量値の変化から、例えば手又は足の存在についての情報を導出できるようにするために、静電容量値の評価が必要である。
【０００６】
静電容量値の評価は、様々な方法で行うことができる。例えば、センサ電極の、電圧源の参照電位までの充電及び比較静電容量への放電を繰り返し、この充電及び放電の繰り返しに続いて、比較静電容量に蓄積された電荷の評価を実施してよい。この原理の実施例は、特許文献１に示されている。
【０００７】
基本的に、静電容量値を評価するためには、センサ電極を周期的に充電し、この周期的な充電に続いて、充電プロセスの、又は多くの場合には同様に周期的に行われる放電プロセスの、静電容量依存パラメータを評価する原理が利用される。
【０００８】
評価対象のパラメータは例えば、特許文献１の例におけるように、電荷を蓄積するコンデンサの両端で測定される電圧である。
【０００９】
評価対象のパラメータの別の可能性は、補償コンデンサの切替閾値を上回るまでの充電／放電サイクルの特定の数であってよい。このような手順の例は、特許文献２に示されている。特許文献２に記載の方法では、第１段階の間、静電容量センサ電極は、センサ電極を充電するために、第１切替装置を介して充電電圧と結合される。同時に補償静電容量が、更なる第２の切替装置を用いて、参照電圧とグラウンドとの間に投入され、それによって補償静電容量は同様に電荷で満たされる。それに続いて、センサ電極と補償静電容量との間で電荷補償が行われる。電極静電容量の決定は、補償静電容量に蓄積された電荷の評価に基づいて行われる。
【００１０】
つまり全体として留意すべきは、従来技術と実践とから知られる、静電容量センサ電極の静電容量値を評価する方法は、センサ電極が周期的に充電されることを前提としているということである。具体的な実施形態によると、センサ電極は複数のサイクルで段階的に充電してよく、又はセンサ電極は、複数のサイクルのうちの各サイクルにおいて部分的に若しくは完全に充電し、かつ部分的若しくは完全に放電してよい。
【００１１】
十分短時間のうちにセンサ電極の静電容量を確実に評価するのを保証するために、センサ電極の周期的な充電と場合によっては放電は、通常は比較的高い周波数で行われる。数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数が提供されることが多い。
【００１２】
センサ電極を高周波数で充電することによって、高周波数の周期的充電と場合によっては放電の結果として、望まざる交流電磁場が形成されるという問題が生じ、これはより高い周波数でより明確に顕現する傾向がある。センサ電極の大きさと形状、センサ電極の制御の切替技術上の実現及び選択された周波数に応じて、センサ電極はしかるべき規模でアンテナとして作用し、電磁放射線を放射する。この効果はとりわけ、電磁波を放射する製品は規制の対象となるという背景で問題となりかねない。例えば、ドイツ連邦共和国では、連邦環境汚染防止法に基づく制限があり、当該制限から、法的拘束力がある電磁放射の限界値が導き出される。しかるべき限界値は周波数に依存しており、比較的厳しいセンサ電極を評価するために使用される、上述のような典型的には比較的高い周波数と、上述のような厳格な規制要求とにより、静電容量センサ電極の設計及び駆動に関する要求が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許第１９６８１７２５号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１３１１２９１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の考察を背景にして、本発明の課題は、静電容量センサ電極の静電容量値の評価、並びに例えば造形及び設置場所に関する柔軟性が改善された、例えば自動車への静電容量センサ電極の設置を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。
【００１６】
有利な発展形態は、従属請求項からもたらされる。
【００１７】
