(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、４００、５００、６００、１０００、１１００）であって、前記装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００）は、
・少なくとも１つの測定電極（１０６）と、
・ガード電極と呼ばれる少なくとも１つの電極（１０８）と、
・前記測定電極（１０６）の電気容量に関して信号を測定するための測定電子機器と、を備え、
前記測定電極（１０６）および前記ガード電極（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（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）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静電容量（Ｃｅｏ）に関する第１の信号を測定するように、前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）とに、各々接地電位（Ｇ）とは異なる同一の第１の交流電位（Ｖｇ）を印加し、
−前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）との間の電極−ガード容量と呼ばれる静電容量（Ｃｅｇ）に関する第２の信号を測定するように、前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）との間に交流電位差（Ｖ１）を印加する、
ために配置された前記電極の電気分極手段（Ｖ、Ｅ、３０２、４０２）を備えていることを特徴とする、装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項２】
前記電極の前記電気分極手段（Ｖ、Ｅ、３０２、４０２、１１６）は、
・第１の交流電位（Ｖｇ）および電位差（Ｖ１）がそれぞれ異なる周波数における少なくとも１つの周波数成分を含むこと、
・前記第１の交流電位（Ｖｇ）および前記電位差（Ｖ１）が互いに直交する信号を含むこと、
の基準の少なくとも１つを満たす前記第１の交流電圧（Ｖｇ）および前記電位差（Ｖ１）を生成するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１００、２００、４００、５００、１０００、１１００）。
【請求項３】
・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（１１５）を有する測定電子機器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、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項４】
前記第１の信号を特定するために前記第１の交流電位（Ｖｇ）を利用する第１の復調手段（１１５）と、前記第２の信号を特定するために前記交流電位差（Ｖ１）を利用する第２の復調手段（１１５）とを備えていることを特徴とする、請求項３に記載の装置（１００、２００、１０００、１１００）。
【請求項５】
前記電極の前記電気分極手段（Ｖ、Ｅ、３０２、４０２）は、前記第１の交流電位（Ｖｇ）の振幅とは異なる振幅を有する交流電位差（Ｖ１）を生成するよう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、４００、５００、１０００、１１００）。
【請求項６】
前記電極の前記電気分極手段は、入力において前記接地電位（Ｇ）を参照し、そして前記第１の交流電位（Ｖｇ）を供給する第１の電源（Ｅ）を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項７】
前記第１の電源（Ｅ）は、前記出力において前記少なくとも１つのガード電極（１０８）に電気的に接続されており、前記電極の前記電気分極手段はまた、前記少なくとも１つの測定電極（１０６）を前記第１の交流電位（Ｖｇ）または前記接地電位（Ｇ）のいずれかに電気的に分極させることを可能にする第１の電源スイッチ（４２０）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置（６００）。
【請求項８】
前記電極の前記電気分極手段は、前記交流電位差（Ｖ１）を供給する第２の電圧源（Ｖ）を含み、前記第２の電圧源（Ｖ）は、前記入力において前記第１の交流電位（Ｖｇ）を参照し、そして前記出力が、以下の構成：
・前記少なくとも１つのガード電極（１０８）に前記交流電位差（Ｖ１）を印加するように、
・前記少なくとも１つの測定電極（１０６）に前記交流電位差（Ｖ１）を印加するように、
のうちの１つに従って配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、１０００、１１００）。
【請求項９】
前記電極の前記電気分極手段は、
・前記少なくとも１つのガード電極（１０８）および前記少なくとも１つの測定電極（１０６）に、前記接地電位（Ｇ）または前記第１の交流電位（Ｖｇ）のいずれかを印加することを可能にするように構成された第１のスイッチ（４０２）、
・前記少なくとも１つのガード電極（１０８）と前記少なくとも１つの測定電極（１０６）との間に前記交流電位差（Ｖ１）、またはゼロの電位差のいずれかを印加することを可能にするように構成された第２のスイッチ（３０２）、
のうちの少なくとも１つのスイッチ（４０２、３０２）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（４００、５００）。
【請求項１０】
・前記第１の信号の関数として、前記物体（１０２）と前記検出面（１０４）との間の距離または接触を特定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、
・前記第２の信号の関数として、前記検出面上に前記物体（１０２）によって加えられた荷重または圧力を特定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、または
・前記第１の信号の関数として、前記物体（１０２）と前記検出面（１０４）との間の距離または接触を特定し、かつ前記第２の信号の関数として、前記検出面上に前記物体（１０２）によって加えられた荷重または圧力を特定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
