(57)【要約】  少なくとも１つの人間の指の表面部（１０）上での存在を検出する装置（１）であって、可視可能な表面部（１０）の下に位置され、圧電特性を有し、表面部（１０）が指で押圧されたときのように表面部（１０）に力（Ｆ）与えられたときに力（Ｆ）が自身の機械的ストレスに伝達され、機械的ストレスに応じて電圧出力（Ｖ）を生成するように装置（１）内に配置された少なくとも１つの素子（２２）と、予め定められた期間内に電圧出力（Ｖ）を測定する手段（Ｒ２，Ｒ３，Ｃ３，ＩＣ１）と、当該測定された電圧出力（Ｖ）の安定度を判別する手段（ＩＣ１）と、を備え、手段（ＩＣ１）は、ｉ）測定された電圧出力が非常に安定し、又は少なくとも十分に安定していることを安定度が示す場合には、人間の指と表面部との間の物理的接触が存在することを示し、ii）測定された電圧出力が安定しないが、人間の指に起因する振動を含むことを安定度が示す場合には、人間の指と表面部との間の物理的接触が存在することを示すように構成されている。出願は方法発明を含んでいる。【選択図】  図１
2013530398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの人間の指の表面部（１０）上での存在を検出する装置（１）であって、
可視可能な表面部（１０）の下に位置され、圧電特性を有し、前記表面部（１０）が指で押圧されたときのように力（F）が前記表面部（１０）に与えられたときに前記力（Ｆ）が自身の機械的ストレスに伝達され、前記機械的ストレスに応じて電圧出力（Ｖ）を生成するように前記装置（１）内に配置された少なくとも１つの素子（２２）と、
予め定められた期間内に前記電圧出力（Ｖ）を測定する手段（Ｒ２，Ｒ３，Ｃ３，ＩＣ１）と、
当該測定された電圧出力（Ｖ）の安定度を判別する手段（ＩＣ１）と、を備え、前記手段（ＩＣ１）は、
ｉ）前記測定された電圧出力が非常に安定し、又は少なくとも十分に安定していることを前記安定度が示す場合には、人間の指と前記表面部との間の物理的接触が存在することを示し、
ii）前記測定された電圧出力が安定しないが、人間の指に起因する振動を含むことを前記安定度が示す場合には、人間の指と前記表面部との間の物理的接触が存在することを示すように構成されていることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
圧電特性を有する前記素子（２２）は、前記表面部の下方から前記表面部（１０）に取り付けられている上部導電層（１４）と、基板（２０）に取り付けられている下部導電層（１８）との間に配置され、前記上部導電層（１４）は前記素子（２２）の上部電極への電気的接触として作用し、前記下部導電層（１８）は前記素子（２２）の底部への電気的接触として作用することを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
【請求項３】
前記上部導電層（１４）は導電性箔であることを特徴とする請求項２記載の装置（１）。
【請求項４】
前記下部導電層（１８）は銅層であることを特徴とする請求項２又は３記載の装置（１）。
【請求項５】
前記銅層は金メッキを有することを特徴とする請求項４記載の装置（１）。
【請求項６】
前記下部導電層（１８）は、機械的ストレス下で素子（２２）の一部のために経路を与える十分の空間を提供する孔（２７）又は凹部を包含する一方、前記孔（２７）又は凹部のエッジに直接制限する前記下部導電層（１８）の領域（３０）が素子（２２）の端部（３９）のための支持面として動作することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項７】
前記孔（２７）又は凹部は円形であることを特徴とする請求項６記載の装置（１）。
【請求項８】
前記孔（２７）又は凹部は特に穴開け又はエッチングすることによって前記下部導電層（１８）に作成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の装置（１）。
【請求項９】
圧電特性を有する前記素子（２２）はセラミック圧電素子、クリスタル圧電素子、及び圧電特性を示すポリマー構造のいずれか１つであるか、又はそれらのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記素子（２２）は、前記表面部（１０）が指によって押圧されるときのように、前記表面部（１０）に力（Ｆ）が与えられたときに前記力（Ｆ）が前記素子（２２）を曲げることによって前記素子（２２）の機械的ストレスに伝達されるように前記装置（１）に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１１】
