(57)【要約】  皮膚接触を検出するシステムは、電気トリガ信号を生成する信号生成部(9)と、キャパシタンス(CREF)及びレジスタンス(RPREF)を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路(10)と、皮膚に接触可能であり、電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブ(11)と、皮膚応答信号と基準信号とを比較し、皮膚の接触を示す信号を生成する比較部(4)とを有する。基準回路(10)のキャパシタンス(CREF)は皮膚容量の下限値を表し、基準回路(10)のレジスタンス(RPREF)は皮膚抵抗の上限値を表す。
2013524922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気トリガ信号を生成する信号生成部と、
容量及び抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路と、
皮膚に接触可能であり、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブと、
前記皮膚応答信号を前記基準信号と比較し、皮膚の接触状況を示す信号を生成する比較部と
を有する皮膚接触ディテクタ。
【請求項２】
前記基準回路の前記容量が皮膚容量の下限値を表し、
前記基準回路の前記抵抗が皮膚抵抗の上限値を示す、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。  
【請求項３】
前記比較部は、前記皮膚応答信号の電圧と前記基準信号の電圧とを比較する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項４】
前記基準回路の容量及び抵抗が並列に接続されている、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項５】
別の容量及び別の抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて別の基準信号を生成する別の基準回路を更に有し、
前記別の容量は皮膚容量の上限値を示し、
前記別の抵抗は皮膚抵抗の下限値を示す、請求項2に記載の皮膚接触ディテクタ。  
【請求項６】
前記皮膚応答信号と前記別の基準信号とを比較する別の比較部と、
前記皮膚応答信号が前記基準信号及び前記別の基準信号の間にあるか否かを示す出力を生成する出力信号生成部と
を更に有する請求項5に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項７】
前記電気トリガ信号は周期的なパルス信号を含む、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項８】
皮膚に接触可能であり、前記皮膚の別の場所において、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成する別のプローブと、
前記皮膚応答信号と前記基準信号とを比較する別の比較部と、
前記比較部及び前記別の比較部の出力に応じて皮膚接触信号を生成する出力信号生成部と
を有する請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項９】
手でつかめるように形成された表面を更に有し、前記手が前記表面をつかむと、前記手との電気通信が可能になるようにグランドが形成される、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１０】
前記グランドは前記表面を通じて前記手との容量結合を可能にする、請求項9に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１１】
ハウジングを更に有し、前記表面は前記ハウジングの外部表面の少なくとも一部をなす、請求項9に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１２】
ハウジングを更に有し、前記プローブは前記ハウジングから突出した導電性材料を有する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１３】
前記比較部に動作可能に結合されたスイッチを更に有し、前記スイッチは、前記比較部の出力に依存して前記皮膚に与える影響を制御する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１４】
電磁パルス又は光のソースを更に有し、前記スイッチは前記電磁パルス又は光のソースを制御する、請求項13に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１５】
請求項1に記載の皮膚接触ディテクタを有するパーソナルケア装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は皮膚接触ディテクタに関連する。本発明はパーソナルケア装置にも関連する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚接触センサは対象物付近に皮膚又は肌が存在することを検出するのに使用される。例えば、ある種の皮膚接触センサは抵抗性の皮膚接触センサである。抵抗性の皮膚接触センサは電圧ディバイダを有する。そのような抵抗性の皮膚接触センサの場合、異なる抵抗の電圧降下が比較及び分析される。しかしながら、抵抗性の皮膚接触センサは、特に皮膚の接触を検出するのに使用される場合、誤りを生じやすい。