を備えていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１１】
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（１１８）によって分離された、少なくとも１つの測定電極（１０６）、および少なくとも１つのガード電極（１０８）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１２】
可撓性材料から製造され、少なくとも１つのガード電極（１０８）の上に距離を隔てて配置され、荷重が加えられると少なくとも局所的に変形する支持体の、上、中、または下に配置された少なくとも１つの測定電極（１０６）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１３】
いくつかの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１４】
・いくつかの前記測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）に対向して配置された少なくとも１つのガード電極（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ガード電極（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ガード電極（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つまたは複数のガード電極を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の測定電極（１０６）の電位と同一の電位に分極された少なくとも１つの第２のガード電極（９０２）を備えていることを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の装置（１０００、１１００）。
【請求項１６】
いくつかの測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）と、「アクティブ電極」と呼ばれる測定電極（１０６１〜１０６Ｎ）を前記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（１０６１〜１０６Ｎ）を前記アクティブ電極と同じ電位に分極するために配置されている電極スイッチ（１００１）とを備えていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置（１０００、１１００）。
【請求項１７】
前記交流電位差（Ｖ１）を複数のガード電極（１０８１〜１０８Ｎ）に印加するように構成された第２の電圧源（Ｖ）を備え、「励起ガード電極」と呼ばれる１つまたは複数のガード電極（１０６１〜１０６Ｎ）を前記第２の電圧源（Ｖ）に選択的に接続することを可能にするガード電極スイッチ（１１０１）も備え、前記ガード電極スイッチ（１１０１）はまた、他のガード電極（１０８１〜１０８Ｎ）を前記アクティブ電極と同じ電位に分極するように配置されていることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の装置（１１００）。
【請求項１８】
前記測定電子機器は、フィードバック容量成分を含むインピーダンス（１１２）を有する演算増幅器（１１０）を利用する回路を備えており、前記１つの又は複数の測定電極（１０６）は、前記演算増幅器の負入力に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項１９】
演算増幅器（１１０）を利用する前記回路は、前記第１の交流電位（Ｖｇ）を基準とする電源によって供給されることを特徴とする、請求項１６に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）を用いた、検出面（１０４）に対する物体（１０２）の検出の方法であって、
前記検出面（１０４）に対する物体（１０２）の接近を検出するか、前記検出面（１０４）に対する物体（１０２）の接触を検出するか、または、前記検出面（１０４）に対する物体（１０２）の接近および接触を検出する第１のステップであって、
−前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）とに、各々接地電位（Ｇ）とは異なる同一の第１の交流電位（Ｖｇ）を印加することと、
−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静電容量（Ｃｅｏ）に関する第１の信号を測定することと、を含む第１のステップと；
前記検出面（１０４）上の前記物体（１０２）の圧力を検出する第２のステップであって、
・前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）との間に交流電位差（Ｖ１）を印加することと、
・前記測定電極（１０６）と前記ガード電極（１０８）との間の、電極−ガード容量と呼ばれる静電容量（Ｃｅｇ）に関する第２の信号を測定することと、を含む第２のステップと、
のステップの少なくとも１回の繰り返しを含む、方法。
【請求項２１】
前記装置は複数の測定電極を含み、前記第２の検出ステップは、前記第１の検出ステップ間に前記物体（１０２）が検出された前記検出面（１０４）の領域内でのみ実行されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
・接近を検出するか、接触を検出するか、または、接近および接触を検出することと、
・検出される物体の不在下で、「較正静電容量」と呼ばれる電極−ガード容量を特定するように圧力を検出することと、
を含む較正ステップを含むことを特徴とする請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
電極−ガード較正容量と、公称電極−ガード静電容量または公称電極−ガード静電容量の範囲とを比較することを含む機能検証ステップを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）を備えた機器のアイテム用の検出層。
