(57)【要約】本発明は、携帯デバイスへの接近を検出するための、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスに関し、容量性測定デバイスは、切替デバイスを有し、容量性測定デバイスの接地は、切替デバイスによって、携帯デバイスの導電性構造とガルバニックに接続可能であって、容量性測定デバイスは、携帯デバイス上に配置され得る少なくとも１つの接地電極を有する接地電極構造を有し、容量性携帯デバイスの接地は、切替デバイスによって、少なくとも１つの接地電極とガルバニックに接続可能である。さらに、本発明は、本発明による容量性測定デバイスによる携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近の検出のための方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスであって、該容量性測定デバイスは、該携帯デバイスへの接近を検出するためのものであり、
該容量性測定デバイスは、切替デバイス（Ｓ）を有し、
該容量性測定デバイスの接地（ＧＮＤ）は、該切替デバイス（Ｓ）によって、該携帯デバイスの導電性構造（Ｇ）とガルバニックに接続可能であり、
該容量性測定デバイスは、少なくとも１つの接地電極（ＥＭ）を有する該携帯デバイスに配列され得る接地電極構造を有し、該容量性測定デバイスの該接地（ＧＮＤ）は、該切替デバイス（Ｓ）によって該少なくとも１つの接地電極（ＥＭ）とガルバニックに接続可能である、容量性測定デバイス。
【請求項２】
前記切替デバイス（Ｓ）は、
前記容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）と
前記導電性構造（Ｇ）、もしくは、
前記接地電極構造の少なくとも１つの接地電極（ＥＭ）とをガルバニックに接続するか、または、
該導電性構造（Ｇ）もしくは該接地電極構造の接地電極（ＥＭ）のいずれともガルバニックに接続しないように適応される、請求項１に記載の容量性測定デバイス。
【請求項３】
前記接地電極構造は、少なくとも１つの第１の接地電極（ＥＬ）および少なくとも１つの第２の接地電極（ＥＲ）を有し、これらは、前記携帯デバイスの上に、好ましくは該携帯デバイスの筐体の中に、好ましくは該携帯デバイスの筐体の内側に配列され、それにより、該携帯デバイスが手によって保持されるとき、該２つの接地電極（ＥＬ、ＥＲ）のうちの少なくとも１つが、その手によって少なくとも部分的に被覆される、請求項１または２に記載の容量性測定デバイス。
【請求項４】
前記切替デバイス（Ｓ）は、前記接地電極構造のどの接地電極（ＥＭ、ＥＬ、ＥＲ）に対しても、および前記導電性構造（Ｇ）に対してもそれぞれ１つのスイッチを有し、各スイッチは、切替要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備える、請求項１〜３のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
【請求項５】
前記容量性測定デバイスは、基準容量（ＣＲＥＦ）を有し、該基準容量（ＣＲＥＦ）は、前記導電性構造（Ｇ）とガルバニックに接続され、および切替要素（Ｓ４）を備えるスイッチによって、該容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）とガルバニックに接続される、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
【請求項６】
前記基準容量（ＣＲＥＦ）および前記結合容量（ＣＬ、ＣＲ）は、本質的に等しい、請求項５に記載の容量性測定デバイス。
【請求項７】
前記切替要素の切替容量（Ｃｓ）は、前記結合容量（ＣＬ、ＣＲ）よりも有意に低い、請求項１〜６のうちのいずれかに記載の容量性測定デバイス。
【請求項８】
特に、請求項１〜７のいずれかに記載の容量性測定デバイスを用いて、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近を検出するための方法であって、該容量性測定デバイスは、少なくとも１つの接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）を有する接地電極構造と、少なくとも１つのセンサ電極とを有し、
第１の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）は、該携帯デバイスの導電性構造（Ｇ）とガルバニックに接続され、第１のセンサ信号（ＤＳ１）が、該少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
第２の測定サイクルにおいて、該容量性測定デバイスの該接地（ＧＮＤ）は、該接地電極構造の少なくとも１つの接地電極（ＥＭ）とガルバニックに接続され、第２のセンサ信号（ＤＳ２）が、該少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
該第１のセンサ信号（ＤＳ１）と該第２のセンサ信号（ＤＳ２）との信号レベルの間の差が決定され、該決定された差は、該携帯デバイスへの該手の接近を示している、方法。
【請求項９】
前記接地電極構造は、前記携帯デバイスの上に配列された少なくとも１つの第１の接地電極（ＥＬ）および少なくとも１つの第２の接地電極（ＥＲ）を有し、それにより、手による該携帯デバイスの把持によって、該２つの接地電極（ＥＬ、ＥＲ）のうちの少なくとも１つが、その手によって少なくとも部分的に被覆され、前記第２の測定サイクルにおいて、
最初に、該第１の接地電極（ＥＬ）は、前記容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）とガルバニックに接続され、該第１の接地電極（ＥＬ）に関連付けられた第２のセンサ信号（ＤＳ２Ｌ）が、前記少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