【０００３】
より良い方法は容量性センサを使用することであり、容量性センサは皮膚の上にある2つ以上の電極間の容量を評価及び測定する。容量値の測定は、通常、抵抗値の測定よりも複雑である。
【０００４】
特許文献1に記載の装置は、a)一群のプローブと、b)受信した電気信号各々を検出する信号検出部と、c)比較手段と、d)出力提供装置とを有し、前記一群のプローブ各々は、皮膚に同時に又は並列的に接触しかつ皮膚の上で所定のパターン又は形を規定する複数の先端部を有し、少なくとも1つのプローブはパルス電気信号を送信し、少なくとも1つのプローブは送信された電気信号を受信し、前記比較手段は、信号検出部の少なくとも1つの検出信号から取得した数値と少なくとも1つの所定の数値とを比較し、前記出力提供手段は、検出信号から取得した数値が所定の数値と所定値以上異なっていた場合に出力を提供する。所定値が電圧であった場合、レンジの最小値は皮膚について既知の最小値より大きいことが好ましい。所定値が容量に関連する場合、所定値は閾値に到達するまでに経過する時間に基づくことが好ましい。比較手段は、マイクロプロセッサと閾値を保存する記憶手段とを有する。この装置は、様々な皮膚状態の局所的な処置に使用される超短パルス光装置を制御するために使用されかつ不要な毛の成長に影響を及ぼすために使用される。この装置はマルチチャネルアナログディジタル変換部(ADC)及びマイクロプロセッサを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第2008/129324号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示される発明の課題は、新規な皮膚接触ディテクタ及びパーソナルケア装置(personal  care  appliance)を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示される発明による皮膚接触ディテクタは、
電気トリガ信号を生成する信号生成部と、
容量及び抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路と、
皮膚に接触可能であり、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブと、
前記皮膚応答信号を前記基準信号と比較し、皮膚の接触状況を示す信号を生成する比較部と
を有する皮膚接触ディテクタである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】皮膚接触を検出するシステムの一形態を示すブロック図。
【図２】皮膚接触を検出するシステムの別の形態を示すブロック図。
【図３】有効な皮膚接触が無い場合の信号のグラフを示す図。
【図４】有効な皮膚接触が有る場合の信号のグラフを示す図。
【図５】2つの基準回路を有する形態を示すブロック図。
【図６】図5に関する状態図。
【図７】複数の皮膚接触プローブが存在する形態を示すブロック図。
【図８】在宅介護装置が使用されている様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜発明の概要＞
(1)開示される発明によれば、有利なことに、改善された皮膚接触ディテクタが得られる。本発明の第1の形態によれば皮膚接触ディテクタが提供され、当該皮膚接触ディテクタは、
電気トリガ信号を生成する信号生成部と、
キャパシタンス(容量)及びレジスタンス(抵抗)を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路と、
皮膚又は肌に接触可能であり、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブと、
前記皮膚応答信号と前記基準信号とを比較し、皮膚の接触を示す信号を生成する比較部と
を有する皮膚接触ディテクタである。
【００１０】
皮膚応答信号は、プローブに電気的に接触している任意の抵抗及び容量に依存する。人体がプローブに触れると、抵抗及び/又は容量が変化し、その結果、プローブで測定される信号が変化する。基準回路に選択されている抵抗及び容量は、皮膚の電気特性の簡易なモデルとして機能する。従って、皮膚応答信号と基準信号とを比較することで、皮膚の容量及び抵抗の双方が同じ電気回路で検査される。これは、容量のみ又は抵抗のみによる検査と比較して、皮膚の接触検出の信頼性を改善する。更に、電機部品は限られている。処理ユニットは必要ではない。本システムは比較的簡易な電気部品で実現できる。
【００１１】
(2)前記基準回路の前記容量が皮膚容量の下限値を示し、前記基準回路の前記抵抗が皮膚抵抗の上限値を表してもよい。皮膚の容量は、通常、プローブ周囲の空気の容量よりも大きい。更に、皮膚の抵抗は通常、プローブ周囲の空気の抵抗よりも低い。このため、皮膚がプローブの近くに移動すると、プローブでの容量は増加しかつプローブでの抵抗は減少する。容量及び抵抗が、空気に対する値及び皮膚に対する値の間で選択される場合、それらは皮膚接触を検出するための閾値として使用可能である。皮膚がプローブと接触する場合、基準信号及び皮膚応答信号の差分の符号は変更されてもよい。これは皮膚の検出を簡易にする。
【００１２】
(3)前記比較部は、前記皮膚応答信号の電圧と前記基準信号の電圧とを比較してもよい。信号の電圧は低コストの部品により比較的簡易に比較できる。更に、トリガ信号に対する電圧の応答は、容量及び抵抗の双方の影響を受ける。容量の増加は、電圧が基準信号よりもかなり緩やかに上昇するようにし、トリガパルスの開始以降少なくとも一時的に、基準信号に対する電圧を低くする。抵抗の低下は、皮膚応答信号の電圧が低くなるようにする。容量の増加及び抵抗の低下に起因する影響は、皮膚応答信号において有効に組み合わせられ、皮膚応答信号をかなり低電圧にする。
