(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面（１０４）に対する物体（１０２）を検出するための装置（１００、２００、３００、４００）であって、
・測定電極と呼ばれる少なくとも１つの電極（１０６）と、
・前記測定電極（１０６）に面して配置された少なくとも１つの第２の電極（１０８）と、を備え、
前記電極（１０６、１０８）は、前記物体（１０２）によって前記検出面（１０４）に及ぼされる荷重によって局所的に弾性的に変更可能な距離（Ｄ）だけ隔てられており、
前記装置は、
−前記測定電極（１０６）と前記物体（１０２）との間の、電極−物体間容量と呼ばれる容量（Ｃｅｏ）に関する第１の電気信号を測定するように、前記電極（１０６、１０８）に対して、各々接地電位（Ｇ）とは異なるガード電位と呼ばれる同一の交流電位（Ｖｇ）を印加し、そして
−前記測定電極（１０６）から見た、総静電容量と呼ばれる静電容量に関する第２の電気信号を測定するように、前記第２の電極（１０８）に対して、
・前記ガード電位（Ｖｇ）に比例し、かつ異なる振幅を有する第２の電位、または
・前記接地電位（Ｇ）、を印加する、
ために配置された少なくとも１つの制御手段（１１６）を備えている、ことを特徴とする、装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記総静電容量および前記電極−物体間容量（Ｃｅｏ）の関数として、前記測定電極（１０６）と前記第２の電極（１０８）との間の電極間容量と呼ばれる容量（Ｃｉｅ）を計算するために構成された少なくとも１つの計算モジュール（１１４）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３】
・前記物体（１０２）と前記検出面（１０４）との間の距離または接触を第１の信号の関数として決定するために構成された計算モジュール、
・前記物体（１０２）によって前記検出面（１０４）に加えられる荷重、力または圧力を第２の信号の関数として決定するために構成された計算モジュール、または
・前記物体（１０２）と前記検出面（１０４）との間の距離または接触を第１の信号の関数として決定し、かつ前記物体（１０２）によって前記検出面（１０４）に加えられる荷重、力または圧力を第２の信号の関数として決定するために構成された計算モジュール
を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４】
前記測定電極（１０６）及び前記第２の電極（１０８）が、誘電材料を含むか、または前記誘電材料により形成される、弾性的に圧縮可能な層（１２０）によって分離されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項５】
前記測定電極（１０６）が、前記第２の電極（１０８）の上に距離を隔てて配置され、そして荷重が加えられたときに少なくとも局所的に変形する可撓性材料で製造された支持体の、上、中または下に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項６】
いくつかの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項７】
・いくつかの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対向して配置された少なくとも１つの第２の電極（１０８）、
・少なくとも１つの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対する、前記測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対向して配置された第２の電極（１０８１〜１０８Ｎ）、
・少なくとも１つの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対する、前記測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対向して配置されたいくつかの第２の電極（１０８１〜１０８Ｎ）、
の構成のうちの少なくとも１つに従って配置された１つまたは複数の第２の電極（１０８）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
・行と列とに編成された測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）のアレイと、
・前記測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）の各行、各列にそれぞれ対向する、１つまたは複数の第２の電極（１０８１〜１０８Ｎ）によって構成されたそれぞれ少なくとも１つの行と列と、を備え、
それぞれ全く同一の行、全く同一の列の前記第２の電極は、同じ電位にあることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出装置（１００、２００、３００、４００）を用いた、検出面（１０４）に対する物体（１０２）を検出するための方法（９００）であって、前記方法（９００）は、測定された第１の信号の関数として、前記少なくとも１つの測定電極（１０６）から見た電極−物体間容量と呼ばれる静電容量（Ｃｅｏ）を特定するために、接地電位（Ｇ）とは異なるガード電位と呼ばれる同一の交流電位（Ｖｇ）を前記電極（１０６、１０８）に対して印加することにより実行される第１の検出ステップ（９０２）の少なくとも１回の繰り返しを含み；
−前記少なくとも１つの第２の電極（１０８）に対して、前記ガード電位（Ｖｇ）に比例し、振幅が異なる第２の電位、または前記接地電位（Ｇ）、を印加することと、
−測定された第２の信号の関数として、前記少なくとも１つの測定電極（１０６）から見た総静電容量と呼ばれる静電容量を特定することと、を含む第２の検出ステップ（９１２）の少なくとも１回の繰り返し、を含むことを特徴とする、方法（９００）。
【請求項１０】
前記第２の検出ステップ（９１２）は、前記測定電極（１０６）と前記第２の電極（１０８）との間の電極間静電容量と呼ばれる静電容量（Ｃｉｅ）を前記総静電容量および前記電極−物体間容量（Ｃｅｏ）の関数として計算するステップ（９２１）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法（９００）。
【請求項１１】
前記第２の検出ステップ（９１２）は、前記電極−物体間容量（Ｃｅｏ）が、物体（１０２）と前記検出面（１０４）との間の接触を表す、所定の閾値容量に達するか、または所定の閾値容量範囲内にあるときに開始されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法（９００）。
【請求項１２】
前記検出装置（１００、２００、３００、４００）は、前記検出面（１０４）を備える複数の測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）を含み、前記第２の検出ステップ（９１２）は、前記第１の検出ステップ（９０２）中に前記物体（１０２）が検出された前記検出面（１０４）の領域内でのみ行われる、ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法（９００）。
【請求項１３】
閾値静電容量を測定および記録することを含む較正ステップと呼ばれるステップを含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記較正ステップは、履歴測定および測定環境のうちの少なくとも１つの要素を考慮に入れて、閾値静電容量を特定することを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記装置の機能を検証するために、
・前記少なくとも１つの測定電極に前記ガード電位（Ｖｇ）を印加することと、