次に、該第２の接地電極（ＥＲ）は、該容量性測定デバイスの該接地（ＧＮＤ）とガルバニックに接続され、該第２の接地電極（ＥＲ）に関連付けられた第２のセンサ信号（ＤＳ２Ｒ）が、該少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
該第１の接地電極（ＥＬ）に関連付けられた該第２のセンサ信号（ＤＳ２Ｌ）の前記信号レベルと該第１のセンサ信号（ＤＳ１）のそれとの間の第１の差は、該第２の接地電極（ＥＲ）に関連付けられた該第２のセンサ信号（ＤＳ２Ｒ）の該信号レベルと該第１のセンサ信号（ＤＳ１）のそれとの間の第２の差と比較され、該第１の差と該第２の差との間の差は、該２つの接地電極（ＥＬ、ＥＲ）のうちのいずれが該手によって被覆されているかを示している、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記第２の測定サイクルにおいて、前記導電性構造（Ｇ）は、基準容量（ＣＲＥＦ）を用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）と接続可能である、請求項８〜９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記基準容量（ＣＲＥＦ）および前記接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）と前記導電性構造（Ｇ）との間の前記結合容量（ＣＭ、ＣＲ、ＣＬ）は、それらが本質的に等しくなるように選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）、前記基準容量（ＣＲＥＦ）、および前記導電性構造（Ｇ）は、切替要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備えるスイッチを用いて、前記容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）とそれぞれ接続可能であり、該切替要素の前記切替容量（Ｃｓ）は、それらが前記結合容量（ＣＭ、ＣＲ、ＣＬ）よりも有意に低くなるように選択される、請求項１０〜１１のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
較正ステップにおいて、前記導電性構造（Ｇ）は、前記基準容量（ＣＲＥＦ）を用いて前記容量性測定デバイスの前記接地（ＧＮＤ）と接続され、第３のセンサ信号（ＤＳ３）が、前記少なくとも１つのセンサ電極において検出され、それは、少なくとも１つの接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）に対する基準センサ信号としての役割を果たし、該少なくとも１つの接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）と関連付けられた前記第２のセンサ信号（ＤＳ２）の信号レベルは、前記第１のセンサ信号（ＤＳ１）の信号レベルと該第３のセンサ信号（ＤＳ３）のそれとの間の差が、該第１のセンサ信号（ＤＳ１）の信号レベルと該第２のセンサの信号のそれとの間の差を上回るとき、該少なくとも１つの接地電極（ＥＭ、ＥＲ、ＥＬ）への接近を示している、請求項１０〜１２のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも、第３のセンサ信号（ＤＳ３）は、公差値（ε）によって補正される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、携帯デバイスへの手の接近についての検出のための、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスに関する。さらに、本発明は、本発明による容量性測定デバイスを用いて、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近の検出のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（現状技術および発明の背景）
携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスは、携帯デバイスへの手の接近または手による携帯デバイスの接近を検出するための容量性センサをますます提供されるようになっている。携帯デバイスを操作するための付加的な相互作用の可能性を提供することが、接近または接触検出の背景にある。それによって、携帯デバイスの有用性は、向上または促進されることになる。
【０００３】
携帯デバイスのセンサ表面上に容量性センサデバイスのセンサ電極を配列することは、現状技術から公知である。このセンサ表面は、相互作用領域を提供し、それによって、携帯デバイスは、ユーザ入力を受信することができる。ユーザ入力は、例えば、センサ表面の接触および／またはセンサ表面への手の接近によって生じることができる。センサ表面下には、大領域のエミッタ電極（伝送電極）を配列することができ、それによって、交流電場が誘導され得る。センサ表面のセンサ電極によって検出された信号またはそこから導出されたデータは、センサ電極からの物体、例えば、指の距離に関連する。
【０００４】
しかしながら、携帯デバイスが手の中に保持されている場合、センサ表面に対する、指先端、例えば、親指の先端の位置が、例えば、親指がセンサ表面内へと側方に延在するとき、必要精度で決定されることができないことは、不都合である。しかし、多数の用途に対して、センサ表面に対する指先端の位置の具体的決定は、必要な前提条件である。
【０００５】