【００１３】
(4)前記基準回路の容量及び抵抗は並列に接続されてもよい。この構成は人間の皮膚の電気特性のモデルを与える。なぜなら、人間の皮膚も並列的な容量及び抵抗を有するからである。このように、基準信号の形状は皮膚応答信号に適切に合致する。
【００１４】
(5)本システムは、別の容量及び別の抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて別の基準信号を生成する別の基準回路を更に有し、前記別の容量は皮膚容量の上限値を示し、前記別の抵抗は皮膚抵抗の下限値を示す。このように、皮膚が接触する場合に予想される容量及び抵抗の境界を表す2つの基準信号が取得される。これは、非常に高い導電性の材料又は非常に高い容量の材料との接触と、皮膚の接触とを区別できるようにすることで、検出精度を改善する。
【００１５】
(6)本システムは、前記皮膚応答信号と前記別の基準信号とを比較する別の比較部と、前記皮膚応答信号が前記基準信号及び前記別の基準信号の間にあるか否かを示す出力を生成する出力信号生成部とを更に有してもよい。2つの基準信号は、皮膚が接触した場合の皮膚応答信号(例えば、電圧)の上限及び下限を表してもよい。これは、別の比較部及び出力信号生成部を使用する場合に有利に使用できる。
【００１６】
(7)前記電気トリガ信号は周期的なパルス信号を含んでもよい。そのような周期的なパルスは、容量に依存する傾斜(slope)及び抵抗に依存する収束値を有する皮膚応答信号及び基準信号を生成する。これは、双方の特性が1つの回路で同時に比較できるようにする。更に、周期性は、規則的な時間間隔で傾斜(すなわち、容量)を検査できるようにする。周期的なパルス信号の具体例は、クロック信号である。
【００１７】
(8)本システムは、皮膚に接触可能であり、前記皮膚の別の場所において、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成する別のプローブと、前記皮膚応答信号と前記基準信号とを比較する別の比較部と、前記比較部及び前記別の比較部の出力に応じて皮膚接触信号を生成する出力信号生成部とを有してもよい。これは、よりいっそう信頼性が高い測定値を提供する。更に、プローブと別のプローブとの間の領域が皮膚に近いか否かを検査できるようにする。このように、皮膚接触センサを有する装置をより正確に配置することを実現できる。
【００１８】
(9)本システムは、手でつかめるように形成された表面を更に有し、前記手が前記表面をつかむ又は握ると、前記手との電気通信が可能になるようにグランド又は接地が形成されてもよい。これはグランドを提供するのに便利な方法である。如何なる個別的な接地プローブも必要ない。
【００１９】
(10)例えば、前記グランドは前記表面を通じて前記手との容量結合を可能にするように配置される。
【００２０】
(11)本システムはハウジングを更に有し、前記表面は前記ハウジングの外部表面の少なくとも一部をなしてもよい。これは、例えば携帯用の装置(装置の表面を握ることでつかめる装置)に特に有利である。また、本システムは例えば把持部(grip  element)又は接触可能な表面を有する大きな機器に使用されてもよい。
【００２１】
(12)前記プローブはハウジングから突出した導電性材料を有してもよい。この形態は皮膚の表面にプローブが接触することを促す。
【００２２】
(13)本システムは、前記比較部に動作可能に結合されたスイッチを更に有し、前記スイッチは、前記比較部の出力に依存して前記皮膚に与える影響を制御する。このように、その影響は皮膚が適切な位置にあることを条件としてもよい。これは安全性を高める。
【００２３】
(14)本システムは電磁パルス又は光のソースを更に有し、前記スイッチは前記電磁パルス又は光のソースを制御する。このように、パルス又は光は、検出される皮膚との接触がなければ抑制されてもよい。光のソースはレーザ光源を備えていてもよい。
【００２４】
(15)本発明の他の形態は、上記の皮膚接触を検出するシステムを備えたパーソナルケア装置(personal  care  appliance)を提供する。これは、パーソナルケア装置の動作が、有効な皮膚接触の存否に依存して制御されることを可能にする。
【００２５】
＜詳細な説明＞
本発明に関する上記及び他の形態は以下に詳細な説明を参照することで更に明らかになるであろう。
【００２６】
本願では、特に、皮膚又は肌の抵抗及び容量の双方の特性を使用して、皮膚接触検出の信頼性を向上させる皮膚接触センサの解決手段が開示される。特に、比較的少ない数の電子部品しか使用されない。双方の測定原理が同じ電位回路により評価できる。従来技術の場合、通常、2つ(又はそれ以上)の別個の判定回路が、接触センサの抵抗及び容量の変化を測定するために実装されなければならない。
【００２７】
皮膚接触センサは、抵抗リファレンス要素と容量リファレンス要素とを有する。これらの要素は比較要素により皮膚接触要素と比較される。リファレンス要素及び皮膚接触要素には、例えば、クロック(CLK)又はパルス幅変調(PWM)信号のような周期的なトリガ信号により電力が与えられる(CLK信号やPWM信号はマイクロコントローラ又はその他の手段により簡易に実現できる)。
【００２８】
リファレンス要素及び皮膚接触センサの個々の出力は、簡易な比較要素(例えば、比較部、演算増幅器等)により又はマイクロコントローラにより直接的に比較される。抵抗リファレンス要素及び皮膚接触要素の電圧降下は抵抗(及びトリガ信号の振幅)に依存する。