・前記少なくとも１つの第２の電極に、前記ガード電位（Ｖｇ）と前記接地電位（Ｇ）との間の第２の電位、または前記接地電位（Ｇ）を印加することと、
・第３の信号を測定することにより、前記測定電極と前記第２の電極との間の電極試験容量と呼ばれる容量を特定することと、
・前記電極試験容量を第２の所定の閾値容量と比較することと、
を含む、前記物体の不在下で実行されるテストステップと呼ばれるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法（９００）。
【請求項１６】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出装置（１００、２００、３００、４００）を含む、機器のアイテムのための検出層。
【請求項１７】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出装置（１００、２００、３００、４００）を備えた機器のアイテム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方では検出面への上記物体の接近および接触を検出し、他方では上記表面上の上記物体の圧力を検出するための装置に関する。本発明は、そのような装置を利用する方法にも関する。
【０００２】
本発明の分野は、非限定的に、電子装置のための物体の容量検出のためのインターフェースの分野であり、特にロボット工学の分野において、上記装置が隣接する物体を検出することを可能にする。
【背景技術】
【０００３】
電子装置は、ますます自律的な方法でそれらの環境と相互作用する。この自律的な相互作用は、ほとんどの場合、特に上記装置がロボットである場合には、それが移動式であるか否かにかかわらず、装置に近接または接触して位置する物体／人物を検出する可能性を必要とする。そのような接近および接触の検出は、接近および／または接触を検出するためのセンサ、特に容量センサを備えた検出面によって行われる。
【０００４】
この相互作用を完成させるためには、接近および接触に加えて、物体によって装置の検出面に及ぼされる圧力、力または荷重を検出することが必要であると思われる。装置の検出面上の圧力を検出するためのセンサが現在存在する。
【０００５】
しかしながら、接近センサおよび接触センサを既に備えている検出面にそのような圧力検出センサを追加することは、費用がかかり、大きくて複雑であることが証明されている。加えて、接近および接触の検出専用のセンサと圧力の検出専用のセンサとを並置すると、相互干渉が生じてこれらのセンサの動作および有効性が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、上述の欠点を克服することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、一方では接近および／または接触を検出し、他方では検出面上の物体の圧力、および／またはこの物体によって検出面にかかる力もしくは荷重を検出することを可能にする単一のセンサ装置を提案することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、一方では接近および／または接触を検出し、他方では圧力、力または荷重を検出することを可能にする単一のセンサ装置であって、１つが接近および接触の検出専用であり、もう１つが圧力、力または荷重の検出専用である２つの既存のセンサの並置と比較して、よりかさばらず、より少ない費用でより複雑でない、センサ装置を提案することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、一方では接近および／または接触を、他方では圧力、力または荷重を、高い信頼性および優れたディペンダビリティーで検出することを可能にする単一のセンサ装置を提案することである。
【発明の開示】
【００１０】
これらの目的のうちの少なくとも１つは、
・測定電極と呼ばれる少なくとも１つの電極と、
・前記測定電極に対向して配置された少なくとも１つの第２の電極と、を備えた、検出面に対する物体の検出装置であって、
前記電極は、前記物体によって前記検出面に及ぼされる荷重によって、特に局所的に弾性的に変更可能な距離だけ隔てられており、
前記装置は、前記測定電極と前記物体との間の電極−物体間容量と呼ばれる静電容量に関する第１の電気信号を測定するために、
・前記電極に対して、各々接地電位とは異なる
・ガード電位と呼ばれる、同一の交流電位、または
・実質的に同一の交流電位、を印加し、前記第１の電気信号、したがって
前記電極−物体間容量は、前記物体と前記検出面との接近および／または接触を表し、
・前記測定電極から見た、総静電容量と呼ばれる静電容量に関する第２の電気信号を測定するために、前記第２の電極に対して、
・前記ガード電位に比例し、振幅が異なる第２の電位、または
・接地電位、を印加する、ように配置された少なくとも１つの制御モジュールを備えており、前記第２の電気信号、したがって前記総静電容量は、前記物体によって前記検出面に及ぼされる圧力、力または荷重を表す、ことを特徴とする装置により達成される。
【００１１】
かくして、本発明による装置は、単一の測定電子機器および単一の電極セットを用いて、一方では検出面への物体の接近および接触である第１の情報項目を表す第１の信号を測定することを可能にするとともに、他方では物体によって検出面に及ぼされる圧力、力または荷重である第２の情報項目を表す第２の信号を測定することを可能にする。
【００１２】
その結果、本発明による装置は、接近および接触を検出するためのものと、圧力を検出するためのものとの２つの専用のセンサを並置する場合と比較して、使用するのが安価で、かさばらず、そして複雑でない。さらに、本発明による装置は、互いに干渉する可能性がある２つの独立したセンサを使用する構成と比較して、より優れた検出性能を有する。
【００１３】
実施形態によれば、電極−物体間容量が、前記物体と前記検出面との間の接触を表す所定の閾値静電容量に達したとき、または閾値静電容量の所定の範囲内にあるときに総静電容量に関する第２の電気信号を測定するように、第２の電位または接地電位を第２の電極に印加するように制御モジュールを配置することもできる。
【００１４】
もちろん、第１の電気信号および第２の電気信号の測定を開始することは、他の基準の関数として、あるいは単に周期的にまたは交互に実行することもできる。
【００１５】
非限定的に、これらの電極をこの電位に電気的に接続することによって、あるいは直接、または電子部品および／またはトラックもしくは接続ワイヤおよび／または他のあらゆる電気的結合手段（電場、誘導）を介してこれらの電極をこの電位に、またはこの電位の発生源にさらすことによって、電極に電位を印加することができる。
【００１６】
同様に、本発明の文脈において、電位で電気的に分極している電極は、例えばこれらの電極を電位にさらすこと、または電極に電位を印加することを意味し得る。
【００１７】
「接地電位」とは、電子機器または電子機器の一部に対する基準電位を意味する。接地電位は、アースまたはアース電位にも対応し得る。
【００１８】
電位は、一般性を失うことなく、電位を生成する電源の基準点となり得る電気的基準、または接地電位などの一般的な基準電位に関して定義することができる。
【００１９】
「交流電位」とは、少なくとも１つの周波数成分がゼロ以外の周波数で時間とともに変化する電位を意味する。
【００２０】
したがって、ガード電位は、非限定的に、接地電位に関して定義（または参照）することができる。この場合、ガード電位は、ゼロとみなされる接地電位に対する電位差にも対応し得る。
【００２１】
実施形態によれば、ガード電位は任意の形状、特に正弦波、正方形、三角形などであり得る。この電位は、直接的に、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）手法を用いて生成することができる。
【００２２】