本方法は、静電容量センサ電極の静電容量値を評価することを目的として使用される。静電容量の評価のために、センサ電極の少なくとも１つの周期的な充電が行われる。ここで。センサ電極の周期的な充電は、センサ電極をいくつかの結合／減結合サイクル下に置くことを含む。各結合／減結合サイクルの経過において、センサ電極は結合期間ｔKの間、充電回路と結合される。センサ電極が充電回路と結合されている間、センサ電極は、部分的に又は完全に電荷で満たされる。静電容量センサ電極によって受容される電荷の量は、Ｃ＝Ｑ／Ｕという原則的な関係に従って静電容量に依存し、ここでＣは静電容量、Ｑは電荷量、Ｕは電圧である。結合期間ｔKに続いて、センサ電極は減結合期間ｔEの間、充電回路から減結合される。
【００１８】
結合期間ｔKの間、センサ電極の少なくとも１つの部分充電が行われる。減結合期間ｔEの間は、センサ電極の充電は行われない。原則として、結合期間ｔKの間に、センサ電極を満充電してよい。減結合期間ｔEの間は、センサ電極は充電されないだけでなく、部分放電又は完全放電され得る。センサ電極の充電を回路技術的に具体的に実施するために、当業者には多種多様な実装形態が可能である。減結合期間ｔEの間、充電を中断するだけか、又は例えばセンサ電極を評価回路に繋ぐことによって、及び／若しくはセンサ電極に存在する電荷を補償コンデンサに再充電することによって、センサ電極の放電も行うかといった実装形態の決定も、それぞれ当業者による評価方法の選択及び当業者によるその具体的な実施に左右される。
【００１９】
回路の概念は一般的に、当業者の理解に従えば、電子機器の、電気的に相互接続された構成要素と理解できる。従って回路の概念は、本願の枠内においては、電気回路の概念と同義に用いられており、いずれのタイプの電気回路を用いて本発明を実現できる。本発明の特定の実施形態においては、回路の概念は集積回路を指す場合もあり、従って、回路のうちの１つ又は複数が集積回路として形成された本発明の実施形態も可能である。
【００２０】
センサ電極の静電容量の評価の具体的な実装形態にかかわらず、センサ電極の周期的な充電又は周期的な逐次充電が実施されることは、本発明による用法の実装に必須である。
【００２１】
本発明に係る方法は、センサ電極の静電容量値に依存するパラメータを評価するステップを含む。ここで、センサ電極の静電容量値に依存するパラメータの評価は、各結合／減結合サイクルにおいて、又は１つ以上ではあるが全てではない結合／減結合サイクルにおいて、又は全ての結合／減結合サイクルの終了後に初めて、実施してよい。
【００２２】
静電容量値の評価に使用されるパラメータは、例えばセンサ電極の接点の電圧推移、電荷を蓄積するコンデンサにおいて測定される電圧、又はセンサ電極で測定される電圧が切替閾値を上回るまでの充電及び／又は放電の周期の特定の回数であってよい。
【００２３】
センサ電極を充電回路に結合し、センサ電極を充電回路から減結合する、上述の方法ステップ、並びに静電容量値又は静電容量値を表示する比較数値の決定は、例えば上述の文献から、当業者には公知である。
【００２４】
実践から知られる手順に対して、本発明に係る方法は、１回の評価プロセスで複数の結合／減結合サイクルが実施される点、及び結合／減結合サイクルの期間が評価プロセス内で変更される点において異なっている。換言すれば、結合／減結合期間のパルス周波数は評価プロセス中に変更可能である。
【００２５】
表現を変えると、少なくとも１つの第１充電パルス持続時間ｔL,1及び第２充電パルス持続時間ｔL,2が提供される。第１充電パルス持続時間は、第１結合期間ｔK,1と第１減結合期間ｔE,1との合計によって構成される。第２充電パルス持続時間ｔL,2は、第２結合期間ｔK,2と第２減結合期間ｔE,2との合計によって構成される。
【００２６】
本明細書中で使用される命名法では、第１充電パルス持続時間及び第２充電パルス持続時間は、隣接する第１結合／減結合サイクル及び第２結合／減結合サイクルの、充電パルス持続時間である。しかしながら必ずしも、評価プロセスの最初の２つの結合／減結合サイクルである必要はなく、評価プロセスの複数の結合／減結合サイクルのうちの１つのシーケンスの任意の位置における、隣接する２つの結合／減結合サイクルのことであってよい。
【００２７】
本発明によると、第１充電パルス持続時間及び第２充電パルス持続時間は、長さが異なる。第１充電パルス持続時間は、第２充電パルス持続時間と第１パルス持続時間偏差ΔｔL,1だけ異なる。数学的に表わすと、パルス持続時間偏差は、ΔｔL,1＝ｔL,2−ｔL,1となる。
【００２８】