携帯デバイスを保持する指、例えば、手の親指がセンサ表面領域内を移動するとき、表面を囲む交流電場は歪曲される。しかしながら、親指の先端が同一の位置にある状態において、交流電場の歪曲は、親指がセンサ表面の中へどちらの側に延在するかに依存する。センサ表面に対する、例えば、親指の指先端の位置を決定するとき、センサ表面の交流電場のこれらの異なる歪曲を検討するために、携帯デバイスがどちらの手の中に保持されているかを把握することが必要である。したがって、センサ表面に対する指先端の位置の正確な決定のためには、さらに、携帯デバイスが左手または右手の中に保持されているか否かが検出されなければならない。
【０００６】
現状技術において、手の位置、すなわち、携帯デバイスが右手または左手の中に保持されているか否かは、センサ表面に関連して指先端の位置を検出するときに検討されていない。したがって、多数の用途に対して、必要精度でセンサ表面に対する指先端の位置を検出することは不可能である。現状技術においては、携帯デバイスの筐体の形状によって操作を決定することにより、この問題に直面しようと試みられている。例えば、携帯デバイスの筐体の形状は、右手または左手のみによって操作され得るように、設計することができる。携帯デバイスの操作または容易性は、したがって、大幅に限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、したがって、容量性測定デバイス、ならびに携帯デバイスへの手の接近を検出するか、または携帯デバイスが手によって保持されているか否かを検出するための方法を提供することであり、それによって、携帯デバイスのセンサ表面に対する指先端位置の検出が向上され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この問題は、本発明によると、独立請求項に記載の携帯デバイスのための容量性測定デバイスおよび携帯デバイスへの手の接近の検出のための方法によって解決される。本発明の有利な設計および実施形態は、個々の従属請求項に示される。さらに、本発明による、容量性測定デバイスを有する携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスもまた、解決策の一部である。
【０００９】
したがって、携帯デバイスへの接近を検出するための携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスであって、
容量性測定デバイスは切替デバイスを有し、
容量性測定デバイスの接地は、切替デバイスによって携帯デバイスの導電性構造にガルバニックに（ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ）接続可能であり、
容量性測定デバイスは、携帯デバイスの上に配列され得る少なくとも１つの接地電極を有する接地電極構造を備え、容量性測定デバイスの接地は、切替デバイスによって、少なくとも１つの接地電極にガルバニックに接続可能である、デバイスが提供される。
【００１０】
切替デバイスは、導電性構造および／または接地電極構造の少なくとも１つの接地電極のいずれかが、容量性測定デバイスの接地にガルバニックに接続されるように設計することができる。また、導電性構造も接地電極構造の接地電極も容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されないことも想定されることができる。
【００１１】
接地電極構造は、携帯デバイスが手によって保持されているとき、２つの接地電極のうちの少なくとも１つが、その手によって少なくとも部分的に被覆されるように、携帯デバイスの上、好ましくは、携帯デバイスの筐体の中、特に、好ましくは、携帯デバイスの筐体シェルの内側に定置される第１の接地電極および第２の接地電極を備えることができる。
【００１２】
切替デバイスは、スイッチを接地電極構造のどの接地電極および導電性構造の両方に提供することができる。
【００１３】
接地電極構造のどの接地電極も、導電性構造のための結合静電容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲを提供されることができる。導電性構造に対する接地電極および／または接地電極の配列は、結合容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲが、可能な限り低くなるように選択されなければならない。
【００１４】
容量性測定デバイスは、基準静電容量ＣＲＥＦを有することができ、これは、導電性構造とガルバニックに接続され、および容量性測定デバイスの接地を有する切替要素を備えるスイッチとガルバニックに接続可能である。
【００１５】
好ましくは、基準容量ＣＲＥＦおよび結合容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲは、実質的に等しい。
【００１６】
さらに、容量性測定デバイス、特に、本発明による、容量性測定デバイスによる、携帯デバイス、特に、電気携帯デバイスへの手の接近を検出するための方法であって、容量性測定デバイスが、少なくとも１つの接地電極を有する接地電極構造と、少なくとも１つのセンサ電極とを有し、
第１の測定サイクルにおいて、容量性測定デバイスの接地は、携帯デバイスの導電性構造とガルバニックに接続され、第１のセンサ信号が少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
第２の測定サイクルにおいて、容量性測定デバイスの接地は、接地電極構造の少なくとも１つの接地電極とガルバニックに接続され、第２のセンサ信号が少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との信号レベルの間の差が決定され、決定された差は、携帯デバイスへの手の接近を示す、方法が、提供される。
【００１７】