本発明の文脈において、電極（測定電極および第２の電極など）に印加される交流電位は、それらが（利用される測定電子機器で）これらの電極間に使用可能な静電容量測定値を生成しない場合、実質的に同一であると考えられ得る。同一または実質的に同一である交流電位の例として、以下のものを特に挙げることができる。
・１つの同じ時間形状（正弦波、正方形、三角形など）、１つの同じ変動振幅および１つの同じ位相を有する（言い換えれば同期的に変動する）交流電位。
・少なくとも１つの動作周波数において同一の振幅および位相を有する少なくとも１つのスペクトル成分を含む交流電位。
【００２３】
各電極に対して同一または実質的に同一である「ガード電位」と呼ばれる交流電位と、各電極に対して任意に異なるが、利用されている測定電子機器では使用可能な静電容量測定値を生成しない他の成分を有する他の電位との重ね合わせに対応して、電極を分極させる、またはグローバル電位にかけることができることに留意すべきである。
【００２４】
したがって、以下に詳述するように、測定電子機器の実施形態によれば、物体−電極間容量は、測定電極と第２の電極とにそれぞれ、同一の交流電気ガード電位と、ＤＣ成分または測定電子機器の検出のための通過帯域内にない周波数成分、あるいはスカラ積の意味でガード電位の波形と直交する波形を持つ他の成分などの異なる成分とを含むグローバル電位を印加することによって測定することができる（すなわち、項毎の積の合計はゼロである）。
【００２５】
第２の電位は、第２の電極に印加されたときに、（利用される測定電子機器を用いて）測定電極（ガード電位）とこの第２の電極との間の静電容量の測定値を生成する電位に対応する。そのためには、第２の電位はガード電位とは異なる振幅を持たなければならない。第２の電位はゼロ振幅を持つこともでき、その場合第２の電位は接地電位に対応する。
【００２６】
第２の電位はガード電位に比例するとも定義される。これは、第２の電位が波形および／または周波数および位相に関してガード電位と同一であるが、上述のように異なる振幅を有する成分を含むことを意味する。
この振幅は、ガード電位の振幅より小さいことが好ましいが、ガード電位の振幅より大きくてもよい。したがって、特に第２の電位の例として、
・ガード電位と同一の時間的形状（正弦波、正方形、三角形など）、同一の位相（または他の用語では同期的に変動する）を有するが変動振幅が異なる交流電位
・少なくとも１つの動作周波数において同じ位相の少なくとも１つのスペクトル成分を含むが異なる振幅を有する交流電位
を挙げることができる。
【００２７】
接地電位の代わりに振幅がゼロではない第２の電位を第２の電極に印加することにより、いわば電極−物体間容量よりもはるかに大きくなり得る総静電容量の測定のゲインまたは感度を調整することが可能になり、
・第２の電極に接地電位を印加することによって、測定電極とこの第２の電極との間にガード電位に対応する電位差が得られ、
・ガード電位に比例し、振幅がゼロではない第２の電位を第２の電極に印加することによって、（適切な振幅を選択するために）測定電極とこの第２の電極との間にガード電位よりも小さな電位差を得ることができる。
【００２８】
もちろん、上記のように、測定電極および第２の電極は、ガード電位または第２の電位、および場合により電極ごとに異なるが利用される測定電子機器で使用可能な静電容量測定値を生成しない他の成分を有する他の電位との重ね合わせに応じて、分極させることができ、またはグローバル電位にさらすことができる。
【００２９】
本発明による装置は、測定電極に接続されるとともに、電極−物体間容量に関する第１の信号および総静電容量に関する第２の信号を測定することを可能にする測定電子機器を備えることができる。
【００３０】
有利には、測定対象電極から見た、電極−物体間容量に関するこの第１の信号、および総静電容量に関するこの第２の信号は、同一の測定点で測定することができる。
【００３１】
したがって、本発明による装置の実施は単純化される。
【００３２】
実施形態によれば、本発明による装置は、容量性フィードバック構成要素を含むインピーダンスを有する演算増幅器を実装する回路を有する測定電子機器を備えることができ、１つまたは複数の測定電極は前記演算増幅器の負入力に接続される。
【００３３】
したがって、測定電子機器は、例えばフィードバック容量を有する電荷増幅器を利用することができる。
【００３４】
演算増幅器を利用する回路は、任意の形態、特にアナログまたはデジタルで製造することができ、演算増幅器機能を実行することを可能にする。
【００３５】
演算増幅器は、理想的な無限インピーダンスを有する正の入力と負の入力とを有し、入力に印加される電位差に対応するとともに理想的な無限ゲインで増幅された信号を出力に発生する、当業者にはよく知られた部品モデルであることを思い出されたい。
【００３６】
本発明による装置はまた、電荷を電気信号またはデジタル信号に変換するための回路を実装する回路（スイッチトキャパシタなど）を有する測定電子機器を備えることができる。
【００３７】
実施形態によれば、演算増幅器を実装する回路は、ガード電位を基準とした電源によって供給することができる。
【００３８】
他の実施形態によれば、演算増幅器を実装する回路は、接地を基準とした電源によって供給することができる。
【００３９】
実施形態によれば、本発明による装置は、
・同期復調器
・振幅検出器
・デジタル復調器
のうちの少なくとも１つを利用する少なくとも１つの復調手段を有する測定電子機器を備えることができる。
【００４０】
一般に、同期復調器は、測定信号と搬送波信号との乗算を実行する乗算器およびローパスフィルタによって表すことができる（または含むことができる）。
【００４１】
搬送波信号は、ガード電位（または少なくとも接地電位とガード電位との間の電位差）であるか、それを含むか、またはそれから導出され得る。
【００４２】
振幅検出器（または非同期復調器）は、ダイオード整流器、選択スイッチまたは二次検出器などの整流素子、およびローパスフィルタによって表すことができる（または含むことができる）。振幅検出器（または非同期復調器）により、電流検出器から生じる変調された測定信号の振幅を得ることが可能になる。
【００４３】
復調手段はまた、復調の前に配置されたバンドパスフィルタまたはアンチ・エイリアシング・ローパスフィルタを含むことができる。
【００４４】
もちろん、復調手段はデジタルおよび／またはアナログ形式で生成することができる。それらは特に、アナログ−デジタル変換器と、同期復調、振幅検出または他の任意の復調動作をデジタル的に実行するマイクロプロセッサおよび／またはＦＰＧＡとを備えることができる。
【００４５】
本発明による装置は、
・第１の位置にあるときに、少なくとも１つの第２の電極をガード電位に接続するとともに、
・第２の位置にあるときに、少なくとも１つの第２の電極を接地電位または第２の電位に接続する、
制御モジュールによって制御される接点遮断器などの少なくとも１つの制御可能なスイッチを備えることができる。
【００４６】
いくつかの第２の電極を利用する実施形態では、制御可能スイッチは、
・全ての第２の電極を同時にガード電位または接地電位または第２の電位に接続する、または
・１つまたは複数の第２の電極を接地電位または第２の電位に選択的に接続し、他の第２の電極をガード電位に選択的に接続する、ように配置され得る。
【００４７】
一実施形態の例によれば、本発明による装置は、有利には、全ての電極にガード電位を供給する単一の供給源を備えることができる。
【００４８】
あるいは、本発明による装置は、
・少なくとも１つの測定電極にガード電位を供給する第１の供給源と、
・第１の信号の測定中に、少なくとも１つの第２の電極にガード電位を供給し、適切であれば、第２の信号の測定中に少なくとも１つの第２の電極に第２の電位を供給する第２の供給源と、
を備えることができる。
【００４９】
実施形態によれば、第２の供給源は、第１の供給源から独立しているか、または第１の供給源に従属もしくは連動するように連結するか、または第１の供給源と共通の要素（発振器または波発生器など）を共有し得る。
【００５０】