予め定められた期間内に前記電圧出力（Ｖ）を測定する手段（Ｒ２，Ｒ３，Ｃ３，ＩＣ１）と、前記測定された電圧出力（Ｖ）の前記安定度を判別する手段（ＩＣ１）とは、マイクロコントローラ（ＩＣ１）を含み、前記マイクロコントローラ（ＩＣ１）はアナログ信号である前記電圧出力（Ｖ）をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器を更に含み、前記ディジタル信号は前記マイクロコントローラ（ＩＣ１）においてソフトウェアアルゴリズムを用いて分析されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記装置（１）はセンサ又は前記センサの一部であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１３】
機械又は装置、特に携帯装置のユーザインターフェースにおいて請求項１ないし１２のいずれか１の装置（１）を用いる方法であって、
前記装置（１）は、人間の指と前記ユーザインターフェースの前記表面部との間の物理的接触が存在するか否かを示し、好ましくは前記少なくとも１つの指が前記表面部（１０）を押圧する前記力（Ｆ）に相当する挿入力を測定するために用いられることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記装置（１）は、人間の指の存在を検出するように構成されている静電容量式タッチセンサ、前記ユーザインターフェースの前記表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている誘導式タッチセンサ、又は力の変化に反応し、前記ユーザインターフェースの前記表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている圧電タッチセンサを達成するために用いられることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記装置（１）は、前記ユーザインターフェースとの人間の指のインターラクションの開始及び終了を信号で知らせるために用いられることを特徴とする請求項１３又は１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ技術の分野に関しており、特に、タッチセンサに関している。
【背景技術】
【０００２】
機械、装置、特に携帯装置、及び、異なる種類のシステムは、その装置のオペレータ又はユーザが装置を制御するために触れることができる１以上のユーザインターフェースを有している。ユーザインターフェースは、平面又は曲面であり得る表面を最も一般的に持っている。
【０００３】
ユーザインターフェースの表面への人間の指の接触や存在を検出することが知られている。具体的には、圧電材料を含むタッチセンサが近年人気を得ている。しかしながら、それらは、人間の指とタッチセンサとの間の物理的な接触が特定の瞬間に存在するか否かを正確かつ確実に検出することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、本発明の目的は、少なくとも１つの人間の指の表面上での存在を検出する装置の正確性及び信頼性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的については、独立請求項１による装置及び独立請求項１３による方法を用いることによって達成することができる。
【０００６】
従属請求項は装置及び方法の有利な態様を説明している。
【０００７】
少なくとも１つの人間の指の表面部上での存在を検出する装置は、圧電特性を有する少なくとも１つの素子を備えている。その素子は見ることができる表面部の下に位置される。更に、素子は、表面部が指で押されたときのような表面部に加わる力が素子の機械的ストレス（応力）に伝えられるように装置内に配置されている。素子は、機械的ストレスに応答して電圧出力を生成する。
【０００８】
また、かかる装置は、予め定められた期間内に出力された電圧を測定する手段と、
ｉ）測定電圧出力が高安定、又は少なくとも十分に安定していることを安定度が示す場合には、人間の指と表面部との間の物理的な接触は存在しないこと、
ii）測定電圧出力が安定でないが、人間の指に対して特徴的な振動を含む場合には人間の指と表面部との間の物理的な接触があること、を示すために設定されている測定電圧出力の安定度を決定する手段と、を備えている。
【０００９】