【請求項２５】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置（１００、２００、４００、５００、６００、１０００、１１００）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、一方では表面への物体の接近、および／または前記物体の前記表面との接触、および他方では前記物体の前記表面へ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するためには、接近および接触に加えて、装置の検出面上に物体によって及ぼされる圧力、荷重または力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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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、一方で接近および／または接触を検出し、他方で検出面上の物体の圧力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、一方で接近および／または接触を検出し、他方で圧力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、一方は接近と接触の検出専用、もう一方は圧力検出専用の２つの既存のセンサを並置したものと比較して、かさばらず、コストも低く、複雑でもないセンサ装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的のうちの少なくとも１つは、検出面に対する物体の検出装置によって達成され、前記検出装置は、
・少なくとも１つの測定電極と、
・特に前記測定電極に面して配置された、ガード電極と呼ばれる少なくとも１つの電極と、
・前記測定電極の電気容量に関して信号を測定するための測定電子機器と、を備え、
前記測定電極とガード電極とは、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、局所的に弾性的に変更可能な距離だけ隔てられていることを特徴とするとともに、
・測定電極およびガード電極に、各々接地電位とは異なる
・同一の第１の交流電位、または
・実質的に同一の第１の交流電位、
を印加して、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の信号を測定する、
・測定電極とガード電極との間に交流電位差を印加して、前記電極間の電極−ガード容量と呼ばれる静電容量に関する第２の信号を測定する、
ために配置された電極の電気分極のための手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
電極−物体間容量は、物体と検出面との接近および／または接触を表す。電極−ガード容量は、前記物体によって前記検出面に及ぼされる圧力、荷重、および／または力を表す。この圧力、荷重または力は、軸方向（検出面に対して垂直）に加えることができ、または接線方向せん断成分を含むことができる。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、電極の電気分極手段は、非限定的に、少なくとも１つの電源、少なくとも１つの電気スイッチ、少なくとも１つの電源および／または少なくとも１つの電気スイッチを制御するために配置された少なくとも１つの制御手段、の要素のうちの少なくとも１つを含む。電源を制御するために配置された制御手段は、例えば、電源が信号または電圧を生成するように、および／または生成された信号を修正するために、および／または短絡または受動部品として機能するべく電源を停止するように、この電源を制御することができる。このために、この制御手段は、例えばクロック信号または基準電圧に作用することができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
「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。
【００１５】
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。
【００１６】
「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。
【００１７】
したがって、第１の電位は、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、第１の電位は、ゼロと見なされる接地電位に対する電位差にも対応し得る。
【００１８】
交流電位差（または交流電位の差）を印加するために、分極手段は、測定電極に第３の電位を、ガード電極に第４の電位をそれぞれ印加するように配置される。これらの第３および第４の電位は、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。したがって、交流電位差は、これらの第３の電位と第４の電位との間の差、すなわち、測定電極とガード電極との間に印加される差動電位に対応する。
【００１９】
一般に、第１の交流電位および交流電位差を生成するために測定電極およびガード電極に印加される電位は、任意の形状、特に正弦波、正方形、三角形などを有し得る。これらは直接生成することも、パルス幅変調（ＰＷＭ）手法を使用して生成することもできる。
【００２０】
本発明の文脈において、電極に印加される第１の交流電位は、それらが測定電子機器の出力において使用可能な電極−ガード容量測定値を生成しない場合、実質的に同一であると見なすことができる。同一または実質的に同一の第１の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。
・同一の時間形状（正弦波、正方形、三角形など）、同一の変動振幅および同一の位相を有する（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。
【００２１】
電極は、各電極について同一または実質的に同一である第１の交流電位と、電極ごとに任意に異なるが、測定電子機器の出力で使用可能な電極−ガード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、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ことに留意されたい。
【００２２】
したがって、測定電子機器の実施態様によれば、電極−物体間容量は、同一の第１の交流電位と、直接成分、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などの異なる成分と、あるいは第１の交流電位の波形と直交する波形を有する他の成分でさえも含むグローバル電位を、測定電極およびガード電極にそれぞれ印加することによって測定することができる。