第１の実施形態の例では、第２の供給源は、第１の信号の測定中にオンにされてガード電位を供給し、第２の信号の測定中にオンにされて第２の電位を供給する。特に、第２の供給源の振幅は制御手段によって制御することができる。
【００５１】
第２の実施形態の例では、第１の信号の測定中に第２の供給源がオンにされ、第２の信号の測定中に第２の供給源がオフにされる。特に、第２の供給源は、制御手段によってオンおよびオフにすることができる。
【００５２】
他の実施形態の例では、第２の供給源は常に電力を供給され続けることができる。この場合、本発明による装置は、少なくとも１つの第２の電極を、
・第１の信号の測定中に第２の供給源に接続するとともに、
・第２の信号の測定中は接地に接続する、
制御可能なスイッチを備えることができる。
【００５３】
この制御可能なスイッチは、特に制御手段によって制御することができる。
【００５４】
制御モジュールは、記載された制御動作を実行するために構成されたプロセッサまたは電子チップであり得る。
【００５５】
そのようなプロセッサ、またはそのような電子チップは、前記制御動作を実行するために専用であってもよいし専用でなくてもよい。
【００５６】
有利には、本発明による装置は、前記総静電容量と前記電極−物体間容量との関数として、前記測定電極と前記第２の電極との間の電極間静電容量と呼ばれる静電容量を計算するために構成された少なくとも１つの計算モジュールも備えることができる。
【００５７】
そのような計算モジュールは、以下の関係に従って、総静電容量ＣＴから電極−物体間容量Ｃｅｏを減算することによって前記電極間静電容量Ｃｉｅを計算するように構成することができる。
【数１】
0006698225.tif 000002
【００５８】
実施形態によれば、電極−物体間容量は前の測定から得ることができる。記録された測定値であってもよい。
【００５９】
総静電容量測定が、電極−物体間容量と閾値容量Ｃｓまたは所定の範囲の閾値容量との比較の関数として実行される場合、この閾値容量Ｃｓは、電極間容量を計算するために電極−物体間容量の値として使用され得る。
【００６０】
この閾値容量は、例えば工場で予め決定されて固定することができる。
【００６１】
この閾値容量もまた適応的であり得る。この場合、閾値容量は、例えば先行する測定値、履歴測定値および／または後述するような測定環境の関数として決定または更新することができる。
【００６２】
本発明による装置はまた、
・物体と検出面との間の距離または接触（または半接触）を第１の信号（および／または速度、経路、動き、ジェスチャなど）の関数として特定する、および／または
・第２の信号の関数として検出面上の前記物体によって加えられた荷重、力または圧力を特定する、
ように構成された少なくとも１つの計算モジュールを備えることができる。
【００６３】
少なくとも１つの計算モジュールは、計算によって、または以前に確立された参照テーブルとの比較によって、前記距離（または接触）、前記荷重（または力または圧力）をそれぞれ特定することができる。
【００６４】
少なくとも１つの計算モジュールは、前記距離または接触を、
・第１の測定信号または前記信号のデジタル版の関数として直接、または
・測定またはデジタル化された、前記第１の信号から推定された電極−物体間容量値として、
特定することができる。
【００６５】
少なくとも１つの計算モジュールは、前記荷重（または力または圧力）を、
・測定された第２の信号または前記信号のデジタル化版の関数として直接、または
・前記測定またはデジタル化された第２の信号から推定された総静電容量値から、または
・前記総静電容量および閾値容量の関数として計算された電極間容量値から、
特定することができる。
【００６６】
有利には、測定電極と第２の電極とは、特に局所的に弾性的に圧縮可能であり、誘電材料を含むか、または誘電材料によって形成される層によって分離され得る。
【００６７】
誘電材料は、例えば、
・油のような誘電性流体、
・ケイ素系ポリマーなどの誘電性ポリマー、または
・ポリエステルまたはシリコーンから作られたフォームのような誘電フォーム、
を含み得る。
【００６８】
実施形態によれば、本発明による装置は、例えば
・誘電材料の表面上に、例えばスクリーン印刷またはインクジェットプロセスで堆積された導電性インクの堆積物から、
・銅、銀などの金属材料、または炭素または金属酸化物（インジウム錫酸化物すなわちＩＴＯ、酸化亜鉛すなわちＺｎＯ）などの他の導電性材料の層から、真空蒸着法によって堆積、またはエッチング法によってエッチングされて、
・単層または数層の金属などを有するプリント回路基板または同様の、硬質、半硬質または可撓性（誘電性エポキシ、ポリイミド、ＰＥＴなど）のものから、
・導電性ポリマーで、
・織ったり編んだりした導電性材料（金属など）から作られたワイヤを有する織物または織物の層の形態で、
製造された１つまたは複数の測定電極および／または第２の電極を備えることができる。
【００６９】
実施形態によれば、本発明による装置は、１つまたは複数の透明の測定電極および／または第２の電極を備えることができる。そのような電極は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような透明ポリマー誘電体の層の上に、例えばインジウム錫酸化物（すなわちＩＴＯ）のような透明導電性酸化物を堆積させることによって製造することができる。
【００７０】
測定電極および第２の電極のうちの少なくとも１つの接続トラックもまた透明であり得る。
【００７１】
弾性的に圧縮可能な分離層もまた、透明な誘電材料から製造することができる。この目的のために、分離層は、例えば可撓性の透明プラスチックから、またはポリジメチルシロキサン（すなわちＰＤＭＳ）から製造することができる。
【００７２】
代替的にまたは追加的に、測定電極は、第２の電極の上に離れて配置された支持体であって、荷重が加えられると少なくとも局所的に変形する、布地（例えば織物または編物構造）のような可撓性材料から製造された支持体の上、または中、または下に配置することができる。
【００７３】
この場合、１つまたは複数の測定電極は、織ったり編んだりした導電性材料（金属など）から作られたワイヤを有する、例えば布地、または布地または布地の層の形態で製造することができる。
【００７４】
本発明による装置はいくつかの測定電極を備えることができる。
【００７５】
本発明による装置は、特に検出面の平面内に分布した複数の測定電極を備えることができる。
【００７６】
実施形態によれば、本発明による装置は、
・複数の、特に全ての測定電極に対向して配置された少なくとも１つの第２の電極、
・少なくとも１つの、特にそれぞれの測定電極について、前記測定電極に対向して配置された第２の電極、
・少なくとも１つの、特にそれぞれの測定電極について、前記測定電極に対向して配置されたいくつかの第２の電極、
の構成のうちの少なくとも１つに従って配置された１つまたは複数の第２の電極を備えることができる。
【００７７】
実施形態によれば、本発明による装置は、ガード電位で分極された少なくとも１つの追加のガード電極も備えることができる。
【００７８】
この場合、第２の電極は、ガード面と呼ばれる面の中または上に配置することができ、前記ガード面は追加の１つまたは複数のガード電極を含む。
【００７９】
一実施形態によれば、本発明による装置は、
・行と列に編成された測定電極のアレイ、および
・測定電極の各行、各列に対向し、１つまたは複数の第２の電極によって構成されるそれぞれ少なくとも１つの行、１つの列、
を備えることができる。
【００８０】
この場合、１つの同じ行、それぞれ１つの同じ列の第２の電極は、同じ電位にあり得る。言い換えれば、１つの同じ行、それぞれ１つの同じ列の第２の電極の電位は、共通に調整／変更される。
【００８１】
第２の電極がガード面の中または上に配置されるとき、後者は測定電極の電位に設定され得る。
【００８２】