評価プロセスで使用される充電パルス持続時間の、本発明による変更が実現されることによって、センサ電極の静電容量を評価する間、センサ電極の放射特性は有利な影響を受ける。充電パルス持続時間の変更によって、周波数依存性の放射出力密度の最大値は、信号スペクトルの帯域幅を広げるのに有利になるように、減少する。従って周波数依存性の放射ピークは不鮮明になり、高さが低くなる。換言すれば、放射周波数における放射エネルギー密度の、より広範囲の分散が達成される。更に、高調波の放射が回避されるか、又は少なくともその顕現が減少する。
【００２９】
従って本発明は、公知かつ従来の評価方法を用いる静電容量センサ電極の場合、センサ電極の充電をあまりに高い充電周波数で実施すると、問題のある効果がもたらされる可能性があるという知見を利用する。充電周波数の変更によって、上記効果は低減又は回避される。本発明に係る手順は、センサ電極の設計及び静電容量評価の実装が、例えば上述の規制から生じる枠組み要求の範囲内で、より柔軟なものとなるという硬化を有する。周波数依存性エネルギー密度が、周波数スケールにわたって比較的広範囲に分散されており、かつ最大振幅が比較的小さいことによって、全体的に比較的高い周波数を評価に用いることができる。これはとりわけ、評価速度の向上という利点を伴う。本発明に係る解決法の重要な利点は、例えば充電回路、又はより一般的には対応する評価回路を適切に制御することによって、充電パルス持続時間の変更をもたらすことができる点である。従って、本発明に係る方法の実装は、制御電子機器の適切な適合によって、及びそれによる任意の純粋なソフトウェア的適合を用いて、実現できる。従って必要に応じて、既存のハードウェア上に構築することもでき、これによってコスト的な利点も得られる。
【００３０】
好ましいくは、評価プロセスを、１００〜５００回、特に好ましくは１５０〜２５０回の結合／減結合サイクルで実行する。
【００３１】
特に、有利な発展形態によると、第１充電パルス持続時間及び第２充電パルス持続時間はいずれも、１．０μｓ〜１０．０μｓ、好ましくは２．５μｓ〜４．０μｓの長さである。これによって得られる２５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの結合／減結合周波数により、一般に非常に短時間で、信頼性のある結果が得られる。
【００３２】
好ましくは、評価プロセスの全ての充電パルス持続時間、即ち全ての結合／減結合サイクルは、１．０μｓ〜１０．０μｓ、好ましくは２．５μｓ〜４．０μｓの長さである。
【００３３】
第１の代替例によると、パルス持続時間偏差ΔｔL,1は、減結合期間の変更によって調節され、従って第１充電パルス持続時間ｔL,1及び第２充電パルス持続時間ｔL,2は、減結合期間だけが異なり、結合期間は維持され、第１結合／減結合サイクル及び第２結合／減結合サイクルの両方に関して同一である。
【００３４】
別の代替的な手順では、第１結合／減結合サイクルと第２結合／減結合サイクルとの間の充電パルス持続時間の変更を、減結合期間を維持したまま結合期間を変更することによって調節する。
【００３５】
別の選択肢では、上述の２つの選択肢の混合形態、つまりパルス持続時間偏差ΔｔL,1を、結合期間の変更及び減結合期間の変更の両方によって得る。
【００３６】
充電パルス持続時間の変更のために、１回の評価プロセス中、例えば０〜Ｎ−１の整数のインデックスｉで連続して示すことができるＮ回の結合／減結合サイクルにおいて、インデックスｉとｉ＋１とを有する互いに連続する２つの結合／減結合サイクルの２つの充電パルス持続時間ｔL,i+1とｔL,iとの間のパルス持続時間偏差ΔｔL,iは、結合／減結合サイクルの少なくとも５０％に関して、充電パルス持続時間の相対的偏差｜ΔｔL,i｜／ｔL,i≧０．１を有する。換言すれば、結合／減結合サイクルの少なくとも５０％で、直前の結合／減結合サイクルに対するパルス持続時間偏差が存在し、このパルス持続時間偏差は、それぞれ直前の充電パルス持続時間を少なくとも１０％変化させる。好ましい発展形態において、上記変化は、評価プロセスの全ての結合／減結合サイクルの５０％に関してだけでなく、少なくとも８０％、特に好ましい手順においては１００％に関して存在する。
【００３７】
本方法の一発展形態では、最小充電パルス持続時間及び最大充電パルス持続時間、並びにいくつかの所与の充電パルス持続時間値を事前に決定する。互いに連続する２つの結合／減結合サイクルは、２つの所与の充電パルス持続時間値のうちの異なる２つによって制御される。即ち、充電パルス持続時間がランダムに制御される、又は結合期間及び／若しくは減結合期間が算出されるのではなく、例えば本方法を制御するマイクロコントローラ上に、少なくとも２つの充電パルス持続時間値を有するリストが、好ましくは結合期間及び減結合期間のペアの形で存在し、それに基づいて充電パルス持続時間の変更が制御される。