測定電圧出力の安定度を決定する手段は、ｉ）時間間隔に亘って電圧出力サンプルを収集し、ii）電圧出力サンプルに対する誤差測定を計算し、iii)誤差測定を予め定められた閾値と比較するように適用される。誤差測定が予め定められた閾値を超えていない場合には、物理的な接触はない。他の場合には、物理的な接触がある。誤差測定は簡易な実施ではサンプルの平均からのサンプルの距離の二乗和とすることができる。
【００１０】
機械、装置（特にポータブル装置）、又はシステムのユーザインターフェース内において検出装置を使用する方法では、その検出装置は、人間の指とユーザインターフェースの表面部との間の物理的に接触が存在するか否か示すために使用される。
【００１１】
発明の利点
本発明による装置によれば、少なくとも１つの人間の指がユーザインターフェースの表面部に実際に接触したか否か、すなわち、少なくとも１つの人間の指とその表面部との間で物理的な接触があるか否かを確実に検出することが可能となる。
【００１２】
本発明による方法によれば、少なくとも１つの人間の指のその表面部上での存在の誤った解釈の可能性を低減させることができるので、その方法が使用されている機械、装置又はシステムの精度や信頼性を向上させることができる。
【００１３】
かかる装置では、圧電特性を有する素子が、表面部下方から表面部に取り付けられている上部導電層と、基板に取り付けられた下部導電層との間に配置されている場合には、上部導電層は、素子の上部電極への電気的接触として作用し、下部導電層は、素子の底部への電気的接触として作用し、その電気的接触を素子の両側から実施することができる。これは、その表面部に与えられるべき力が電圧出力に伝えられる必要があることを踏まえれば特に重要である。
【００１４】
上部導電層が導電性箔である場合には、その素子に表面部を介して与えられる力の伝達の損失をできる限り少なくすることができる。
【００１５】
下部導電層が銅層である場合には、その装置の更なる回路への電気的な接触及び容易な接続性を提供するために使用することができるだけでなく、機械的支持体として機能することができる。銅層は、好ましくは、耐食性を向上させるために金めっきを有しており、そのため電気的接触を改善する。
【００１６】
下部導電層は、孔又は凹部を包含している場合には、機械的ストレス下で素子の一部のために十分なスペースを提供し、一方、下部導電層内の領域が素子のエッジの支持面として孔又は凹部のエッジに直接制限し、素子の中に塑性変形を持つために機械的ストレスを用いることができ、一方、過負荷から素子を保護し、素子が曲がることができる限界を提供することもできる。
【００１７】
回転配向が僅かであるという理由で円形の圧電素子は、低コストで容易に入手可能であり、装置が組み立てられるときに配置することが容易であるため、孔又は凹部が円形であれば孔又は凹部に特に有利な製造形態である。
【００１８】
圧電特性を有する素子が最も好ましくはセラミック圧電素子、クリスタル圧電素子、又は圧電特性を示すポリマー構造であるか又はそのいずれかを備えている。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、表面部が指で押されたときのように表面部に力が作用するとき、素子を曲げることにより力が素子の機械的ストレスに伝達されるように、装置内に素子が配置されている。そして、表面部と素子との間の距離、それらの寸法、及び表面部に使用される材料の品質を適切に選択することによって、適切な電圧出力が得られる前にどの程度の力を表面部に作用する必要があるか選択することができる。
【００２０】
最も実際的には、予め定められた期間に電圧出力を測定する手段とその測定された電圧出力の安定度を決定する手段とはマイクロコントローラを備え、マイクロコントローラはアナログ信号である電圧出力をマイクロコントローラ内のソフトウェアアルゴリズムを使用して分析されるディジタル信号に変換するためのアナログ−ディジタルコンバータを備えている。このように、装置を自動装置として実施することができまる。現在、そのようなマイクロコントローラは比較的強力であり、動作のために多くの電力を必要としておらず、よって、商業的に興味深いオプションである。
【００２１】
装置は、最も好ましくは、センサ又はセンサの一部である。
【００２２】
方法の有利な態様によれば、装置は、実現のために、
人間の指の存在を検出するように構成されている静電容量式タッチセンサと、
ユーザインターフェースの表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている誘導式タッチセンサ、又は