接地電極構造は、手によって携帯デバイスを保持するとき、２つの接地電極のうちの少なくとも１つが、手によって少なくとも部分的に被覆されるように、携帯デバイスの中に配置される第１の接地電極および第２の接地電極を提供されることができ、第２の測定サイクルにおいて、
最初に、第１の接地電極は、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続され、第１の接地電極に関連付けられた第２のセンサ信号ＤＳ２Ｌは、少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
続いて、第２の接地電極は、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続され、第２の接地電極に関連付けられた第２のセンサ信号ＤＳ２Ｒは、少なくとも１つのセンサ電極において検出され、
第１の接地電極に関連付けられた第２のセンサ信号ＤＳ２Ｌと第１のセンサ信号ＤＳ１との信号レベルの間の第１の差、すなわち、ＤＳ２Ｌ−ＤＳ１は、第２の接地電極に関連付けられた第２のセンサ信号ＤＳ２Ｒと第１のセンサ信号ＤＳ１との信号レベルの間の第２の差、すなわち、ＤＳ２Ｒ−ＤＳ１と比較され、第１の差と第２の差との間の差、すなわち、（ＤＳ２Ｌ−ＤＳ１）−（ＤＳ２Ｒ−ＤＳ１）は、２つの接地電極のうちのいずれが手によって被覆されているかを示す。
【００１８】
好ましくは、導電性構造は、少なくとも、第２の測定サイクルにおいて、基準容量ＣＲＥＦを用いて、容量性測定デバイスの接地と接続可能である。
【００１９】
接地電極構造の接地電極ＥＭ、ＥＬ、ＥＲは、それぞれ、導電性構造への結合容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲを提供されることができる。接地電極および／または導電性構造に対する接地電極の配列は、結合容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲが、可能な限り低くなるように選択される。
【００２０】
基準容量ＣＲＥＦおよび結合容量ＣＭ、ＣＬ、ＣＲは、それらが実質的に等しくなるように選択することができる。
【００２１】
接地電極、基準容量、および導電性構造は、それぞれ、切替要素および後者に並列の寄生容量を備えるスイッチを用いて、容量性測定デバイスの接地と接続可能であることができ、スイッチは、好ましくは、その静電容量が、結合容量よりも有意に低くなるように選択される。
【００２２】
較正ステップにおいて、導電性構造は、基準容量によって、容量性測定デバイスの接地と接続することができ、第３のセンサ信号は、少なくとも１つの接地電極のための基準センサとして使用される、少なくとも１つの電極センサ内で検出され、少なくとも１つの接地電極に関連付けられた第２のセンサ信号の信号レベルは、第１のセンサ信号と第３のセンサ信号の信号レベル間の差が、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号の信号レベル間の差の大きさを上回る場合、少なくとも１つの接地電極への接近を示す。
【００２３】
少なくとも、第３のセンサ信号は、公差値によって補正することができる。
【００２４】
携帯デバイスまたは電気携帯デバイスは、例えば、スマートフォン、モバイル無線ユニット、遠隔制御デバイス、デジタルカメラ、特に、タッチスクリーンを伴うデジタルカメラ、タッチスクリーンを伴うゲームコントローラまたはゲームコンソール、ポータブルミニコンピュータ、タブレットＰＣ、または類似物であることができる。
【００２５】
本発明の他の詳細および特性ならびに本発明の実施形態の実施例は、図面と関連して検討される以下の説明から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】図１ａは、本発明による、電気携帯デバイスのための容量性測定デバイスの等価回路図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、裏面に定置された接地電極を有する電気携帯デバイスの側面図を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明による、容量性測定デバイスの第２の実施形態の等価回路図を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、電気伝導性構造および接地電極を有する携帯デバイスの筐体の側面図を示す。
【図３】図３は、携帯デバイスがどのように保持されているかに応じて、センサ電極（測定電極）内において測定された電気信号の時系列を示す。
【図４】図４は、本発明による、容量性測定デバイスの別の実施形態の等価回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１ａは、携帯デバイスへの接近の検出のための、本発明による、携帯デバイスのための容量性測定デバイスについての等価回路図を示す。携帯デバイスは、センサ表面Ａを有し、そこに、いくつかのセンサ電極（測定電極）が配列され得る。センサ電極によって、例えば、センサ表面Ａに対する指先端の位置を決定することが可能である。この場合、センサ表面Ａへの指先端の接近または指先端によるセンサ表面の接触を検出することが可能である。例えば、大領域の電極として設計され得、およびセンサ電極下に配列され得るセンサ表面のセンサ電極およびエミッタ電極（伝送電極）は、容量性測定デバイスと接続されることができる。電気携帯デバイスの導電性筐体または導電性筐体層は、容量性測定デバイスの接地と接続されることができる。筐体層は、図２ｂに示されるように、導電性構造Ｇを備えることができる。
【００２８】