【００３８】
特に、所与の充電パルス持続時間値を、最小充電パルス持続時間と最大充電パルス持続時間との間に等間隔に分散させてよい。例えば、最小充電パルス持続時間及び最大充電パルス持続時間を事前に決定し、これらはいずれも１．０μｓ〜１０μｓであってよく、また最小充電パルス持続時間と最大充電パルス持続時間との間に、いくつかの充電パルス持続時間値を等間隔に設けてよい。好ましくは、最小充電パルス持続時間は１．５μｓ、最大充電パルス持続時間は５．０μｓであり、特に好ましくは最小充電パルス持続時間は２．０μｓ、最大充電パルス持続時間は４．０μｓである。充電パルス持続時間は、直接的に事前決定してよく、又は対応する結合期間と減結合期間との組み合わせによって事前決定してよい。
【００３９】
上記充電パルス持続時間を所与の順序で又はランダムに用いて、充電回路を制御してよい。
【００４０】
代替的に、最大充電周波数及び最小充電周波数を事前に決定することによっても、充電パルス持続時間の変更を実施できる。いくつかの所与の充電パルス周波数を提供してよく、互いに連続する２つの結合／減結合サイクルは、上記所与の充電パルス周波数のうちの異なる２つによって制御される。特に、充電パルス周波数を、最大充電周波数と最小充電周波数との間に等間隔に分散させてよい。充電パルス周波数は、所与の順序で又はランダムに選択してよい。これは原理的に、所与の充電パルス持続時間を直接選択するのと同一の手順であり、実装形態に応じて、充電パルス持続時間に相関する充電パルス周波数の考察が、より巧妙に実現され得る。上述の好ましい充電パルス持続時間と同様に、最小充電周波数及び最大充電周波数は、１０００ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは６６７ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、特に好ましくは４００ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚであってよい。
【００４１】
本発明に係る手順を実現するための例示的な方法のシーケンスは、以下のステップの実行を含む：
‐結合／減結合サイクルにおいて、結合期間ｔKの間にセンサ電極を充電回路の所与の充電電圧で満充電するステップ；
‐減結合期間ｔEの間に、センサ電極を充電回路から減結合した後で貯蔵回路と結合するステップ。上記貯蔵回路は貯蔵静電容量ＣLを備える。センサ電極を貯蔵回路と結合した結果、センサ電極内に貯蔵された電荷担体は貯蔵静電容量ＣLに再充電される。
【００４２】
複数の結合／減結合サイクルにおいて、センサ電極は各結合サイクルにおいて、結合期間の間に新たに満充電される。充電されたセンサ電極の電荷によって、貯蔵静電容量ＣLは、連続する複数の減結合期間の間に、徐々に電荷担体で満たされるが、必ずしも完全に満たされるわけではない。
【００４３】
センサ電極の静電容量値に依存するパラメータの評価は、複数の結合／減結合サイクルの後、好ましくは所与の数の結合／減結合サイクルの後に、貯蔵静電容量で発生する電圧を検出し、これを用いてセンサ電極の静電容量を決定するか、又はセンサ電極の静電容量に依存する値を決定するステップを含む。
【００４４】
ここで上記評価は特に、当事者には公知である、２つのコンデンサ又は静電容量間での電荷担体再充電の依存関係に基づいている。この関連に基づいて、満充電されたセンサ電極と満充電されていない又は部分充電された貯蔵静電容量との間の何回かの再充電プロセスの後、貯蔵静電容量の電圧から、センサ電極の静電容量又はこれに依存する数値を推測できる。
【００４５】
当業者には、正確に実施する義務がある。論理的には、物体の接近がない場合、ＣLはセンサ電極の静電容量よりも大きい。例えばＣLの静電容量は、好ましくは結合／減結合サイクルの所与の数に相当するか又はそれを上回る係数で、センサ電極の静電容量の少なくとも数倍とすることができる。好ましくはＣLは、第１結合／減結合サイクルの前に満放電されている。結合期間及び減結合期間それぞれに関しても、望ましい再充電の完了を可能にする値が選択され得る。これは、本願記載の充電パルス持続時間の大きさのオーダーで与えられる。