力の変化に反応し、ユーザインターフェースの表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている圧電タッチセンサと、を用いることができる。
【００２３】
方法がこれらの目的のいずれかのために使用されている場合には、リスト内の種類のセンサの本質的な問題のいくつかを軽減することができる。そのような問題は、人間の指とセンサとの間の物理的な接触が特定の瞬間に存在するかどうかを区別するための不正確さ又は信頼性の欠如等の動作特性を含む。このように、異なる目的のためにセンサの使い勝手を拡張することができる。
【００２４】
その方法の特に有利な態様は、装置において装置がユーザインターフェースとの人間の指のインターラクションの最初及び最後を信号で知らせるために、また好ましくは少なくとも１つの指が表面部を押す力に相当する挿入力を測定するために使用されたときである。これは、最先端技術によるタッチセンサでは不可能であった。加えて、同装置はまた、挿入力を測定することができる。挿入力を測定すること、及びユーザインターフェースとの人間の指のインターラクションの最初及び最後を信号で知らせることの両方ができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
次に、添付図面に示された例と共に本発明が更に詳細に説明される。
【図１】図１は生産されている装置の断面図に対応した、装置の好適な実施形態の機械的構造例の側面図である。
【図２】図２はシステム例の実際の測定データのプロットである。
【図３】図３は測定システム例のための電気接続図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
人間の指は表面部に対して押し付けられたときにわずかに振動する傾向を有する。この振動を感知することによって、物理的な接触が存在するか否かを判別することができる。
【００２７】
人間の指によって表面部に作用された振動を測定することによって、人間の指と表面部との間の物理的な接触が存在するか否かを検知するために装置及び方法を使用することができる。
【００２８】
好ましい機械構造は振動による力を感知する圧電素子を利用するが、本発明は、作用された力を測定する特定の方法に限定されない。
【００２９】
第１の既知の利用では、静電容量センシング技術は、人間の指の存在を検出するが、指が実際に表面部に触れるか、又はそれに接近している否かを検出することができない。
【００３０】
第２の既知の利用では、圧電素子又は誘導要素等の非容量性技術は、ユーザインターフェースの表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するために使用される。これらの技術の多くは、静的な力を測定することができることに代えて力の変化に反応するだけである。よって、それらは、人間の指のインターラクションの開始及び終了を検出することに限られた正確性と信頼性を有している。
【００３１】
第３の既知の利用では、ユーザインターフェースは、ユーザに対して素晴らしい感覚を生成するために人間の指に触覚フィードバックを送る。ほとんどの触覚フィードバック技術が機能するためには、表面部と人間の指との間の物理的な接触が要求される。よって、触覚フィードバックシステムは、指のための物理的な接触が存在した後のみに触覚フィードバックを送ることができることで大きな利点を得る。
【００３２】
本装置及び方法は、前述の利用のいずれかに限定されるものではなく、しかしながら、前述の利用は、本装置及び方法を利用することができる特定の例として役目を果たす。
【００３３】
装置１は、１以上の圧電素子２２を備えている。圧電素子２２は、それに加えられる機械的ストレスの変化に応じて電圧を生成する。圧電素子の機械的ストレスが変化されたときに、素子２２の出力電圧がそれに応じて変化する。圧電素子の機械的ストレスが静的で変化しない場合には、圧電素子の出力電圧は一定である。
【００３４】
より詳細に装置１の構成を参照すると、図１は、表面部１０に圧電素子２２を取り付けるための機械的な構造例を示しており、それにより垂直力Ｆが表面部１０に加えられたときに、その力が利用されてそれを曲げることによって圧電素子２２に機械的に圧力を加える。
【００３５】
基板２０は、その上に積み重ねられた層を支持している。構成例では、基板２０は、ガラス強化エポキシ積層板（また、ＦＲ４材料としても知られている）で製造されたプリント回路ボードである。それの上に取り付けられて最も好ましくは９０μｍの金メッキ銅層１８があり、金メッキ銅層１８は圧電素子２２の底部への電気的接続と、圧電素子２２が下向きに曲がるための十分な空間的余裕との両方を提供する。銅層１８については、他の厚さ、最も有利には２０μｍと１ｍｍとの間を同様に使用しても良いが、９０μｍは、過負荷に対する保護と曲げるため十分な空間的余裕を提供し、標準的なプリント回路基板のプロセスで製造することが可能であることに特に適している。金めっきは、電気的接点の信頼性を改善するが、必須ではない。