携帯デバイスにおいて、接地電極ＥＭが付加的に配列され、それはまた、容量性測定デバイスと接続可能である。接地電極ＥＭは、好ましくは、携帯デバイスが手によって保持されるとき、デバイスが少なくとも部分的にその手によって被覆されるように、携帯デバイスの中に配列される。さらに、接地電極ＥＭの表面は、携帯デバイスの導電性構造Ｇよりも大幅に大きいか、または大幅に小さい。好ましくは、導電性構造Ｇよりも実質的に小さい。以下の特定の生の値または測定された変数および式または計算において、接地電極ＥＭの表面は、導電性構造Ｇよりも実質的に小さいと仮定される。特定の生の値または測定された変数および式または計算はまた、接地電極ＥＭの表面が導電性構造Ｇよりも大幅に大きい場合に有効であり、但し、その場合、測定された変数の算術符号が変化する。
【００２９】
センサ表面に対する指先端の位置と相関するセンサ信号は、センサ表面Ａのセンサ電極において検出される。電気携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、筐体または携帯デバイスの導電性構造Ｇは、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続される。導電性構造Ｇと容量性測定デバイスの接地との接続は、例えば、切替デバイスのスイッチＳ１によって行われることができる。
【００３０】
本発明による、携帯デバイスへの接近の検出は、本質的に、２つの連続測定サイクルにおいて生じ、検出は、数回、行われる。両測定サイクルの間の時間間隔は、好ましくは、指が、２つのサイクル間、センサ表面Ａの領域内を移動しない、すなわち、センサ表面Ａに対する指の移動が、そのように認識されず、検出に影響を及ぼさないと仮定されることができるように選択される。これは、両測定サイクルの間の時間間隔が、好ましくは、非常に小さくなるように選択されることを意味する。
【００３１】
第１の測定サイクルにおいて、センサ信号は、スイッチＳ１が閉鎖される、すなわち、導電性構造Ｇが、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されるとき、センサ表面Ａのセンサ電極において検出される。
【００３２】
接地電極ＥＭは、切替デバイスの第２のスイッチＳ２によって、容量性測定デバイスの接地と接続されることができる。前述の第１の測定サイクルの間、第２のスイッチＳ２は、開放されている、すなわち、接地電極ＥＭは、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されていない。
【００３３】
第２の測定サイクルにおいて、導電性構造Ｇの代わりに、接地電極ＥＭが、容量性測定デバイスの接地と接続される。この目的のために、第１のスイッチＳ１が開放され、第２のスイッチＳ２が閉鎖される。第２の測定サイクルの間、センサ信号はまた、センサ表面Ａのセンサ電極において検出される。この切替プロセス（第１のスイッチＳ１の開放および第２のスイッチＳ２の閉鎖）において、センサ表面Ａのセンサ電極において検出されたセンサ信号は、同相干渉を受ける。接地電極ＥＭにおいて、導電性構造Ｇの接地と連通すると、センサ表面のセンサ電極において検出されたセンサ信号または測定されたセンサデータはまた、変化した容量状態に起因して変化する。
【００３４】
接地電極ＥＭと導電性構造Ｇとの間の接続は、等価容量ＣＭとして、図１に示される。容量性測定デバイスの接地を導電性構造Ｇから接地電極ＥＭに切り替えると、センサ表面Ａのセンサ電極において測定された電気信号の信号レベルの減少が検出される。これに対する条件は、手と導電性構造Ｇとの間の接続が、手と接地電極ＥＭとの間の接続を上回ることである。これは、接地電極ＥＭが、導電性構造Ｇよりも実質的に小さくなるように選択することによって達成されることができる。
【００３５】
導電性構造Ｇまたは接地電極ＥＭの設計に応じて、測定されたセンサ信号のレベル上昇は、容量性測定デバイスの接地の導電性構造Ｇから接地電極ＥＭへの切替によって生じ得る。接地の切替が、センサ電極において測定または検出された電気信号のレベル上昇またはレベル低下につながるか否かにかかわらず、接地の切替は、測定されるセンサ信号内に同相干渉を生じさせ、これは、携帯デバイスの把持を検出するために使用される。
【００３６】
本発明による容量性測定デバイスにおいて、接地電極ＥＭがスイッチのみによって容量性測定デバイスと接続される必要があるために、すなわち、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されなければならないために、付加的アナログフロントエンドが接地電極ＥＭのために提供される必要がないことは、特に有利である。
【００３７】
センサ電極の測定信号は、その容量負荷に依存する。この場合、この負荷は、概して、回路がアースとガルバニックに接続されないので、回路のセンサ電極と接地との間の容量として理解されなければならない。単純な「通常例」において、言い換えると、回路の接地電極ＥＭおよび接地ＧＮＤが直接、伝導性筐体と接続されていないとき、この静電容量は、センサ電極−手ＣＨ１および手−筐体ＣＨ３容量の直列接続によって形成される。
【００３８】
図１ａは、適用の簡略化された略図を示す。ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３は、センサ電極、接地電極、または筐体に対するユーザの手（両手）の静電容量である。センサ信号を決定する、センサ電極の容量負荷については、以下の式が有効である（キャパシタの並列接続は、「
【００３９】
【化１】
2014508948.tif 000003
」によって、直列接続は、「
【００４０】
【化２】
2014508948.tif 000004
」によって示される）。
ａ）第１の測定サイクル（接地から筐体）に対して：
【００４１】
【数１】
2014508948.tif 000005
ｂ）第２の測定サイクル（接地から接地電極）に対して：
【００４２】
【数２】
2014508948.tif 000006