【００２９】
抵抗の評価に加えて、皮膚接触センサの容量の動きも容量リファレンス要素と比較される。そのため、同じ比較要素が、皮膚接触センサの時定数及び容量リファレンス要素の時定数の差分を測定するために使用可能である。使用されるCLK又はPWM信号の急速な過渡現象に起因して、リファレンス要素及び皮膚接触要素の過渡応答電圧同士の電位差を測定することで、容量値を評価できる。皮膚接触センサの容量値がリファレンス要素の容量値より高かった場合、皮膚接触要素の時定数はリファレンス要素の時定数より高い。この場合、皮膚接触要素の電圧はリファレンス要素の電圧より一時的に低くなり、これは比較部により検出可能である。
【００３０】
抵抗及び容量性のリファレンス要素が使用されてよいので、皮膚接触センサの較正は、リファレンス要素の抵抗及び容量を設定することで実行できる。こうして、(例えば、完全な接触、部分的な接触、ボディクリームを塗っている場合にのみ有効な接触、肌が濡れている場合にのみ有効な接触、肌が乾燥している場合にのみ有効な接触．．．等のような)様々な「皮膚接触検出」を行うことが可能である。
【００３１】
図1は、皮膚の接触を検出するシステム又は皮膚接触ディテクタを示す。システムは、皮膚応答信号を測定するために皮膚に触れることが可能なプローブ11を有する。システムは、電気トリガ信号を生成する信号生成部9を更に有する。このトリガ信号は例えばゼロボルトから5ボルトに至るステップ関数により表現されてもよい。任意の他の信号を使用することが可能である。一定でないトリガ信号は容量を測定するのに有利である。
【００３２】
信号生成部9はプローブ11に動作可能に接続されている。従って皮膚応答信号はトリガ信号に依存する。信号生成部9は、更に、容量及び抵抗を有するリファレンス回路10に動作可能に接続され、リファレンス回路はトリガ信号に応じてリファレンス信号を生成する。信号生成部9及びプローブ11の間には付加回路5が設けられてもよい。プローブ11及びリファレンス回路10は比較部4に動作可能に接続されている。比較部4は皮膚応答信号をリファレンス信号と比較する。ある付加回路6がプローブ11及び比較部4の間に設けられてもよい。比較部の出力は皮膚の接触の状況を示す。皮膚接触検出の精度を改善するため、ANDゲート7は、比較部及び信号生成部の出力を入力とする。これは、信号の関連する部分のみが出力信号8で考慮されるようにする。ANDゲートの機能は例えばマイクロコントローラにより提供されてもよい。リファレンス回路10の容量又はキャパシタンスは、皮膚容量の下限を表してもよい。リファレンス回路10の抵抗又はレジスタンスは皮膚抵抗の上限を表してもよい。接地又はグランド部12は、皮膚接触の用途の場合、皮膚に触れる別のプローブとして実現されてもよい。
【００３３】
図2は皮膚の接触を検出するシステムをより詳細に示す。本願の図面を通じて同じ要素には同じリファレンス番号が付されている。リファレンス回路10は容量CREFに並列に位置する抵抗RPREFを有する。別の抵抗RSREFは抵抗RPREF及び容量CREFに直列に設けられている。この例の場合、付加回路5は、抵抗RSSKIN及び抵抗RSKINを有する電圧分割部を有し、後者の抵抗RSKINはグランドに接続され、プローブは抵抗RSSKIN及び抵抗RSKINの間に設けられている。図中、破線で示されているように、プローブに接続される皮膚又は肌は、電気的には、可変抵抗PRSKIN及び並列可変容量CSKINのように振る舞う。図1に関して説明したように、リファレンス回路10のキャパシタンスCREFは皮膚の容量の下限を表し、リファレンス回路10の抵抗PRREFは皮膚の抵抗の上限を表してもよい。比較部4は、皮膚応答信号の電圧とリファレンス信号の電圧とを比較する。比較結果の信号OUT_COMPと信号生成部9の出力とは、例えばANDゲート7で合成され、最終的な出力信号8が得られる。
【００３４】
2つのプローブが使用され、一方のプローブは皮膚接触プローブ11であり、他方のプローブはグランドに接続されてもよい。これは、図1及び図2の双方について成り立つ。しかしながら、本願の他の箇所で説明されるように、2つのプローブを使用することは限定ではない。双方のプローブは、皮膚がプローブに触れた場合に何れのプローブも電気的な接触をなすように、互いに並べて設けられていてもよい。
【００３５】
皮膚接触センサ及びリファレンス要素にはトリガ信号が供給され、リファレンス要素及び皮膚接触センサの過渡応答が得られる。2つのメイン信号パラメータは、皮膚接触要素11から取得された信号で観測される：
ΔUSKIN：皮膚抵抗(RPSKIN)による接地電位に対する電圧降下。  
ΔτSKIN：皮膚容量(CSKIN)による過渡応答上昇時間。  
対応する信号はリファレンス信号10から得られる信号で観測される：
ΔUREF：リファレンス要素10の抵抗(RPREF)による接地電位に対する電圧降下。  
ΔτREF：リファレンス要素10の容量(CREF)による過渡応答上昇時間。
【００３６】
皮膚値(ΔUSKIN，ΔτSKIN)がリファレンス値(ΔUREF，ΔτREF)よりも高い限り、比較要素4の出力は「低い」。皮膚値(ΔUSKIN，ΔτSKIN)がリファレンス値(ΔUREF，ΔτREF)よりも低い限り、比較要素4の出力は「高い」。しかしながら、このことは本発明の限定ではない。例えば、皮膚接触プローブ11及びリファレンス回路10の比較部への接続の仕方を反転すること、測定値の「高い」及び「低い」の関係は反転する。
【００３７】