【００３６】
特に、円形の圧電素子２２が使用されているときには、円形の孔２７が両側から圧電素子をサポートするためにわずかに小さい径で銅層１８にエッチングされる。その結果、基板２０−銅層１８−の組み合わせの上に凹部がある。最も好ましくは、孔又は凹部は基板２０に形成されない。
【００３７】
圧電素子２２は、金属製の基板２５上に焼結された圧電材料の円形の層２８を備え、金属製の基板２５は好ましくは真鍮又はステンレス鋼で構成又はからなり、圧電材料の層２８よりも大きな直径を持っている。
【００３８】
ドット２６は、プリテンション（初荷重）を生じさせ、接触を確保するために導電性箔１４にスクリーン印刷されているので、直接的に圧電素子２２の一部ではなく、それにより装置１の感度を改善する。また、ドット２６の目的は、ａ）厚さの許容差が異なるため、また、ｂ）熱係数が接着剤とピエゾ素子との間で異なっているため、圧電素子２２と導電性箔１２との間の電気的接触を確保することである。装置１はドット２６なしでも動作するが、ドット２６を使用することによって異なる許容差に関するとしてその信頼性を大幅に改善することができる。
【００３９】
或いは、ドット２６は、導電性箔１４の反対側に、又は異なる層にさえあっても良い。図１に示すように、ドット２６が配置されている場合には、好ましくはａ）導電性材料を含むか又は導電性材料で形成され、又は、ｂ）導電性材料で覆われている。好ましい実施形態では、我々は、その外表面に導電性を作るためにスクリーン印刷された銀でドット２９を覆うように選択している。
【００４０】
圧電材料の層２８は、円形であってもよいが、同様に他の形状を持つことができる。特に、最近ではそれが三角形の形状を持っている場合には、圧電材料の層２８のために最も有利な形であることが分かった。我々は同様に楕円形又は楕円形に近い形状を使用しており、それにより我々が装置１との最も現実的な触覚ユーザ体験に到達することが可能だったためである。
【００４１】
圧電素子２２は、接着剤層１６内の孔３１に含まれている。接着剤層１６の高さａは、圧電素子２２の高さと同じである。基板２５及び圧電材料の層２８の厚さは接着剤層の高さよりやや低くなっている。基板２５、圧電材料の層２８、及びドット２６の合計の厚さ（それが圧縮されていないとき）は、プリテンションを得るために接着剤層１６の厚さよりも若干大きい。
【００４２】
圧電素子２２の上部には、圧電素子２２の上部電極に電気的接触を提供する導電性箔１４がある。導電性箔１４は接着剤層１２によって表面部１０に取り付けられている。表面部１０はユーザの目に見える。
【００４３】
力Ｆは図１の機械的構造に加えられると、圧電素子２２は曲がり始める（図１は、曲がった状態の圧電素子２２を示す）。力Ｆが除去されたときに、その層状構造はその元の非屈曲状態に戻る（図１の圧電素子２２はストレート状態として示されている）。曲がりは機械的ストレスの一つの形であり、それにより圧電素子２２は銅層１８と導電層１４との間に電圧を生成する。銅層１８及び導電性層１４は、電圧を測定するマイクロコントローラ等の測定機器に接続されている。
【００４４】
装置１は示された構造に限定されるものではなく、個別の圧電素子２２の使用に限定されない。装置１の素子２２としてセラミック圧電素子、クリスタル圧電素子、又は圧電特性を示すポリマー構造を用いることができる。圧電材料の機械的ストレスに加わった機械的力Ｆを伝達する任意の構造が適当である。
【００４５】
図１の表面部１０が人間の指で触れていないとき、すなわち加えた力Ｆがゼロであるとき、機械的構造は安定し、圧電素子２２の電圧出力は安定している。表面部１０が人間の指で触れられているとき、その指が表面部１０に対して物理的に指がある時間の間に表面部１０に力Ｆの変化を与える。人間の指の性質上、指は、着実に、可能な限りしっかりと保持した場合でもわずかに振動する傾向がある。この変化する力Ｆが圧電素子２２の電圧出力を時間的に変化させる。特定の期間内の圧電素子２２の電圧出力の変化量を測定することによって、人間の指がその表面部に接触しているか否か、すなわち、人間の指と表面部との間に物理的接触が存在するか否かを検出することができる。
【００４６】