ＣＨ２またはＣＨ３がより高いかに応じて、信号の差は、測定サイクルを変更すると、負または正であることが公式より明らかであろう。
【００４３】
第１の測定サイクルにおいて検出されたセンサ信号の信号レベルおよび第２の測定サイクルにおいて検出されたセンサ信号の信号レベルから、電気携帯デバイスの把持または保持を推測することが可能である。したがって、第１のセンサ信号の信号レベル（第１の測定サイクル）と第２のセンサ信号の信号レベル（第２の測定サイクル）との間の差が、決定される。差の量は、この場合、携帯デバイスへの手の接近を示す。差の量が所定の値を下回る場合、携帯デバイスへの手の接近がそこから推定されることができる。携帯デバイスが手によって保持される場合、接地電極ＥＭと導電性構造Ｇとの間の容量接続は、手を介した付加的な接続のために増加する。検討される例（表面（Ｇ）＞＞表面（ＥＭ）、＝＞ＣＨ３＞＞ＣＨ２、ＣＭ〜ＣＨ２、ＣＭ＞＞Ｃｓ）において、センサ電極の負荷容量は、以下のように、近似的に記述されることができる。
ａ）第１の測定サイクル（接地から筐体）に対して：
【００４４】
【数３】
2014508948.tif 000007
ｂ）第２の測定サイクル（接地から接地電極）に対して：
【００４５】
【数４】
2014508948.tif 000008
容量接続ＣＨ２が良好であるほど、第２の測定サイクルの間のセンサ電極の負荷容量は、両センサ信号の信号レベルの間の差の量が減少するように、より高くなることは明らかであろう。
【００４６】
差の代わりに、またはその代替として、閾値を定義することもまた可能であり、そこでは、第２の信号の信号レベルの閾値を超える（または、代替として、下回る）ことは、携帯デバイスへの手の接近を示す。いくつかの閾値がまた、異なるセンサ電極における異なる信号レベルによって定義されることができる。
【００４７】
図１ｂは、電気携帯デバイス内の接地電極ＥＭの配列を示し、接地電極ＥＭは、携帯デバイスの裏面１０内に配列される。センサ表面Ａは、例えば、携帯デバイスの正面２０に配列されることができる。デバイスが手によって保持される場合、手の表面は、携帯デバイスの裏面１０に配列される接地電極ＥＭに接近し、その結果、センサ表面Ａのセンサ電極によって測定されたセンサ信号から、携帯デバイスの把持が前述の方法によって検出され得る。この目的のために、接地電極ＥＭが、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続されるように、第１のスイッチＳ１が開放され、第２のスイッチＳ２が閉鎖される。
【００４８】
図２ａは、携帯デバイスのための、本発明による、容量性測定デバイスの等価回路図を示し、容量性測定デバイスは、２つの接地電極ＥＬ、ＥＲとガルバニックに接続可能である。好ましくは、接地電極は、携帯デバイスの両側に配列される。例えば、第１の接地電極ＥＬは、携帯デバイスの筐体の左壁に、第２の接地電極ＥＲは、携帯デバイスの筐体の右壁に配列される。それによって、有利な方法で、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かに関して、区別を行うことができる。
【００４９】
これは、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かに応じて、接地電極ＥＬ、ＥＲへの接続の容量状態が修正されるので、可能である。接地電極ＥＬおよびＥＲは、それぞれ、切替デバイスのスイッチＳ２またはＳ３によって、容量性測定デバイスの接地と接続可能である。左の接地電極は、携帯デバイスの導電性構造Ｇへの結合容量ＣＬを有する。右の接地電極ＥＲは、電気携帯デバイスへの導電性構造Ｇへの結合容量ＣＲを有する。
【００５０】
電気携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、容量性測定デバイスの接地は、携帯デバイスの導電性構造Ｇとガルバニックに接続される、すなわち、スイッチＳ１は、閉鎖される。さらに、通常動作において、接地電極ＥＬまたはＥＲが、容量性測定デバイスの接地へのガルバニックな接続を示さないように、スイッチＳ２およびＳ３は、開放される。第１の電気センサ信号ＤＳ１が、センサ表面のセンサ電極において検出または測定される。
【００５１】
どちらの手（右または左）によって、携帯デバイスが保持されているかを検出するために、スイッチＳ１は、最初に開放され、スイッチＳ２は、閉鎖され、スイッチＳ３は、同様に、開放される。それによって、（左）接地電極ＥＬは、センサデバイスの接地とガルバニックに接続される。スイッチＳ１の開放およびスイッチＳ２の閉鎖は、センサ表面のセンサ電極において測定された電気信号（第２のセンサ信号ＤＳ２Ｌ）の同相干渉につながる。ｉ＝１、２、．．．、ＮＥＬ（ＮＥＬは、センサ電極の数）の場合の第２のセンサ信号ＤＳ２Ｌの生の値ｕｉ（ＥＬ）は、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かを決定するために、以下のステップにおいて使用される。
【００５２】
別の測定ステップにおいて、スイッチＳ２が開放され、スイッチＳ３が閉鎖され、スイッチＳＩは、開放される。それによって、（右）接地電極ＥＲは、センサデバイスの接地とガルバニックに接続される。この他の測定ステップにおいて、ｉ＝１、２、．．．、ＮＥＲ（ＮＥＲは、センサ電極の数（常時、ＮＥＲ＝ＮＥＬ））の場合のセンサ信号（第２のセンサ信号ＤＳ２Ｒ）もまた、センサ電極において測定され、その生の値ｕｉ（ＥＲ）は、携帯デバイスが左手または右手によって保持されているか否かを決定するために、以下のステップにおいて使用される。
【００５３】
このさらなるステップにおいて、生の値ｕｉ（ＥＬ）は、ｉ毎に生の値ｕｉ（ＥＲ）と比較され、ｕｉは、ｉ番目のセンサ電極において測定されたセンサ信号の測定値である。
【００５４】