【００２３】
したがって、本発明による装置により、単一の測定電子機器および一組の（少なくとも）２つの電極を用いて、一方では、物体の検出面への接近および／または接触である第１の情報項目に依存する（またはそれを表す）第１の信号を、他方では、検出面上に物体によって加えられた圧力または荷重である第２の情報項目に依存する（またはそれを表す）第２の信号を測定することが可能になる。したがって、一方で接近および接触の、他方で荷重の測定値を別々にかつ明確に得ることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
有利には、電極−物体間容量に関する第１の信号および電極−ガード容量に関する第２の信号は、同一の測定点において測定電子機器によって測定することができる。
【００２６】
したがって、本発明による装置の実施は単純化される。
【００２７】
本発明によれば、第１の交流電位と交流電位差とを同時にまたは順番に電極に印加することにより、電極−物体間容量に応じた第１の信号と、電極−ガード容量に応じた第２の信号とを同時に測定することができる。
【００２８】
実施形態によれば、電極の電気分極手段は、以下の基準のうちの少なくとも１つを満たす第１の交流電位および電位差を生成するように構成することができる。
・第１の交流電位および電位差は、それぞれ異なる周波数の少なくとも１つの周波数成分を含む。
・第１の交流電位および電位差は互いに直交する信号を含む。
【００２９】
したがって、異なって符号化され、したがって、たとえ同時に生成され、同じ測定電極上で測定されても区別可能である、電極−物体間容量に応じた第１の電気信号と、電極−ガード容量に応じた第２の電気信号とを生成することができる。
【００３０】
第１の交流電位および電位差が少なくとも１つの周波数成分を用いて異なる周波数で実施される場合、周波数多重を生成するとともに、異なる動作周波数で周波数多重から生じる第１の電気信号および第２の電気信号を別々に復調することができる。
【００３１】
直交信号は、いくつかのサンプルまたは所定の期間にわたる信号のうちの任意の２つのスカラ積が（これらの信号の係数、すなわちこれらの信号自身のスカラ積に関して）ゼロまたはほぼゼロである信号として定義される。さらに、従来の定義は、正規直交基底を備えたベクトル空間におけるスカラ積の使用であり、所定の期間内における信号のサンプルの項毎の積の合計である。
【００３２】
以下に説明するように、同期検波と組み合わされた互いに直交する信号で第１の交流電位および電位差を実行することにより、そこから独立して生じる第１の電気信号および第２の電気信号を、それらの間のクロストーク効果を最小にしながら復調することができる。
【００３３】
異なる周波数の信号は一般に互いに直交していないことに留意されたい。しかしながら、それらが互いの整数倍に対応する周波数を有する場合、それらは互いに直交し得る。
【００３４】
さらに、直交信号は、同じ周波数またはより一般的に同じ形状、同じ振幅を有するが直交位相を有する信号であり得る。
【００３５】
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。
【００３６】
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）。
搬送波信号は、それぞれ、以下のものであるか、またはそれを含むことができる。
・第１の電気信号の復調のための第１の交流電位。
・第１の電気信号の復調のための交流電位差。
【００３７】
同期復調器の利用により、異なる動作周波数で周波数分割多重化信号を復調すること、および／または互いに直交する信号を復調することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
振幅検出器の利用により、異なる動作周波数で周波数分割多重化信号を復調することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
実施形態によれば、本発明による装置は、第１の信号を特定するために第１の交流電位を利用する第１の復調手段と、第２の信号を特定するために交流電位差を利用する第２の復調手段とを備えることができる。
【００４３】
この場合、第１の復調手段は、第１の電気信号を復調するための第１の交流電位を搬送波信号として使用することができ、第２の復調手段は、第２の電気信号を復調するための交流電位差を搬送波信号として使用することができる。
【００４４】
第１の交流電位および交流電位差が上述のように注意深く選択されるならば、第１の電気信号および第２の電気信号は同時に並行して復調することができる。
【００４５】
実施形態によれば、電極の電気分極のための手段は、第１の交流電位の振幅とは異なる振幅を有する交流電位差を生成するために配置され得る。
【００４６】
特に、電極の電気分極のための手段は、第１の交流電位の振幅よりも小さい振幅を有する交流電位差を生成するように構成することができる。交流電位差は、例えば、第１の交流電位の振幅の１／２、または１／５、または１／１０、または１／１００未満の振幅を有することができる。このような振幅差により、電極−ガード容量の値と電極−物体間容量の値との間の差（電極−ガード容量は、電極−物体間容量よりもより高い値、例えば２〜１００倍程度高い値を有することができる）を補償するとともに、測定電子機器を用いて良好な条件下で２つの静電容量を検出することができる。補償効果を生じるのは得られた電位の差であるので、第１の交流電位の振幅よりも大きい振幅を有する交流電位差でも同様の結果が得られることに留意されたい。
【００４７】
実施形態によれば、電極の電気分極のための手段は、入力において接地電位を基準とし、第１の交流電位を供給する第１の電源を含むことができる。
【００４８】
言い換えれば、第１の電源はその端子間に第１の交流電位に等しい電位差を生成する。
【００４９】
実施形態によれば、第１の電源は、出力において少なくとも１つのガード電極に電気的に接続することができ、電極の電気分極のための手段は、少なくとも１つの測定電極を第１の交流電位または接地電位のいずれかに電気的に分極することを可能にする第１の電源スイッチも含むことができる。
【００５０】
したがって、第１の電源スイッチの第１の位置では、測定電極およびガード電極に第１の交流電位が印加され、これによって第１の電気信号を測定することが可能になる。
【００５１】