【００４６】
本発明にとって重要なのは、冒頭で説明されたように、センサ電極の複数回の充電である。センサ電極が望ましくない規模でアンテナとして作用する、可能性のある放射効果は、本発明に係る、第１充電パルス持続時間からの第２充電パルス持続時間の偏差によって回避されるか、又はその影響が弱められる。
【００４７】
本発明に係る手順を実現するための別の例示的な方法のシーケンスは、以下を含む：
‐結合／減結合サイクルにおいて、センサ電極は貯蔵回路と結合される。貯蔵回路は、貯蔵静電容量ＣLを備える。貯蔵静電容量ＣLは第１結合／減結合サイクルの前に、一度だけ所与の充電電圧で充電される。センサ電極が貯蔵回路と結合されることによって、貯蔵静電容量とセンサ電極との間の電荷補償が引き起こされる。
‐減結合期間ｔEの間に、センサ電極を、例えばグラウンド電位との一時的な接続によって完全に放電させる。
‐複数の結合／減結合サイクルにおいて、センサ電極は各結合サイクルにおいて、貯蔵静電容量の電荷によって充電される。これによって貯蔵静電容量は、連続する複数の結合／減結合サイクルにおいて、各減結合期間ｔEの間に新たに実行されるセンサ電極の放電によって逐次的に放電されるが、必ずしも完全に放電されるわけではない。
【００４８】
センサ電極の静電容量値に依存するパラメータの評価は、複数の結合／減結合サイクルの後、好ましくは所与の数の結合／減結合サイクルの後に、貯蔵静電容量で発生する電圧を検出し、これを用いてセンサ電極の静電容量を決定か、又はセンサ電極の静電容量に依存する値を決定するステップを含む。
【００４９】
当業者には、正確に実施する義務がある。論理的には、物体の接近がない場合、ＣLはセンサ電極の静電容量よりも大きい。例えばＣLの静電容量は、好ましくは結合／減結合サイクルの所与の数に相当するか又はそれを上回る係数で、センサ電極の静電容量の少なくとも数倍とすることができる。結合期間及び減結合期間それぞれに関しても、再充電プロセスに必要な値が選択され得る。これは、本願に記載の充電パルス持続時間の大きさのオーダーで与えられる。静電容量ＣLの電圧が、繰り返しの放電の結果としてセンサ電極へと出て行く速度は、当業者には既知の関係で、とりわけセンサ電極の静電容量に依存する。この依存関係を用いて、ＣLを介して測定される電圧から、センサ電極の静電容量又はこれに依存する値、例えばセンサ電極の静電容量の相対的変化を導出する。
【００５０】
この可能な実施形態においても、センサ電極は繰り返し充電されるが、その潜在的に不利な影響は、本発明に係る充電パルス持続時間の変更によって弱まる。
【００５１】
特に好ましくは、本記載の方法のうちの１つを用いて、センサ電極を備える自動車の近接スイッチの静電容量又は静電容量変化を評価する。
【００５２】
以下の図面は、上で詳述された発明及びその発展形態を例示するものである。当然のことながら、前述の特徴及び以下に説明される特徴は、それぞれ明記された組み合わせにおいてだけでなく、別の組み合わせにおいても、又は単独でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１ａ】図１ａは、実践から公知である例示的なセンサ電極の充電プロセスの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａに図示された充電プロセス中のセンサ電極の放射特性の概略図である。
【図２ａ】図２ａは、センサ電極の静電容量値を本発明に従って評価するための、センサ電極の充電プロセスの概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに図示された充電プロセス中のセンサ電極の放射特性の概略図である。