規定された直列抵抗(RSREF)及び規定された容量(CREF)を有するリファレンス要素は、CLK信号により規定された過渡応答上昇時間(ΔτREF)を有するローパスフィルタを形成する。この過渡応答上昇時間は、ローパスフィルタの可変過渡応答上昇時間(ΔτSKIN)と比較され、そのローパスフィルタは同じCLK信号により規定される直列抵抗(RSSKIN)及び可変容量(CSKIN)により形成される。ここで、可変容量(CSKIN)は、プローブ11に接している又は非常に接近している人体(皮膚又は肌)の容量に関連する。これは、皮膚がプローブに接触しているか否かに応じて容量(CSKIN)は異なるので可変であり、更に、皮膚の性質及び皮膚の上にある如何なるもの(例えば、水分又はジェル)にも依存する。様々な上昇時間に関連する少なくとも一時的な電圧変動が存在するので、様々な応答時間が比較部により検出される。
【００３８】
付加的に設けられた並列抵抗器(RPREF)は、設けられている直列抵抗(RSREF)と共に特定のリファレンス電位差(ΔUREF)を生じさせる。皮膚も(可変)抵抗RPSKINを有し、直接抵抗RSSKINと共に可変電位差(ΔU1SKIN)を生じさせ、これは基準電位差(ΔUREF)と比較される。皮膚の容量及び抵抗に起因する電位差及び上昇時間の差分は加算され、皮膚が接触している場合の電圧及び皮膚が接触していない場合の電圧の間の増加した差分をもたらす。
【００３９】
比較部の負入力の電圧値(SKIN)が正入力の電圧値(REF)よりも高い限り、比較部の出力(OUT_CMP)は「低い」値となる(これは、RPSKINがRPREFより高い場合及び/又はCSKINがCREFより低い場合である)。比較部の負入力の電圧値(SKIN)が正入力の電圧値(REF)よりも低くなると、比較部の出力(OUT_CMP)は「高い」値に切り替わる(これは、RPSKINがRPREFより低い場合及び/又はCSKINがCREFより高い場合である)。しかしながら、これは単なる一例にすぎない。SKIN及びREFの信号は入れ替わってもよく、入れ替わった場合、信号の否定による動作が行われ、「高い」及び「低い」の状況が入れ替わる。
【００４０】
電気回路が正常な動作状態であった場合、皮膚接触プローブ11だけでなくリファレンス回路10にも同じCLK信号が供給される。リファレンス回路10の電子部品(図2の例の場合、RSREF、RPREF及びCREF)は、所定の抵抗による電圧降下(ΔU1REF)及び所定の過渡上昇時間(Δτ1REF)の挙動を生じさせる。皮膚接触回路13の電子部品(例えば、RSSKIN、RSKIN、RPSKIN及びCSKIN)は、抵抗による電圧降下(ΔU1SKIN)及び過渡上昇時間(Δτ1SKIN)の挙動を生じさせるが、RPSKIN及びCSKINの値は可変であり、皮膚によって規定される。プローブ11及びグランド(GND)の間に皮膚の接触が一切無かった場合、RPSKINの追加的な値は非常に高くなり(開放状態)、付加的な容量CSKINは非常に低くなる(特定の低誘電性(low  specific  dielectric))。
【００４１】
図3は、皮膚の接触が有効でない場合の電圧の影響を示す2つのグラフを示す。グラフは単なる概略に過ぎず、寸法を描いているわけではない点に留意を要する。特に、異なるグラフの寸法は同一ではない。図3の上のグラフはリファレンス要素及び皮膚接触センサの過渡的な信号の挙動の一例を示す。有効な皮膚の接触がない限り、CSKINは非常に低いので、皮膚接触センサの過渡上昇時間(SKIN)はリファレンス要素の過渡上昇時間(REF)よりも短い。クロックパルスの間、皮膚接触センサの電圧はリファレンス要素の電圧より高いので、比較部の入力電位差(ΔU)は負の(すなわち低い)出力(OUT_CMP)を生じさせる。ANDゲート7は、クロックパルスの間でない差分信号を破棄する。
【００４２】
図3の下側のグラフは、リファレンス要素及び皮膚接触センサの例示的な抵抗信号の挙動を概略的に示す。有効な皮膚の接触が一切無い限り、RPSKINは非常に高いので、皮膚接触センサの出力電圧(SKIN)は、リファレンス要素の出力電圧(REF)よりも高い。皮膚接触センサの電圧はリファレンス要素の電圧より高いので、比較部の入力の間の電位差(ΔU)は負の(すなわち低い)出力(OUT_CMP)を生じさせる。CLK信号が低い状態に変わっても、比較部の入力同士の間には正の電位差があるので、比較部の出力(OUT_CMP)は負の(すなわち低い)値に留まり続ける。
【００４３】
図4は、有効な皮膚の接触がある場合、すなわちプローブ11が皮膚に接触している場合のグラフを示す。グラフは単なる概略に過ぎず、寸法を描いているわけではない点に留意を要する。特に、異なるグラフの寸法は同一ではない。図4の上のグラフはリファレンス回路(REF)及び皮膚接触回路(SKIN)の過渡的な信号の挙動の一例を示す。有効な皮膚の接触がある場合、CSKINは、有効な皮膚の接触がない場合よりも高い。皮膚の接触がある場合にCSKINがCREFより高くなるように、CREFは選択されてもよい。その結果、皮膚接触回路の過渡上昇時間(SKIN)は、リファレンス要素の過渡上昇時間(REF)よりも長い。皮膚接触回路の電圧はリファレンス回路の電圧よりも低いので、比較部の入力同士の間の負の電位差(-ΔU)は、比較部からの正の(すなわち高い)出力(OUT_CMP)を生じさせる。皮膚接触回路の電圧(SKIN)はリファレンス回路の電圧(REF)より高いが、クロックパルスの終了は過渡下降時間の開始となるので、比較部の出力におけるそのような影響はANDゲート7により破棄される。
【００４４】