実際の測定データの一例が図２に示されている。プロットのＸ軸は時間を表し、Ｙ軸は測定された電圧を示している。時点４０の前に力Ｆが表面部１０に加えられておらず、それにより機械的構造と出力電圧が安定していた。時点４０で物理的接触が存在したように人間の指が表面部１０上に置かれた。人間の指の性質上、指が振動し、時間と共に変化する力Ｆを生じさせ、よって、圧電素子２２の時間と共に変化する曲げを生じさせた。図２のプロットから、信号が時点４０の後に不安定になっていることが明確に分かる。
【００４７】
時点４２で指が表面部１０から離昇した。できるだけ早く指と表面部１０との間の物理的な接触が時点４２で失われ、加えた力Ｆがゼロとなり、圧電素子２２の出力電圧が定常になった。
【００４８】
適切な電気回路を用いて圧電素子２２の出力電圧の安定性を測定することによって、人間の指が表面部１０に対して物理的な接触を有するか否かを判別することができる。図２の例は、図３に示されたように、電気回路を用いて記録された。
【００４９】
図３に示された電気回路は、測定システムの実施例であるが、本発明は、センサ素子を測定するこの特定の方法に限定されない。マイクロコントローラＩＣ１はマイクロコントローラＩＣ１のアナログ−ディジタル変換器を用いて圧電素子ＰＺ１の出力信号を測定するためのソフトウェアアルゴリズムを含む。圧電素子ＰＺ１の出力信号は、最も簡単な実施では、マイクロコントローラＩＣ１に導電層１４及び１８を介して導かれた圧電材料の層２８によって生じた電圧Ｖである。
【００５０】
アルゴリズムは、測定された信号を分析して安定度を決定する。信号は非常に安定し、又は少なくとも十分に安定しているならば、人間の指と表面部１０との間の物理的接触は存在しない。信号が安定していないが、人間の指に起因する振動が含まれている場合には、人間の指と表面部１０との間の物理的接触が存在する。
【００５１】
圧電素子ＰＺ１の出力信号は、図３に示されたように、抵抗Ｒ２及びＲ３とコンデンサＣ３と共にマイクロコントローラＩＣ１の入力Ｐ１.０を介して測定された。オフセット電圧はマイクロコントローラＩＣ１の内部で生成され、ピンＵＲＥＦ／Ｐ０.０から出力された。オフセット電圧は、アナログ−ディジタル変換器が測定することができる最大電圧の半分であった。このオフセット電圧は、抵抗Ｒ３及びＲ２を介して入力Ｐ１.０に供給されている。力Ｆがゼロであるときに、入力Ｐ１.０での電圧は、オフセット電圧と同じである。力Ｆが変化している場合には、圧電素子ＰＺ１は抵抗Ｒ３間で変化する電圧を生成し、同じ量だけ入力Ｐ１.０で電圧を変化させる。この構造は、圧電素子ＰＺ１によって生成されたバイポーラ（正及び負）の電圧レベルをユニポーラ（単極性）のアナログ−ディジタル変換器が測定することを可能にする。
【００５２】
アクティブローリセット入力(active low reset input)ＮＲＳＴは抵抗Ｒ１を介して＋３,３Ｖ電源から駆動された。これは、マイクロコントローラＩＣ１がリセットされなくなって、動作レベルがパワーアップ時に適切なレベルまで上昇すると動作を開始させる。マイクロコントローラＩＣ１の動作電力は電源からグランド接続でコンデンサＣ１及びＣ２によって安定化されて得られ、動作電源入力ＶＤＤに供給された。
【００５３】
圧電素子２２からの出力信号が非常に安定しているか、少なくとも十分に安定しているか否かを判別するためのソフトウェアアルゴリズムの簡単で効果的な実施例は次のように動作する。
【００５４】
圧電素子２２の電圧は、サンプリング周波数Ｒ、例えば、Ｒ＝２５０Ｈｚでアナログ−ディジタル変換器でサンプリングされる。最後のＴ秒間のサンプリングされた値は、例えば、Ｔ＝０.１秒、メモリに格納される。メモリ内の最新のサンプル数Ｎは、Ｎ＝ＴＲであり、我々の例では２５である。
【００５５】
アナログ−ディジタル変換器により各々サンプリング後、次の計算が行われる。
【００５６】
メモリ内の最新のサンプルＸnの合計Ｓは次式で計算される。
【００５７】
Ｓ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋ ．．．＋Ｘ２５      (1)
メモリ内のサンプルの算術平均Ｍは次式で計算される。
【００５８】
Ｍ＝Ｓ／Ｎ             (2)
メモリ内のサンプルＸn毎に、誤差Ｅnは次式で計算される。
【００５９】
Ｅn＝（Ｘn−Ｍ)２       (3)
式(3)によって計算された誤差Ｅnは、算術平均から各サンプルの差であり、その差を平方（すなわち、２乗）でべき乗し、それは指数関数的により強い影響力を有するためにより大きい違いを発生させ、また、その差の符号を無視する。
【００６０】
合計誤差Ｅは、全てのサンプル誤差の合計として次式で計算される。
【００６１】