実施形態によれば、本発明による装置は、いくつかの測定電極と、「アクティブ電極」と呼ばれる測定電極を測定電子機器に選択的に接続することを可能にし、他の測定電極をアクティブ電極と同じ電位に分極する電極スイッチとを備えることができる。
【００８３】
電極スイッチは、特に、アクティブ電極として複数または全部の測定電極を順次選択することを可能にすることができる。
【００８４】
したがって、測定電子機器（または測定チャネル）を用いて、いくつかの測定電極を用いた順次測定を実行することが可能になる。
【００８５】
したがって、複数の測定電極を有する本発明による装置は、
・全ての測定電極を順次ポーリングすること（順次測定）を可能にする、単一の測定チャネルと電極スイッチとを有する測定電子機器、
・それぞれが測定電極の一部をポーリングすること（順次測定および並列測定）を可能にする電極スイッチを有する、いくつかの測定チャネルを利用する１つまたは複数の測定電子機器、
・全ての測定電極を同時にポーリング（並列測定）するための、電極スイッチなしの、測定電極と同数の測定電子機器または測定チャネル、
を備えることができる。
【００８６】
同じ本発明の他の態様によれば、本発明による検出装置を利用して、検出面に関して物体を検出するための方法が提案される。
【００８７】
特に、一般的定義によれば、本発明による方法は、
・測定された第１の信号の関数として、少なくとも１つの測定電極から見た電極−物体間容量と呼ばれる容量を特定するために、電極に、各々接地電位とは異なる、
・ガード電位と呼ばれる同一の交流電位、
・実質的に同一の交流電位、
を印加することによって実行される第１の検出ステップを少なくとも１回繰り返すことと、
・少なくとも１つの第２の電極に、
・ガード電位に比例し、異なる振幅を有する第２の電位、または
・接地電位、
を印加することと、
・測定された第２の信号の関数として、少なくとも１つの測定電極から見た総静電容量と呼ばれる静電容量を特定することと、を含む第２の検出ステップを少なくとも１回繰り返すことと、
を含む。
【００８８】
本発明による方法は、ステップまたは動作に関して、上述の特徴に従って、バージョン／モード／実施形態の例のそれぞれにおいて、本発明による装置によって実施される機能も含み得る。
【００８９】
特に、第２の検出ステップは、総静電容量および電極−物体間容量の関数として、前記測定電極と前記第２の電極との間の電極間容量と呼ばれる静電容量の計算も含み得る。
【００９０】
実施形態によれば、第２の検出ステップは、電極−物体間容量が、物体と検出面との間の接触を表す所定の閾値容量に達するか、または所定の閾値容量の範囲内にあるときに開始され得る。
【００９１】
検出装置が検出面を備える複数の測定電極を含む場合、第２の検出ステップは、有利には、第１の検出ステップ中に物体が検出された検出面の領域内でのみ実行され得る。
【００９２】
したがって、第２の検出ステップ中に検出面全体を走査する必要はない。
【００９３】
検出装置が複数の測定電極を含む場合、閾値容量は少なくとも２つ、特に全ての測定電極について同一であり得る。
【００９４】
代替的にまたは追加的に、検出装置が複数の測定電極を含む場合、少なくとも２つの電極に使用される閾値容量は異なり得る。
【００９５】
本発明による方法はまた、閾値容量を測定し記録することを含む、較正ステップと呼ばれるステップを含むことができる。
【００９６】
そのような較正ステップは、例えば
・工場における検出装置の製造中に、
・装置の使用中、特定の較正手順中に、
・装置の使用中、測定の実行中に周期的に、
実施することができる。
【００９７】
本発明による方法は、特に、履歴測定、測定環境、のうちの少なくとも１つの要素を考慮に入れた閾値容量の特定を伴う較正ステップを含むことができる。
【００９８】
したがって、閾値容量は、特に、検出面に接触している、または検出面を押圧している物体の存在下で得られる電極−物体間容量測定の測定値または履歴測定値を使用して更新することができる。物体の存在は、例えば特定の較正手順中に必要とされることがあり、または総静電容量測定から自動的に特定されることがある。
【００９９】
いくつかの測定電極が存在する場合には、検出された測定環境の関数として閾値容量も特定（および適合）され得る。例えば、接近している物体の大きさをいくつかの電極で検出し、この大きさの関数として閾値容量値を適合させて、例えば接触している物体が測定電極を完全に覆っているかどうかという事実を考慮することが可能である。
【０１００】
実施形態によれば、本発明による方法は、装置の機能を検証するために、
・少なくとも１つの測定電極にガード電位を印加することと、
・少なくとも１つの第２の電極に、ガード電位に比例し、かつ異なる振幅を有する第２の電位、または接地電位を印加することと、
・第３の信号を測定することによって、前記測定電極と前記第２の電極との間の電極試験容量と呼ばれる容量を特定することと、
・前記電極試験容量を第２の所定の閾値容量と比較することと、
を含む、物体の不在下で実行されるテストステップと呼ばれるステップを含み得る。
【０１０１】
このテストステップの目的は、装置の機能を検証することである。
【０１０２】
本願では制御対象とも呼ばれる検出される物体は、例えば手袋を着用しているか否かにかかわらず、手、人体の他の部分、例えばプラスチックまたは金属製のスタイラスペンであり得る。
【０１０３】
検出される物体は、道具、壁など、検出装置の環境内の任意の物体でもあり得る。
【０１０４】
本発明のさらに別の態様によれば、本発明による検出装置を含む機器のアイテムに対して検出層が提案される。
【０１０５】
本発明による装置、特に電極は、検出層に一体化することができる。
【０１０６】
機器のアイテムは、特に、例えばロボットの一部またはロボットなどの装置または電子装置を含むことができる。
【０１０７】
検出層は、装置の表面またはケーシング上に配置するか、またはその中に一体化することができる。
【０１０８】
あるいは、検出層は、前記装置とは独立して、織物トリムなどのトリム要素の形態を有することができる。
【０１０９】
検出層は、例えばヒューマノイド形状のロボットの全部または一部を覆うことを可能にする皮膚（または「高感度皮膚」）の形態を有することもできる。この皮膚は、人間の肌に近い外観（色、表面、肌触りなど）を持つようにデザインすることができる。
【０１１０】
検出層はまた、例えばロボットの肢または肢の一部の周囲に配置するのに適した、管状の形状であるトリム部品または要素の形態を有することもできる。
【０１１１】
機器はまた、ベッド、マットレス、シートまたはシートクッションなどの医療機器のアイテムまたは医療用の機器のアイテムを含むことができる。
【０１１２】
この場合、検出層は、特にシートまたはカバーのようなトリム要素の形態で製造することができ、あるいは機器のアイテムの不可分な部分を形成することができる。
【０１１３】
この場合、本発明による装置は、身体または人の存在、それらの位置、加えられた荷重（例えば、褥瘡を防ぐために）、運動、その生理学的パラメータ（呼吸、心拍）、水分の存在（尿）などを検出するために、非限定的に使用することができる。
【０１１４】
本発明のさらに別の態様によれば、本発明による検出装置を有する機器のアイテムが提案される。
【０１１５】
検出装置は、特に、測定電極（単数または複数）および第２の電極（単数または複数）が機器のアイテムの周囲の少なくとも一部に配置されるように配置することができる。
【０１１６】
前記機器のアイテムの実施形態によれば、
・測定電極（単数または複数）および第２の電極（単数または複数）は、前記装置の表面またはケーシングの上、中、または下に配置することができ、
・測定電極（単数または複数）および第２の電極（単数または複数）は、前記機器とは独立してトリム要素に配置され、前記機器に取り付けられてもよく、
・第２の電極（単数または複数）は、前記装置の表面またはケーシングの上、または中、または下に配置することができ、測定用電極（単数または複数）は、前記機器のアイテムとは独立してトリム要素内に配置され、前記機器のアイテム上に取り付けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