図4の下側のグラフは、リファレンス要素及び皮膚接触センサの抵抗信号の挙動の概略を示す。有効な皮膚の接触が有る場合、RPSKINは、皮膚の接触が無い場合よりも低い。特に、皮膚の接触がある場合に、皮膚接触センサの出力電圧(SKIN)がリファレンス要素の出力電圧(REF)より低くなるように、リファレンス回路の抵抗RPREFは選択される。皮膚接触回路の電圧はリファレンス要素の電圧よりも低いので、比較部の入力同士の間の負の電位差(-ΔU)は、比較部からの正の(すなわち高い)出力(OUT_CMP)を生じさせる。CLK信号が低い状態に変化しても、比較部の入力同士の間に負の電位差が生じているので、比較部の出力(OUT_CMP)は正の(すなわち高い)値に留まる。OUT_CMPの値がどの程度長く高レベルに留まれるかは、リファレンス要素の放電特性に依存する。図示の例では、OUT_CMPの値は徐々に電圧レベルを減少させていることが分かる。しかしながらこの影響はANDゲート7が機能するならば関係ない。
【００４５】
ANDゲート7は個別の電子部品でもよい。ANDゲート7はマイクロコントローラ、PGA、FPGA、論理アレイその他の手段に実装されてもよい。皮膚の接触が有効であった場合、ANDゲートの出力(OUTPUT)はクロック信号とほぼ同様に振る舞う。皮膚接触センサの容量がリファレンス要素の容量値よりも高い場合及び/又は皮膚接触センサの抵抗がリファレンス要素の抵抗値よりも低い場合に、皮膚接触は有効である。皮膚接触が有効でない場合、OUTPUT信号は低い値で一定になる。
【００４６】
皮膚接触センサを較正すると、様々な「皮膚接触状況(skin  contact  scenarios)」に対応できる。例えば、完全に接触している場合の接触、部分的に接触している場合の接触、皮膚にボディクリームを塗っている場合にのみ有効な接触、皮膚が濡れている場合にのみ有効な接触、皮膚が乾燥している場合にのみ有効な接触等のうちの何れかの場合に限って、皮膚接触が有効に検出されてもよい。このような較正又はキャリブレーションは、リファレンス回路の電子部品(RSREF、RPREF及びCREF)を調整又は交換することで実行可能である。この目的のため、リファレンス回路の電子部品の値(抵抗値、キャパシタンス、インダクタンス等)は可変であってもよい。追加的又は代替的に、複数のリファレンス回路10及び対応する比較部4が実現され、それら各々は、上記の状況のうち異なるものに合わせて較正され、様々な種類の皮膚接触の状況において様々な制御信号を生成できるようにしてもよい。
【００４７】
複数のリファレンス回路10及び対応する比較部4は、皮膚接触検出を改善するために使用されてもよい。例えば、皮膚接触センサが例えば非常に高い容量又は非常に低いオーミック表面にさらされた場合に、有効な皮膚接触信号が生じることが回避されてもよい。そのような状況は、皮膚の接触部分が水に濡れた場合又は短絡された場合に生じるおそれがある。
【００４８】
図5は皮膚の接触を検出するシステムのブロック図を示す。上述したように、図中、同様な要素には同様な参照番号で示されている。皮膚接触回路13、リファレンス回路10及び比較部4は図2に関して説明したものと同様である。簡明化のため、リファレンス回路10の電子部品等には添え字として1が付されている。図5に示すシステムは別の容量又はキャパシタンス(CREF2)及び別の抵抗又はレジスタンス(RPREF2)を有する別のリファレンス回路14も有し、別のリファレンス回路14は、クロック9のクロック信号であってもよいトリガ信号に依存して別のリファレンス信号を生成する。上述したように、この別のリファレンス回路14は、様々な状況において、複数の接触状況を検出できるようにするため又は検出の精度又は質を改善するために使用される。図5に示す形態の場合、システムは、皮膚接触回路13の信号(の値)が、2つのリファレンス回路からのリファレンス信号(の値)の間にあるか否かを判定する。ただし、このことは本発明の限定ではない。比較部4、15及び出力信号生成部7の他の形態も可能である。この形態の場合、別のキャパシタンス又は容量(CREF2)が皮膚容量の上限を表し、別のレジスタンス又は抵抗(RPREF2)が皮膚抵抗の下限を表す。本システムは、皮膚応答信号(SKIN)を別のリファレンス信号(REF2)と比較する別の比較部15を有する。本システムは出力信号生成部7を更に有し、出力信号生成部7は、皮膚応答信号(の値)がリファレンス信号(の値)及び別のリファレンス信号(の値)の間にあるか否かを示す出力を生成する。
【００４９】
図示されているように、出力信号生成部7はANDゲートであってもよい。ただし、このことは本発明の限定ではない。追加的なリファレンス回路は、許容可能な最小の皮膚抵抗(RPREF2)及び許容可能な最大の皮膚容量(CREF2)を規定してもよい。皮膚抵抗がRPREF2の値より小さくなった場合又は皮膚容量がCREF2の値を超えた場合、比較部15(COMP2)の出力は低い値に落ち込み、ANDゲートの出力(OUTPUT)は低い値になる。このため、別のリファレンス回路14は、別の比較部15の負入力に結合されている。ただし、このことは本発明の限定ではない。別のリファレンス回路14を正入力に接続することも可能である。これは他の機能を実現するのに使用可能である。更に、適切に形成された出力信号生成部7により補正されてもよい。
【００５０】