Ｅ ＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋ ... ＋Ｅ２５     (4)
各アナログ−ディジタルサンプリング後、合計誤差Ｅは、信号の安定性を示す。表面部が人間の指と接触していないときには、合計誤差Ｅは低く、例えば、Ｅ＝２５であり、測定ノイズからなる。
【００６２】
人間の指は、表面部１０と物理的に接触したときには、特徴的に異なるスパイクを持つ非常に不安定な信号を発生させる。その信号を説明する単一のパラメータはないが、スパイクの周波数は約２０Ｈｚである。人間の指と表面部との間にわずかな接触が存在する場合、すなわち、力Ｆが存在して表面部１０を押圧する場合には、実施形態例における誤差Ｅが例えば、Ｅ＝６００で存在することができる。
【００６３】
機械的構造、電気実装及び測定ノイズは人間の指との物理的接触が存在するか否かを判別するために用いることができる予め定められた閾値Ｈを決定する。物理的な接触が存在する場合には、
Ｅ≧Ｈ                (5)
であり、物理的な接触が存在しない場合には、
Ｅ＜Ｈ                (6)
である。設定例として我々は、Ｈ＝１５０を使用した。
【００６４】
圧電センサの高感度のために例示的な実施形態はおおよそ０〜１０ｍＮの分解能で力を検出することができ、それは人間の指との非常にわずかな接触及びその振動でさえ検出するために十分である。 
【００６５】
言い換えれば、信号は「非常に安定した」又は「十分に安定している」とみなすことができるときには限界は実際の実施に応じて定義されても良い。構成例では、合計誤差Ｅ＜１５０のときには、信号は非常に安定していると見なされる。Ｅ＜１５０では、信号振幅の変動は、全測定範囲未満の０.５％にする必要がある。
【００６６】
より強固な商業用の実施は、信号対雑音比を高めるために内側フィルタリングによる測定サンプルに対して高いサンプリング周波数とローパスフィルタをもちろん使用しても良い。
【００６７】
次のアプリケーションにおいて当該装置及び方法を特に用いることができる。
【００６８】
−エレベーターの呼び出しスイッチ、エレベーターのドア制御（開/閉）、エレベータレベルセレクタ、
−建物内の照明スイッチ及び電流スイッチ、
−アラーム装置、特に、火災又は盗難警報器のユーザインターフェース、
−家庭電化製品、特に、食器洗浄機、洗濯機、ハード(herd)、オーブン、ハード(herd)オーブンの組み合わせ、電子レンジ、及びバスルームの家具の電源スイッチ及びユーザインターフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月13日(2012.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの人間の指の表面部（１０）上での存在を検出する装置（１）であって、
圧電特性を有し、
下部導電層（１８）と上部導電層（１４）との間に配置された金属基板（２５）上に圧電材料の層（２８）を含み、
前記素子（２２）が接着剤層（１２）によって取り付けられ、可視可能で、前記圧電材料の層（２８）及び前記基板（２９）を横方向に超えて伸張した単一の表面部（１０）の下に位置され、かつ
前記表面部（１０）が指で押圧されたときのように力（F）が前記表面部（１０）に与えられたときに前記力（Ｆ）が自身の機械的ストレスに伝達され、前記機械的ストレスに応じて電圧出力（Ｖ）を生成するように前記装置（１）内に配置された少なくとも１つの素子（２２）と、
予め定められた期間内に前記電圧出力（Ｖ）を測定する手段（Ｒ２，Ｒ３，Ｃ３，ＩＣ１）と、
当該測定された電圧出力（Ｖ）の安定度を判別する手段（ＩＣ１）と、を備え、前記手段（ＩＣ１）は、
ｉ）前記測定された電圧出力が安定していることを前記安定度が示す場合には、人間の指と前記表面部との間の物理的接触が存在することを示し、
ii）前記測定された電圧出力が安定しないが、人間の指に起因する振動を含むことを前記安定度が示す場合には、人間の指と前記表面部との間の物理的接触が存在することを示すように構成されていることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
圧電特性を有する前記素子（２２）は、前記表面部（１０）の下方から前記表面部（１０）に取り付けられている前記上部導電層（１４）と、基板（２０）に取り付けられている前記下部導電層（１８）との間に配置され、前記上部導電層（１４）は前記素子（２２）の上部電極への電気的接触として作用し、前記下部導電層（１８）は前記素子（２２）の底部への電気的接触として作用することを特徴とする請求項１記載の装置（１）。
【請求項３】