他の利点および特徴は、非限定的な実施例の詳細な説明を考察することによって、および添付の図面から明らかになるであろう。
図１ａ〜図１ｃは、本発明による装置の第１の非限定的な実施形態の例の電気的原理の概略図である。
図２は、本発明による装置の第２の非限定的な実施形態の例の電気的原理の概略図である。
図３は、本発明による装置の第３の非限定的な実施形態の例の電気的原理の概略図である。
図４は、本発明による装置の第４の非限定的な実施形態の例の電気的原理の概略図である。
図５〜図８は、本発明による装置内に実装することができる電極の異なる構成の概略図である。
図９は、本発明による方法の非限定的な実施形態の例をフローチャートの形式で示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１８】
以下に説明される実施形態は決して限定的なものではないことが十分に理解される。特に、説明される他の特徴とは切り離して、技術的利点を与えるためにまたは本発明を従来技術に対して区別するために十分であれば、後述する特徴の選択のみを含む本発明の変形形態が想定され得る。この選択は
構造上の詳細なしで、または技術的利点を与えるためにもしくは先行技術に対して本発明を区別するために十分であれば、構造上の詳細の一部のみで、少なくとも１つの、好ましくは機能的特徴を含む。
【０１１９】
特に、技術的観点からそのような組み合わせに異議がない場合、記載された全ての変形形態および全ての実施形態を一緒に組み合わせることができる。
【０１２０】
図面において、いくつかの図面に共通の要素は同じ参照番号を保持する。
【０１２１】
図１ａ〜図１ｃは、本発明による検出装置の第１の非限定的な実施形態の例の電気的原理の概略図である。
【０１２２】
図１ａ〜図１ｃに概略的に表されている装置１００は、制御対象１０２によって検出面１０４に加えられる接近、接触、および圧力を検出することを目的としている。
【０１２３】
物体１０２は、図１ａでは検出面１０４から離れて接近しており、図１ｂでは検出面１０４と接触しており、図１ｃでは検出面を押圧している。
【０１２４】
図１ａ〜図１ｃに表される装置１００は、検出面１０４に従って配置された、測定電極と呼ばれる電極１０６と、測定電極１０６に対向して測定電極１０６の下方に距離をおいて配置された第２の電極と呼ばれる電極１０８とを少なくとも備えている。
【０１２５】
図示の実施形態では、検出面１０４は、制御対象１０２との短絡を回避するために好ましくは電気絶縁材料（ポリイミド、絶縁ワニスなど）の薄層で覆われた測定電極１０６（単数または複数）の表面によって表される。
【０１２６】
装置１００は、演算増幅器（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＯＡ）１１０の形で表すことができる電子回路も含み、演算増幅器（ＯＡ）１１０の出力は、例えば容量、抵抗と組み合わされた容量、またはリセットスイッチもしくは放電スイッチと組み合わされた容量であり得るインピーダンス１１２によってその負入力にループされている。図示の例では、インピーダンス１１２は容量Ｃによって形成されている。
【０１２７】
ＯＡ１１０の出力に接続されたデジタルまたはアナログの測定モジュール１１４により、ＯＡ１１０の出力上のＶｓで示される電圧または信号を測定および復調することが可能になる。
【０１２８】
装置１００はまた、Ｇと表される電気接地とは異なり、Ｖｇと表されるガード電位と呼ばれる交流電位を供給する、ガード電源と呼ばれる電源Ｅを備えている。
【０１２９】
図１ａ〜図１ｃに示す例では、
・測定電極１０６がＯＡ１１０の負入力に接続されるとともに、
・電源ＥがＯＡ１１０の正入力に接続されている。
【０１３０】
ＯＡ１１０の非常に高いインピーダンスおよび開ループゲインに起因して、ＯＡ１１０の負入力に接続された測定電極１０６は、ＯＡ１１０の正入力に存在する電位と同じ電位に分極されていると考えることができる。
【０１３１】
図示の実施形態では、演算増幅器（ＯＡ）１１０はガード電位Ｖｇを基準としている。この目的のために、演算増幅器（ＯＡ）１１０はまたガード電位Ｖｇを基準とする電力供給源（図示せず）によって供給される。
【０１３２】
あるいは、演算増幅器（ＯＡ）１１０は、接地電位Ｇを基準とする電力供給源（図示せず）によって供給されながら、接地電位を基準とすることができる。
【０１３３】
制御対象１０２は、本質的に、通常、直接または間接的に抵抗結合または容量結合によって接地電位Ｇに分極されていることに留意されたい。もちろん、物体がこの接地電位Ｇで完全に分極されることは必須ではない。物体が検出可能であるためには、物体は単にガード電位Ｖｇとは異なる電位で分極されなければならない。
【０１３４】
ＯＡ１１０の出力に存在する電圧Ｖｓは、ガード電位Ｖｇを基準としている。
【０１３５】
一般接地Ｇを基準とする電圧Ｖｓを得るために、測定モジュール１１４は、一般接地電位Ｇを基準とする差動増幅器を特に備えることができる。この差動増幅器は、入力においてＯＡ１１０の出力とガード電位とにそれぞれ接続され、一般接地電位Ｇを基準にしたＶｓの画像信号を出力に生成する。
【０１３６】
装置１００はまた、第２の電極１０８と電源Ｅとの間に配置された制御可能スイッチ１１８の動作を制御する制御モジュール１１６を備えている。制御可能スイッチ１１８は、
・図１ａおよび図１ｂに示す第１の位置では、第２の電極１０８をガード電位Ｖｇに接続し、
・図１ｃに示す第２の位置では、第２の電極１０８を接地電位Ｇに接続する、
ように配置される。
【０１３７】
特に測定電極１０６と制御対象１０２との間に形成される電極−物体間容量と呼ばれる容量Ｃｅｏが、Ｃｓで示され、予め定められ、例えば制御モジュール１１６内の記録手段（図示せず）に記録されている所定の閾値容量に達すると、制御可能スイッチ１１８は第１の位置から第２の位置へ通過するように制御される。この閾値容量Ｃｓは予め定められており、図１ｂに表されているように、制御対象１０２と検出面１０４との間の接触を表している。
【０１３８】
測定電極１０６は、測定電極１０６と第２の電極１０８との間の距離Ｄが、制御対象１０２によって検出面１０４に及ぼされる荷重によって局所的に弾性的に変更され得るように配置される。特に、検出面１０４に荷重が加えられると、図１ｃに示されるように、測定電極１０６は第２の電極１０８に近づく。この目的のために、測定電極１０６および第２の電極１０８は、例えばフォームまたはシリコーンのような弾性的に圧縮可能な誘電材料によって形成された層１２０の両側に配置される。
【０１３９】
これらの条件下で、制御対象１０２の検出面１０４への接近および接触は、測定電極１０６と制御対象１０２との間に形成される容量Ｃｅｏの値の関数として検出される。容量Ｃｅｏが閾値容量Ｃｓに達すると、これは、物体１０２が検出面１０４と接触していることを示す。この場合、制御対象１０２によって及ぼされる荷重は、測定電極１０６とガード電極１０８との間に形成される電極間容量と呼ばれる容量Ｃｉｅの関数として検出される。
【０１４０】
制御対象１０２の検出面１０４との接近および接触を表す容量Ｃｅｏを特定するために、測定電極１０６および第２の電極１０８を同じ交流電位すなわち電源Ｅから供給されるガード電位Ｖｇに設定することによって第１の信号が周期的に測定される（図１ａ）。この構成では：
【数２】
0006698225.tif 000003
【０１４１】
この関係（１）により、測定された第１の信号Ｖｓから電極−物体間容量Ｃｅｏの値を推定することが可能になる。
【０１４２】
この構成では、第２の電極１０８は、測定電極１０６との寄生結合または漏れ容量の出現を防ぐガード電極として機能することに留意されたい。
【０１４３】
制御対象１０２が検出面１０４からある距離にある間は、電極−物体間容量Ｃｅｏのみを測定する必要がある。
【０１４４】