図6は、図5に示す皮膚検出回路の「有効状態図(valid  state  diagram)」の概略を示す。水平方向の軸は皮膚抵抗(RPSKIN)を表し、縦方向の軸は皮膚容量(CSKIN)を表す。図示されているように、CREF2＞CREF1及びRPREF1＞RPREF2である。CSKINがCREF1より低かった場合及び/又はRPSKINがRPREF1より高かった場合、皮膚検出回路の出力は「非有効(not  valid)」又は「低」(図中の状態1)となる。CSKINがCREF1より高くCREF2より低く、及び/又はRPSKINがRPREF1より低くRPREF2より高かった場合、皮膚検出回路の出力は「有効(valid)」又は「高」(図中の状態2)となる。CSKINがCREF2より高かった場合及び/又はRPSKINがRPREF2より低かった場合、皮膚検出回路の出力は「非有効(not  valid)」又は「低」(図中の状態3)となる。
【００５１】
図7は、プローブP1及び別のプローブP2という何れも皮膚に接触可能なプローブを有する皮膚接触ディテクタの概略図を示し、皮膚接触ディテクタはトリガ信号に依存して皮膚応答信号を測定する。これらのプローブP1及びP2は、機器の表面上で互いに隣接して設けられ、皮膚又は肌の2つ以上の領域又は地点を検査する。プローブP1は回路16に接続され、プローブP2は回路18に接続される。これらの回路16、18は、皮膚応答信号をリファレンス信号と比較する比較部4と共に、図2に示すものと同様な構造を有してもよい。これらの回路は、別々のリファレンス回路を有していてもよいし或いは同じリファレンス回路を共有してもよい。回路16及び18の出力信号OUT1及びOUT2は図2のOUT_COM又は出力信号8に対応する。出力信号OUT1及びOUT2は、ANDゲートであってもよい出力信号生成部17により合成され、出力皮膚接触信号19が得られる。
【００５２】
この場合における皮膚接触ディテクタは、1つより多い数の皮膚接触プローブP1、P2、．．．を有する。図示されているように、2つのプローブP1、P2より多い数に本システムを拡張することが可能である。皮膚接触プローブはそれらに接続された回路16、18を有し、任意の皮膚接触を検出する。皮膚接触プローブ(P1、P2、．．．)各々の結果の信号(OUT1、OUT2)は、出力信号生成部17により合成される。出力信号生成部17は図示されているようにANDゲートを有してもよく、ANDゲートは、個々のプローブからの結果の信号の各々(OUT1、OUT2、．．．)が有効な皮膚接触を示す場合に限って、有効な皮膚接触信号を出力する。CP1及びCP2は、皮膚を介した皮膚接触システムのグランドへの容量接続を表す。グランドは別のプローブに接続されてもよいし、或いは別々に設けられてもよい(この点については後述する)。
【００５３】
図8はパーソナルケア装置20で使用する皮膚接触センサを示す。パーソナルケア装置20は例えば顔の肌のような皮膚表面21に触れる2つのプローブP1、P2を有する。皮膚21の接触部分は、容量CP1及びCP2(分散容量(strew  capacitance))により概略的に表現されているように、同じ人の手(装置を持っている人の手)22と電気的に接触している。プローブP1及びP2は上述したように皮膚の接触を検出する回路に接続されている。この回路は、この例の場合、図示されているように印刷回路基板(PCB)上に実装されている。皮膚接触センサのグランド(GND)は、パーソナルケア装置20の多岐管筐体又はマニホールドハウジング(manifold  housing)に接続され記号CGNDとして概略的に示されているように手22と少なくとも容量接続を形成している。ハウジングは非導電性材料で形成されている。ハウジングは、パーソナルケア装置20を手で持つための表面を有し、その表面にグランドが接続されている。一般に、手がその表面をつかんだ場合に、グランドは、例えば容量接続により、手と電気的な通信を可能にする。
【００５４】
プローブP1、P2は図示されているようにハウジングから突出している。ただし、プローブは突出していなくてもよい。それらは導電性材料で形成されている。グランドは、図8に示すようにグリップ表面により実現される代わりに、P1及びP2と同様に導電性材料のプローブとして実現されてもよい。
【００５５】
一般に、皮膚の接触を検出するシステムは装置の動作を制御するのに使用されてもよい。例えば、光信号又は聴覚的信号を生成するような装置の動作を制御するために、スイッチが比較部に動作可能に接続されてもよい。その動作は例えば肌の手入れを行うために肌に影響を与える。皮膚の接触を検出するシステムは、スイッチ手段によ電磁パルス又は光のソースを制御するために使用されてもよい。
【００５６】
説明されたシステムは、完全な皮膚接触、部分的な皮膚接触又は特殊な状況の皮膚接触を検出する必要がある如何なる場合にも使用可能である。例えばそれはスキンケア装置に使用されてもよい。そのようなスキンケア装置は、ハイパワーフラッシュのソース(或いは一般的には電磁パルス又は光のソース)、又はハイパワーレーザ光のソースを有していてもよい。そのようなソースは皮膚接触センサの出力を用いて制御されてもよい。例えば、皮膚接触ディテクタは安全性を測るために使用されてもよい。皮膚の接触が検出された場合に限ってエネルギ原がアクティブにされてもよい(起動されてもよい)。
【００５７】
上記の実施の形態は本発明の例示であり限定ではないこと、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計できることに留意すべきである。特許請求の範囲において、括弧内に示されている如何なる参照符号も(それが存在する場合)、特許請求の範囲を限定するように解釈してはならない。「有する(comprising)」とう用語及びその類義語は、請求項に記述されているもの以外の要素又はステップが存在することを排除しない。要素に先行する「ある」又は「或る」(a、an)という用語はその要素が複数個存在することを排除しない。本発明は、いくつもの個別素子を有するハードウェア手段により実現されてもよいし、適切にプログラムされたコンピュータにより実現されてもよい。複数の手段を列挙している装置クレームにおいて、それら複数の手段が1つの同一のハードウェアにより実現されてもよい。ある要素が互いに異なる従属請求項で引用されているというそれだけのことで、それらの要素の組み合わせが有利に使用できないことを示すわけではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月23日(2012.10.23)