このステップにおいて、第１のセンサ信号ＤＳ１の、ｉ＝１、２、．．．、ＮＥ０（ＮＥ０は、センサ電極の数（常時、ＮＥ０＝ＮＥＲ＝ＮＥＬ））の場合の生の値ｕｉ（Ｅ０）を検討することができる。ｕｉ（Ｅ０）は、接地電極がセンサデバイスの接地とガルバニックに接続されていないとき、ｉ番目のセンサ電極において測定されたセンサ信号の測定値である。この場合、第２のセンサ信号ＤＳ２Ｌに対する第１の差および第２のセンサ信号ＤＳ２Ｒに対する第２の差が決定される。第１の差が、第２の差の量よりも多い場合（｜ｕｉ（ＥＬ）−ｕｉ（Ｅ０）｜＞｜ｕｉ（ＥＲ）−ｕｉ（Ｅ０）｜）、携帯デバイスは、右手の中に保持されていると結論付けることができる。
【００５５】
また、携帯デバイスが、実質的に対称に両手で保持されている場合と、携帯デバイスがいずれの手によっても保持されていない場合との間の区別を可能にするために、検出された生の信号ｕｉ（ＥＬ）の絶対変化ｕｉ（ＥＲ）もまた、考慮されることができる。
【００５６】
図２ｂは、携帯デバイスの側面図を示す。ここでは、筐体の表面下に配列され、その縁において筐体を囲む携帯デバイスの導電性構造Ｇが示されている。導電性構造Ｇは、例えば、箔として設計されることができる。代替として、筐体シェルの内側の導電性コーティングとして塗布されることができる。本発明の特定の実施形態では、導電性構造Ｇは、筐体または筐体シェル自体、例えば、金属筐体によっても形成されることができる。
【００５７】
また、接地電極ＥＭは、筐体上に配列される。図２ａに示されるように、２つの接地電極が提供される場合、一方の接地電極（ＥＲ）は、筐体の右壁に、他方の接地電極（ＥＬ）は、筐体の左壁に配列されることができる。
【００５８】
単数の接地電極または複数の接地電極は、導電性構造Ｇとガルバニックに接続されない、言い換えると、接地電極は、導電性構造Ｇから絶縁されて配列される。
【００５９】
図２ｂに示される実施例では、導電性構造Ｇは、陥凹を有し、その中に、接地電極が配列される。ＣＨ３＞＞ＣＨ２（または、ＣＨ３＜＜ＣＨ２）もまた、有効であるように、接地電極の表面が、導電性構造Ｇの表面と実質的に異なることが重要である。図２ｂにおいて、接地電極ＥＭの表面は、導電性構造Ｇの表面よりも大幅に小さい。卵形形状の設計に加えて、接地電極ＥＭはまた、任意の他の好適な形状であることができる。
【００６０】
図４は、さらなる測定値を提供する、本発明による、容量性測定デバイスの別の実施形態を示し、それによって、ｕｉ（ＥＬ）＝ｕｉ（ＥＲ）の場合の曖昧性を排除するために、生の信号の絶対基準値を求めることができる。
【００６１】
手接続を伴わない、容量性測定デバイスの接地と接地電極ＥＬまたはＥＲとの接続の場合、センサ電極において測定された生の値に対する絶対基準を求めるために、基準容量ＣＲＥＦが提供され、その静電容量が把握される。基準容量ＣＲＥＦは、導電性構造とガルバニックに接続される。基準容量ＣＲＥＦもまた、スイッチＳ４によって、容量性測定デバイスの接地とガルバニックに接続可能である。
【００６２】
較正ステップにおいて、基準センサ信号（第３のセンサ信号ＤＳ３）は、スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３が開放され、スイッチＳ４が閉鎖された状態において、センサ表面Ａのセンサ電極において検出されることができる。したがって、検出される基準信号の信号レベルは、ｕｉ（ＥＬ）＝ｕｉ（ＥＲ）において、携帯デバイスが、手によって保持されているか、または手によって保持されていないか否かを区別するために、基準信号レベル（ｉ＝１、２、．．．、ＮＲＥＦ（ＮＲＥＦは、センサ電極の数（常に、ＮＲＥＦ＝ＮＥ０＝ＮＥＲ＝ＮＥＬ）の場合の生の値ｕｉ（ＣＲＥＦ）を有する）として使用されることができる。有利には、基準容量ＣＲＥＦは、その静電容量が、容量ＣＬまたはＣＲに実質的に対応するように選択され、ＣＬおよびＣＲは、導電性構造への接地電極ＥＬまたはＥＲの容量接続を表す。
【００６３】
したがって、スイッチＳ４が閉鎖され、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が開放された状態におけるセンサ電極の容量電荷は、手／指が左の接地電極ＥＬの近傍にないときの、スイッチＳ２が閉鎖され、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４が開放された状態における容量電荷にほぼ対応する。したがって、対応するセンサ信号もまた、これらのスイッチ位置において、ほぼ同一である。同一であることは、右の接地電極ＥＲの場合にも有効である。
【００６４】
｜ｕｉ（Ｅ０）−ｕｉ（ＣＲＥＦ）｜＞｜ｕｉ（Ｅ０）−ｕｉ（ＥＬ）｜および／または｜ｕｉ（Ｅ０）−ｕｉ（ＣＲＥＦ）｜＞｜ｕｉ（Ｅ０）−ｕｉ（ＥＲ）｜であると、携帯デバイスが片手および／または両手によって保持されていることが推測されることができる。
【００６５】
付加的基準容量ＣＲＥＦによって、携帯デバイスが手によって実際に保持されているか否か、そうである場合に、携帯デバイスが右手のみによって、左手のみによって、または両手によって保持されているか否かを決定することが可能である。したがって、加えて、接近または把持もまた、接地電極だけが提供されているならば、検出することができる。
【００６６】
切替デバイスの全てのスイッチＳ１〜Ｓ４はそれぞれ、個々のスイッチに並列に接続された寄生スイッチ容量Ｃｓを示す。好ましくは、スイッチ容量は、接地電極ＥＬまたはＥＲと筐体との間の結合容量ＣＬおよびＣＲよりも有意に低い（Ｃｓ＜＜ＣＬ、ＣＲ）。この場合、左の接地電極ＥＬに対して、スイッチＳ２が閉鎖された状態で検出される生の値は、右の接地電極ＥＲと筐体との間の手接続ＣＨＲとほぼ無関係であって、その逆も然りである。
【００６７】