制御対象１０２が検出面１０４と接触するか、またはこの表面の間近に接近すると（半接触）、検出面１０４に対する制御対象１０２の圧力を表す電極間容量Ｃｉｅも測定する必要がある。この電極間容量Ｃｉｅは以下のようにして決定される。
【０１４５】
制御対象１０２と検出面１０４との間の接触は、容量Ｃｅｏが所定の閾値Ｃｓ（または閾値容量の範囲）に達した際に特定される（図１ｂ）。その時点で、制御可能スイッチ１１８は、図１ｃに示されるように、ガード電極１０８を接地電位Ｇに接続するように切り替えられる。この構成では、ＯＡ１１０の出力で第２の信号Ｖｓが測定される。この第２の信号Ｖｓは、測定電極１０６から見た、総静電容量と呼ばれる容量ＣＴを表す。
【数３】
0006698225.tif 000004
【０１４６】
この関係（２）により、測定された第２の信号Ｖｓから総静電容量ＣＴの値を推定することが可能になる。
【０１４７】
しかし、総静電容量ＣＴは、
・電極−物体間容量Ｃｅｏと、
・測定電極１０６と第２の電極１０８との間の電位差により生じる電極間容量Ｃｉｅと、
の合計に対応する。
【０１４８】
物体１０２が検出面１０４と接触しているので、電極−物体間容量Ｃｅｏはもはや変化せず、依然として静電容量Ｃｓと等しい（または近い）。したがって、検出面１０４上の物体１０２の圧力を表す電極間容量Ｃｉｅの値は、以下の関係に従って、減算によって得られる。
【数４】
0006698225.tif 000005
【０１４９】
ここで、ＣｅｏＴは、接触している物体で測定された電極−物体間容量である。
【０１５０】
この構成では、制御対象１０２が依然として検出面１０４に接触しているかどうかを周期的に確認する必要がある。この目的のために、制御可能スイッチ１１８は、電極−物体間容量Ｃｅｏを測定するためにガード電極１０８をガード電位Ｖｇに接続し、次に総静電容量ＣＴ、したがって、電極間容量Ｃｉｅを測定するために接地Ｇに接続するように周期的に切り替えられる。ＣｅｏおよびＣＴのこれらの連続測定は、電極−物体間容量が閾値容量よりも大きい（Ｃｅｏ≧Ｃｓ）限り行われる。
【０１５１】
例えば平行平板コンデンサの原理を使用することにより、電極−物体間容量Ｃｅｏおよび電極間容量Ｃｉｅをそれぞれ測定電極と物体との間の距離、および測定電極と第２の電極との間の距離Ｄと関連付けることができる。したがって、荷重は、誘電材料１２０の測定された厚さＤの変動、およびその弾性率から計算することができる。
【０１５２】
測定された信号からのこれらの静電容量のそれぞれの特定は、測定モジュール１１４によって、または制御モジュールによって、あるいは１つまたは複数の追加の計算モジュール（図示せず）によってさえも実行することができる。
【０１５３】
この目的のために、ＯＡ１１０から発生する信号Ｖｓとガード電位Ｖｇに対応する搬送波信号との乗算機能を実行し、次いでローパスフィルタリングを実行する同期復調器を利用することが可能である。
【０１５４】
ローパスフィルタが後に続く整流を含む非同期復調器を使用することも可能である。
【０１５５】
図２は、本発明による装置の第２の実施形態の例の電気的原理の簡略図である。
【０１５６】
図２に示す装置２００は、図１ａ〜図１ｃの装置１００の全ての要素を備えている。
【０１５７】
装置１００とは異なり、装置２００は制御可能なスイッチを含まず、第２の電極１０８と接地電位Ｇとの間に配置された第２の電源Ｅ’を備えている。
【０１５８】
第２の電源Ｅ’は、制御モジュール１１６によって、
・第１の信号の測定中に、第２の電源Ｅ’がガード電位Ｖｇと同一または実質的に同一の電位Ｖ１を供給する（この場合、第２の電極１０８は（測定電極１０６と同様に）ガード電位Ｖｇで分極される）とともに、
・第２の信号の測定中に、第２の電源Ｅ’が、ガード電位Ｖｇに比例し、かつ振幅がより小さい第２の電位Ｖ１を供給する（Ｖ１＝ｋＶｇ、ここでｋ＜１）（この場合第２の電極１０８は電位Ｖ１に分極され、測定電極１０６はガード電位Ｖｇに分極されている）、
ように制御される。
【０１５９】
上記のように、静電容量Ｃｅｏが閾値容量Ｃｓ未満である限り、第２の電源Ｅ’はガード電位Ｖｇを供給するように制御され、静電容量Ｃｅｏが静電容量Ｃｓに達すると、第２の電位Ｖ１＝ｋＶｇとガード電位Ｖｇとを交互に繰り返し供給するように制御される。
【０１６０】
実際には、電源Ｅおよび第２の電源Ｅ’は、位相が同一で、振幅が異なるだけの同一の形状の信号を生成するために、同一の発振器または同一の関数発生器から生成される。
【０１６１】
第２の電位を使用することは、最適条件下で電極−物体間容量Ｃｅｏおよび総静電容量ＣＴを検出することができるように検出のゲインの調整を可能にするという利点を有する。実際、対向する表面間の関係のために、電極間容量Ｃｉｅ、したがって総静電容量ＣＴは、電極−物体間容量Ｃｅｏよりも数桁大きい可能性がある。
【０１６２】
第２の電位Ｖ１＝ｋＶｇを用いて、上記のように測定された信号はそれぞれ次のようになる。
【数５】
0006698225.tif 000006
【０１６３】
したがって、遠方の物体に対応する電極−物体間容量Ｃｅｏを検出するために、および得られた係数（１−ｋ）の減衰により飽和することなく総静電容量ＣＴを検出するために、検出ゲインを最適化することができる。
【０１６４】
あるいは、第２の電源Ｅ’は、ガード電位Ｖｇを供給するように、または第２の電極が接地電位Ｇに分極されるべくオフにされるように、制御モジュール１１６によって制御されてもよい。この場合、図２の装置２００においては、第２の電源Ｅ’をオフおよびオンにすることを回避するために、ガード電極１０８と第２の電源Ｅ’との間に制御可能なスイッチを追加することも可能であり、このような制御可能なスイッチは、第２の電極１０８を
・第１の信号を測定するために第２の電源Ｅ’に接続するとともに、
・第２の信号を測定するために接地電位Ｇに接続する。
【０１６５】
もちろん、提示された全ての実施形態において、電極−物体間容量Ｃｅｏが閾値容量Ｃｓに達する条件の検出以外の他の基準に従って総静電容量ＣＴの測定を実行することができる。
【０１６６】
特に、制御対象１０２が検出面１０４と接触しているか否かという事実を考慮することなく、上述したのと同様にして、電極−物体間容量Ｃｅｏおよび総静電容量ＣＴを周期的かつ逐次的に測定することが可能である。
【０１６７】
システムが満足に動作したことの検証を周期的に実行することも可能である。この目的を達成するために、
・物体１０２の不在下で（または少なくとも電極−物体間容量Ｃｅｏの測定値が物体が存在しないことに対応するのに十分に低い場合）、これらの条件下では電極間容量Ｃｉｅの測定値に対応するはずである総静電容量ＣＴの測定が行われ、
・得られた電極間容量Ｃｉｅの値は、予想される電極間容量値または値の範囲と比較され、その差が予め確立された基準を満たさない場合、システムは故障しているとみなされ、警報が発せられる。
【０１６８】
例えば、誘電材料１２０の経年変化または不可逆的な変形を考慮に入れるために電極間容量測定値を較正し、したがってより正確な荷重または力の測定値を生成することも可能である。この目的を達成するために、
・検出面１０４と接触する物体１０２の不在下で（または少なくとも電極−物体間容量Ｃｅｏの測定値が、検出面から離れた位置にある物体または物体が存在しない場合に対応するのに十分低い場合）、これらの条件下では電極間静電容量Ｃｉｅの測定値に対応するはずである総静電容量ＣＴの測定が行われ、
・この電極間容量Ｃｉｅの測定値は、「無荷重」値であるか、または押し下げなしである基準値として使用され、および／または
この電極間容量Ｃｉｅの測定値から誘電材料１２０の公称厚さ（すなわち、応力が加えられていない状態）が推定される。
【０１６９】
図３は、本発明による装置の第３の実施形態の例の電気的原理の簡略図である。
【０１７０】
図３に示す装置３００は、図１ａ〜図１ｃの装置１００の全ての要素を備えている。
【０１７１】
装置１００とは異なり、装置３００は、測定電極１０６および第２の電極１０８に加えて、追加のガード電極３０２を備えている。
【０１７２】