【図３】図３は、本発明に係る方法が実施される静電容量近接センサ構造体の例示的な形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１ａは、センサ電極の静電容量を評価する目的で、センサ電極の充電プロセスの一部の間の結合期間及び減結合期間を示す図である。センサ電極に印加される電圧Ｕを、時間ｔの関数として示す。図示されるように、充電電圧ＵLが、結合期間ｔK,iにわたってセンサ電極に印加され、そのたびに、充電電位は減結合期間ｔE,iにわたってセンサ電極から分離される。この手順は、複数回の結合／減結合サイクルで繰り返されるが、図１ａでは結合／減結合サイクル１〜４が図示されており、ｔK,i及びｔE,iはｉ＝０〜３に対するものである。図１ａの図では、評価プロセスのＮ回の結合／減結合サイクルの全てのｉ＝０〜Ｎ−１に関して、ｔK,1＝ｔK,2＝ｔK,3＝ｔK,4＝ｔK,iである。同様に、全てのｉ＝０〜Ｎ−１に関して、ｔE,1＝ｔE,2＝ｔE,3＝ｔE,4＝ｔE,iである。図１ａに従って行われる、センサ電極と充電回路との結合の制御により、概略的に図１ｂに図示されているセンサ電極の放射特性が得られる。図１ｂは、周波数ｆに依存する放射出力ＰAを示しており、充電パルス持続時間ｔi＝ｔL,1＝ｔK,1＋ｔE,1＝１／ｆLからもたらされる充電パルス周波数ｆLにおいて、放射特性の最大値に達している。
【００５５】
本発明に係る改善された方法は、例示的な変形形態である図２ａで確認できる。図２ａに見られる本方法の実施の際には、全てのｉ＝０〜Ｎ−１に関して、減結合期間ｔE,iは変化しない。しかしながら、結合期間が変化することによって、充電パルス持続時間が変化している。特に、結合期間はｔK,0≠ｔK,1≠ｔK,2≠ｔK,3であり、ここで示された図においては、減結合期間は全ての結合／減結合サイクルに関して２．５μｓのまま一定であり、結合期間は、ｔK,0＝０．５μｓからｔK,3＝２．０μｓまで、０．５μｓの等間隔のステップで増加する。従って図示された形態においては、互いに連続する２つの結合／減結合サイクルについて、ΔｔL,0＝ΔｔL,1＝ΔｔL,2＝０．５μｓのパルス持続時間偏差が発生し、その後、結合期間が２．０μｓに達すると、直後に続く結合／減結合サイクルにおいて結合期間が再び０．５μｓになり、これによって、図示された例においては、パルス持続時間偏差｜ΔｔL,3｜＝１．５μｓがもたらされる。充電パルス持続時間の変更は、図示された例では所与の順序で行われ、この所与の順序は、図示及び記載されている最小値から最大値までの結合期間の逐次的な増大、及びこれに伴う、最小充電パルス持続時間から最大充電パルス持続時間までの充電パルス持続時間の逐次的かつ連続的な延長を提供する。しかし原則的に、上記の説明に従えば、本発明の枠内において結合期間の異なる序列可能である。
【００５６】
図２ｂは、図２ａに図示された充電プロセス中のセンサ電極の放射特性の例示的な概略図である。特に、最大放射出力ＰA,maxは、図１ｂで図示された周波数依存性放射出力の最大値と比較して著しく低下しているが、図２ｂに図示される特性での関数ＰA,maxの半値幅は、図１ｂに図示された関数関係と比較して明らかに大きくなっている。
【００５７】
図３は、本発明に係る方法が実施される静電容量近接センサ構造体の例示的な形態の概略図である。
【００５８】
近接センサ構造体１は、静電容量ＣSで表されるセンサ電極を備える。センサ電極は図３ａ）において、ＶDDでの電圧供給のために充電回路に結合されている。一方、貯蔵静電容量ＣLを備える貯蔵回路にＣSを直列接続できる。
【００５９】
スイッチＳ1、Ｓ2は、マイクロコントローラμＣを介して制御可能である。再充電プロセスを実行するために、例えば図１ａに図示された第１のステップにおいて、センサ電極ＣSを充電回路に結合し、センサ電極を充電電圧ＶDDで充電する。この後、ＣSをＣLに電気的に効果的に結合するために、Ｓ1の開放とＳ2の閉鎖とを（この順番で）実施することにより、静電容量が直列接続される。結果的に、ＣSとＣLとの間で電荷担体補償が行われる。この手順は、所与の数の再充電プロセスｎU,iが達成されかつ貯蔵静電容量が望ましい作業点まで漸次的に充電されるまで繰り返される。それによって再充電サイクルが終了する。
【００６０】
当然のことながら、図示された実施形態に加えて、本発明に係る方法をその実施形態のうちの１つにおいて実現できる、多くの更なる実施形態が考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１      近接センサ構造体
Ｓ1    スイッチ
Ｓ2    スイッチ
μＣ    マイクロコントローラ
ＣL    貯蔵静電容量
ＣS    センサ電極
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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