前記装置（１）は、前記圧電材料の層（２８）に初荷重を生じさせるように構成されているドット（２６）を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の装置（１）。
【請求項４】
前記ドット（２６）は、前記圧電材料の層（２８）と前記上部導電層（１４）との間の電気的接触を確保するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の装置（１）。
【請求項５】
前記上部導電層（１４）は導電性泊であること、及び／又は前記下部導電層（１８）は金メッキを任意に有する銅層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項６】
前記下部導電層（１８）は、機械的ストレス下で素子（２２）の一部のために経路を与える十分の空間を提供する孔（２７）又は凹部を包含する一方、前記孔（２７）又は凹部のエッジに直接制限する前記下部導電層（１８）の領域（３０）が素子（２２）の端部（３９）のための支持面として動作することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項７】
前記孔（２７）又は凹部は円形であることを特徴とする請求項６記載の装置（１）。
【請求項８】
前記孔（２７）又は凹部は特に穴開け又はエッチングすることによって前記下部導電層（１８）に作成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の装置（１）。
【請求項９】
圧電特性を有する前記素子（２２）はセラミック圧電素子、クリスタル圧電素子、及び圧電特性を示すポリマー構造のいずれか１つであるか、又はそれらのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記素子（２２）は、前記表面部（１０）が指によって押圧されるときのように、前記表面部（１０）に力（Ｆ）が与えられたときに前記力（Ｆ）が前記素子（２２）を曲げることによって前記素子（２２）の機械的ストレスに伝達されるように前記装置（１）に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１１】
予め定められた期間内に前記電圧出力（Ｖ）を測定する手段（Ｒ２，Ｒ３，Ｃ３，ＩＣ１）と、前記測定された電圧出力（Ｖ）の前記安定度を判別する手段（ＩＣ１）とは、マイクロコントローラ（ＩＣ１）を含み、前記マイクロコントローラ（ＩＣ１）はアナログ信号である前記電圧出力（Ｖ）をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器を更に含み、前記ディジタル信号は前記マイクロコントローラ（ＩＣ１）においてソフトウェアアルゴリズムを用いて分析されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記装置（１）はセンサ又は前記センサの一部であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１記載の装置（１）。
【請求項１３】
機械又は装置、特に携帯装置のユーザインターフェースにおいて請求項１ないし１２のいずれか１の装置（１）を用いる方法であって、
前記装置（１）は、人間の指と前記ユーザインターフェースの前記表面部との間の物理的接触が存在するか否かを示し、好ましくは前記少なくとも１つの指が前記表面部（１０）を押圧する前記力（Ｆ）に相当する挿入力を測定するために用いられることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記装置（１）は、人間の指の存在を検出するように構成されている静電容量式タッチセンサ、前記ユーザインターフェースの前記表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている誘導式タッチセンサ、又は力の変化に反応し、前記ユーザインターフェースの前記表面部に与えられた力の変化を測定することによって人間の接触を感知するように構成されている圧電タッチセンサを達成するために用いられることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記装置（１）は、前記ユーザインターフェースとの人間の指のインターラクションの開始及び終了を信号で知らせるために用いられることを特徴とする請求項１３又は１４記載の方法。
【国際調査報告】
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