これらの追加のガード電極３０２は、測定電極１０６と同様にガード電位Ｖｇに分極されており、したがって環境との寄生結合容量または漏れ結合容量を除去するためにアクティブガード電極として機能する。このために、追加のガード電極３０２は、図示のように、ＯＡ１１０の正入力に接続することができる。特に、追加のガード電極３０２は、追加の透かし彫りガード面の形態で製造することができ、第２の電極１０８はこの追加のガード面３０２の開口部に配置される。
【０１７３】
したがって、第１の信号を測定するために、全ての電極１０６、１０８、および３０２はガード電位Ｖｇに分極されている。第２の信号を測定するために、制御モジュール１１６によって制御されたスイッチ１１８によって、測定電極１０６および追加のガード電極３０２はガード電位Ｖｇに保たれ、第２の電極１０８は接地電位Ｇに設定される。
【０１７４】
装置３００はまた、同一の電子検出ユニット（特に同一のＯＡ１１０）を用いて複数の測定電極１０６を順次管理することを可能にするように構成されている。このために、装置３００は、測定を行うために測定電極１０６をＯＡ１１０の負入力に接続（アクティブ測定電極１０６）または例えばＯＡ１１０の正入力においてガード電位Ｖｇに選択的に接続することを可能にする電極スイッチ３０４を備えている。電極スイッチ３０４はまた、測定電極１０６がＯＡ１１０の入力に接続されてアクティブになった場合に、他の測定電極１０６がガード電位Ｖｇで分極されてガード素子に寄与するように配置される。
【０１７５】
複数の測定電極１０６を有する構成では、第２の電極の電位を制御するスイッチ１１８は様々な方法で構成することができる。
【０１７６】
第１の信号を測定するために、全ての第２の電極１０８はガード電位Ｖｇに分極される。
【０１７７】
第２の信号を測定するために、スイッチ１１８は、
・全ての第２の電極１０８を接地電位Ｇに接続し、
・または（ＯＡ１１０の負入力に接続された）アクティブ測定電極１０６と反対側の第２の電極１０８を接地電位Ｇに接続し、他の全ての第２の電極１０８をガード電位Ｖｇに接続してガード素子に寄与させる、
ように構成することができる。
【０１７８】
もちろん、図３の実施例と図２の実施例とを組み合わせることによって、すなわち、上記のように、第２の信号の測定のために第２の電極１０８を第２の電位で分極させるために、第２の電源Ｅ’を用いて、代替の実施例を得ることができる。
【０１７９】
図４は、そのような代替実施形態の例の電気的原理の概略図である。
【０１８０】
複数の電極１０６を管理するために、上述のように電極スイッチ３０４を利用することができる。
【０１８１】
スイッチ１１８を利用して、第２の電極１０８（単数または複数）の電位を、ガード電位Ｖｇ、または第２の電源Ｅ’によって生成された第２の電位のいずれかに切り替えることも可能である。
【０１８２】
上記のように、第２の信号を測定するために、スイッチ１１８は、
・全ての第２の電極１０８を第２の電源Ｅ’の第２の電位に接続する、
・または（ＯＡ１１０の負入力に接続された）アクティブ測定電極１０６に対向する第２の電極１０８を第２の電位に接続するとともに、他の全ての第２の電極１０８をガード電位Ｖｇに接続してガード素子に寄与させる、
ように構成することができる。
【０１８３】
図５は、本発明による装置において利用することができる電極の第１の構成の概略図である。
【０１８４】
図５に示す構成５００では、装置は、複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎと、全ての測定電極１０６１〜１０６Ｎに共通の単一の第２の電極１０８とを備えることができる。
【０１８５】
図６は、本発明による装置に利用することができる電極の第２の構成の概略図である。
【０１８６】
図６に示される構成６００では、装置は、複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎと、各測定電極１０６１〜１０６Ｎに対してそれぞれ個別の第２の電極１０８１〜１０８Ｎとを備えることができる。
【０１８７】
図７は、本発明による装置に利用することができる電極の第３の構成の概略図である。
【０１８８】
図７に示される構成７００では、装置は複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎを備えることができ、各測定電極１０６１〜１０６Ｎに対して、
・それぞれ個別に第２の電極１０８１〜１０８Ｎと、
・それぞれ個別の透かし彫り追加ガード電極３０２１〜３０２Ｎと、
を備えることができる。
【０１８９】
図８は、本発明による装置に利用することができる電極の第４の構成の概略図である。
【０１９０】
図８に示す構成８００では、装置は複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎを含むことができる。
【０１９１】
装置はまた、１組の測定電極１０６１〜１０６Ｎに共通であり、ガード面を形成する１つの追加のガード電極３０２を備えている。
【０１９２】
装置は、各測定電極１０６１〜１０６Ｎに対して、単一の追加のガード電極３０２によって形成されたガード面に挿入された第２の電極１０８１〜１０８Ｎをそれぞれ個別に備えている。
【０１９３】
図９は、本発明による検出方法の非限定的な実施形態のフローチャートの形での概略図である。
【０１９４】
方法９００は、制御対象が検出面に接近したときに実行される第１の検出ステップ９０２を１回以上繰り返すことを含む。
【０１９５】
この第１の検出ステップ９０２は、測定電極と、ガード電極または試験電極であり得る第２の電極とを、上述のようにガード電位に設定するステップ９０４を含む。
【０１９６】
したがって、ステップ９０６は、電極−物体間容量Ｃｅｏを表す第１の信号を測定する。
【０１９７】
測定された信号の関数として、静電容量Ｃｅｏがステップ９０８の間に計算される。
【０１９８】
ステップ９１０の間、測定された容量Ｃｅｏは、制御対象と検出面との間に接触があるときに得られる電極−物体間容量を表す所定の閾値容量Ｃｓと比較される。
【０１９９】
容量Ｃｅｏ＜Ｃｓの場合、ステップ９０２は、例えば所定の頻度で繰り返される。
【０２００】
容量Ｃｅｏ≧Ｃｓの場合、ステップ９０２の後に第２の検出ステップ９１２が続く。
【０２０１】
この第２の検出ステップ９１２は、第２の電極を接地電位または第２の電位に設定するステップ９１４を含む。測定電極はガード電位に保たれる。
【０２０２】
次に、ステップ９１６は、測定電極から見た総静電容量ＣＴを表す第２の信号の測定を実行する。
【０２０３】
測定された第２の信号の関数として、ステップ９１８の間に容量ＣＴが計算される。
【０２０４】
次に、ステップ９１９は、電極−物体間容量Ｃｅｏを表す第１の信号を測定する。
【０２０５】
測定された信号の関数として、ステップ９２０の間に容量Ｃｅｏが計算される。
【０２０６】
ステップ９２１の間、算出された容量ＣＴから閾値容量Ｃｓを減算することにより、検出面上の制御対象の圧力を表す電極間容量Ｃｉｅが算出される。
【０２０７】
容量Ｃｅｏ≧Ｃｓの間、ステップ９１２が繰り返される。そうでなければ、方法９００はステップ９０２で再開する。
【０２０８】
電極間容量Ｃｉｅを特定するために容量Ｃｅｏを測定するステップは、第２の検出ステップ９１２の全ての反復において実行されるのではなく、よりまれに実行され、容量Ｃｅｏが記録されることに留意されたい。
【０２０９】
もちろん、本発明は今説明した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなくこれらの実施例に多数の調整を加えることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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【図９】
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