【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】
電気トリガ信号を生成する信号生成部と、
皮膚の電気特性のモデルとして機能する並列的な容量及び抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路と、
皮膚に接触可能であり、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブと、
前記皮膚応答信号を前記基準信号と比較し、皮膚の接触状況を示す信号を生成する比較部と
を有し、前記プローブは該プローブとの電気接触による抵抗及び容量に依存して前記皮膚応答信号を生成する、皮膚接触ディテクタ。
【請求項２】
前記基準回路の前記容量が皮膚容量の下限値を表し、
前記基準回路の前記抵抗が皮膚抵抗の上限値を示す、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項３】
前記比較部は、前記皮膚応答信号の電圧と前記基準信号の電圧とを比較する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項４】
別の容量及び別の抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて別の基準信号を生成する別の基準回路を更に有し、
前記別の容量は皮膚容量の上限値を示し、
前記別の抵抗は皮膚抵抗の下限値を示す、請求項2に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項５】
前記皮膚応答信号と前記別の基準信号とを比較する別の比較部と、
前記皮膚応答信号が前記基準信号及び前記別の基準信号の間にあるか否かを示す出力を生成する出力信号生成部と
を更に有する請求項4に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項６】
前記電気トリガ信号は周期的なパルス信号を含む、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項７】
皮膚に接触可能であり、前記皮膚の別の場所において、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成する別のプローブと、
前記皮膚応答信号と前記基準信号とを比較する別の比較部と、
前記比較部及び前記別の比較部の出力に応じて皮膚接触信号を生成する出力信号生成部と
を有する請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項８】
手でつかめるように形成された表面を更に有し、前記手が前記表面をつかむと、前記手との電気通信が可能になるようにグランドが形成される、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項９】
前記グランドは前記表面を通じて前記手との容量結合を可能にする、請求項8に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１０】
ハウジングを更に有し、前記表面は前記ハウジングの外部表面の少なくとも一部をなす、請求項8に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１１】
ハウジングを更に有し、前記プローブは前記ハウジングから突出した導電性材料を有する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１２】
前記比較部に動作可能に結合されたスイッチを更に有し、前記スイッチは、前記比較部の出力に依存して前記皮膚に与える影響を制御する、請求項1に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１３】
電磁パルス又は光のソースを更に有し、前記スイッチは前記電磁パルス又は光のソースを制御する、請求項12に記載の皮膚接触ディテクタ。
【請求項１４】
請求項1に記載の皮膚接触ディテクタを有するパーソナルケア装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
開示される発明による皮膚接触ディテクタは、
電気トリガ信号を生成する信号生成部と、
皮膚の電気特性のモデルとして機能する並列的な容量及び抵抗を有し、前記電気トリガ信号に応じて基準信号を生成する基準回路と、
皮膚に接触可能であり、前記電気トリガ信号に応じて皮膚応答信号を生成するプローブと、
前記皮膚応答信号を前記基準信号と比較し、皮膚の接触状況を示す信号を生成する比較部と
を有し、前記プローブは該プローブとの電気接触による抵抗及び容量に依存して前記皮膚応答信号を生成する、皮膚接触ディテクタである。
【国際調査報告】
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2013524922.tif 000012
2013524922.tif 000013