検出についてのロバスト性をさらに改善するために、測定または検出された生の値に対する公差閾値εｉを考慮する必要があり得る。したがって、構造関連の不正確性または雑音が、生の値を比較するときに考慮され得る。生の値を公差閾値の包含と比較するとき、式は、したがって、εｉ、｜ｕｉ（ＥＬ）｜、｜ｕｉ（ＥＲ）｜＞｜ｕｉ（ＣＲＥＦ）＋εｉ｜となる。公差閾値εｉは、例えば、実験的に決定されることができる。
【００６８】
本発明による、容量性測定デバイスの特定の実施形態では、公差閾値εｉが適切に選択される場合、基準容量ＣＲＥＦを伴わずに済むことが可能性として考えられる。この場合、スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３が開放された状態で測定された生の値は、生の基準値として使用することができる。
【００６９】
把持の検出に関して、前述の本発明による方法による場合、携帯デバイスの把持をセンサ信号結果から検出するために、スイッチＳ１は、開放され、スイッチＳ２またはＳ３は、閉鎖される。
【００７０】
代替として、３つのスイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３はまた、本発明による、携帯デバイスまたは容量性測定デバイスの通常動作において、閉鎖されることができる。手による携帯デバイスの把持を検出するために、またはどの手の中に携帯デバイスが保持されているかを検出するために、スイッチＳ２は、次いで、最初に開放され得（スイッチＳ１およびＳ３は閉鎖される）、センサ電極において測定されたセンサ信号が分析される。次に、スイッチＳ３は、開放され得（Ｓ１およびＳ２は閉鎖される）、そこからのセンサ信号結果が評価される。したがって、得られたセンサ信号は、把持を検出するか、または携帯デバイスを保持する手を検出する目的のために、前述のように相互に比較されることができる。
【００７１】
図３は、生の信号の時系列を示し、容量性測定デバイスの接地は、最初に、筐体とガルバニックに接続され、次いで、接地電極ＥＬとガルバニックに接続される。ここでは、共通センサ表面上に配列される４つのセンサ電極のセンサデータが示され、最も古い値は、左に、最新の値は、右に置かれる。
【００７２】
最初に、容量性測定デバイスの接地は、筐体（すなわち、導電性構造）と接続される（サンプル０から約サンプル１７０）。手が筐体を囲む。容量性測定デバイスの接地が、筐体から接地電極に方向を変えられると（約サンプル１７０）、全センサ電極のセンサデータは、明らかに低下する。サンプル１７０とサンプル２５５との間において、手は、接地電極を囲んでいない、すなわち、手は、接地電極ＥＬから離れている。接地電極ＥＬが、手によって被覆されると、全センサデータは上昇する（サンプル２５５とサンプル３６０との間）。手が接地電極から再び除去されると、センサデータは、再び、低下する（サンプル３６０とサンプル４００との間）。
【００７３】
本発明による容量性測定デバイスまたは本発明による測定方法によって、センサ表面に対する指先端の位置の決定において、対応する指がどちら側からセンサ表面の中へ投影しているかを考慮することができる。したがって、センサ表面の中へ側方に延在する指によって生じる、センサ表面における交流電場の歪曲は、センサ表面に対する指先端の位置を決定するときに、さらに良好に考慮されることができる。したがって、さらに優れた位置決定が可能である。さらに、電気携帯デバイスのユーザインターフェースは、デバイスが保持される手に応じて調節されることができる。両手による携帯デバイスの把持または把持されていないことを区別可能であるので、ユーザインターフェースもまた、対応して、これらの例に対して適応されることができる。
【００７４】
別の利点は、この目的のために必要なさらなる必要接地電極およびスイッチを除いて、さらなる受信電子機器が、接地電極と容量性測定デバイスの接地との接続のために必要とされず、したがって、構築コストおよび生産コストが制限内に維持されることである。例えば、筐体の底部への手の接近もまた、この目的のために、任意の付加的な測定チャネルを提供する必要なく、検出されることができる。筐体の底部に１つの接地電極を配列するだけで十分である。
【００７５】
１つの接地電極ＥＭまたは２つの接地電極ＥＬ、ＥＲを有する、本発明による、測定デバイスの実施形態が示された。本発明によると、３つ以上の接地電極もまた、提供されることができる。
【００７６】
したがって、例えば、４つの接地電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＲ１、ＥＲ２が提供されることができ、接地電極ＥＬ１、ＥＬ２は、左の筐体壁に、接地電極ＥＲ１、ＥＲ２は、右の筐体壁に配列されることができる。左の筐体壁または右の筐体壁において、電極ＥＬ１またはＥＲ１がそれぞれ、筐体の上側領域に配列されることができ、電極ＥＬ２またはＥＲ２はそれぞれ、筐体の下側領域に配列されることができる。したがって、指が、例えば、右上または左下からセンサ表面の中へ延在するか否かの区別が可能である。また、指が、実質的に電極の間（例えば、ＥＬ１とＥＲ１との間）のセンサ表面の中へ側方に延在するか否かを決定することができる。
【００７７】
携帯デバイスまたは電気携帯デバイスは、例えば、スマートフォン、モバイル無線ユニット、遠隔制御デバイス、デジタルカメラ、特に、タッチスクリーンを有するデジタルカメラ、タッチスクリーンを有するゲームコントローラまたはゲームコンソール、ポータブルミニコンピュータ、タブレットＰＣ、または類似物であることができる。
【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図４】
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【図１ａ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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