第１の電源スイッチの第２の位置では、測定電極とガード電極との間に、この場合は第１の交流電位に対応し、かつ第２の電気信号を測定することを可能にする交流電位差が印加される。
【００５２】
実施形態によれば、電極の電気分極手段は、その端子間に交流電位差を供給する第２の電源を含むことができ、前記第２の電圧源は、入力において第１の交流電位を参照するとともに、出力が、
・少なくとも１つのガード電極に交流電位差を印加するように、
・少なくとも１つの測定電極に交流電位差を印加するように、
のいずれかの構成に従って配置される。
【００５３】
実施形態によれば、電極の電気分極手段は、以下のスイッチのうちの少なくとも１つを含むことができる。
・少なくとも１つのガード電極および少なくとも１つの測定電極に、接地電位または第１の交流電位（例えば第１の電源から生じる）のいずれかを印加することを可能にするように構成された第１のスイッチ。
・少なくとも１つのガード電極と少なくとも１つの測定電極との間に交流電位差（例えば第２の電源によって生じるものなど）、またはゼロもしくは実質的にゼロの電位差のいずれかを印加することを可能にするように構成された第２のスイッチ。
【００５４】
第１のスイッチおよび第２のスイッチは、例えば電気機械式リレーまたはトランジスタに基づく、あらゆる種類の制御可能な電気スイッチを含むことができる。
【００５５】
第１のスイッチは、接地電位に接続された入力、または第１の電源の出力に接続された入力に選択的に接続することができる出力を含むことができる。
【００５６】
第２のスイッチは、第１の電源の出力もしくは適切であれば第１のスイッチの出力に接続された入力に、または第２の電源の出力に接続された入力に選択的に接続することができる出力を含むことができる。
【００５７】
本発明による装置はまた、以下のため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。
・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、物体と検出面との間の距離または接触を特定する。および／または
・第２の信号の関数として検出面上に前記物体によって加えられた荷重を特定する。
【００５８】
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、それぞれ前記荷重を特定することができる。
【００５９】
少なくとも１つの計算モジュールは、第１の測定された信号もしくは前記信号のデジタル版の関数として、または、測定もしく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−物体間容量値の関数として、前記距離または接触を直接特定することができる。
【００６０】
少なくとも１つの計算モジュールは、第２の測定された信号もしくはデジタル化された前記信号の関数として、または、測定されたもしくはデジタル化された前記第２の信号から推定された電極−ガード容量値の関数として、前記荷重を直接特定することができる。
【００６１】
実施形態によれば、本発明による装置は、誘電材料を含むか、または誘電材料で形成され、特に局所的に弾性的に圧縮可能な層によって分離された少なくとも１つの測定電極および少なくとも１つのガード電極を備えることができる。
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。
【００６２】
当然ながら、誘電材料は、例えば剛性を低減するための構造化材料（ポリマー／空気）などのいくつかの材料を含むか、またはそれらから構成することができる。
【００６３】
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、
・漏れのない絶縁材料に組み込まれている液体物質（水など）から、
製造された１つまたは複数の測定電極および／またはガード電極を備えることができる。
【００６４】
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な測定電極および／またはガード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）のような透明誘電性ポリマーの層の上に、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。
【００６５】
測定電極およびガード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。
【００６６】
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、例えば柔軟な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。
【００６７】
実施形態によれば、本発明による装置は、布地（例えば織物または編物構造）などの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された少なくとも１つの測定電極を備えることができ、支持体は、少なくとも１つのガード電極の上方でそれから距離を置いて配置されるとともに、荷重が前記支持体に加えられると少なくとも局所的に変形する。
【００６８】
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。
【００６９】
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を備えることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
測定電極は特にアレイ状に配置することができる。
【００７２】
実施形態によれば、本発明による装置は、以下の構成のうちの少なくとも１つに従って配置された１つまたは複数のガード電極を備えることができる。
・いくつかの、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つのガード電極。
・少なくとも１つの、特にそれぞれの測定電極に対して、前記測定電極に対向して配置されたガード電極。
・少なくとも１つの、特にそれぞれの測定電極に対して、前記測定電極に対向して配置されたいくつかのガード電極。
【００７３】
実施形態によれば、本発明による装置は、１つまたは複数の測定電極の電位と同じ電位に分極された少なくとも１つの第２のガード電極も備えることができる。
【００７４】
装置は、特に例えば以下のように配置された１つまたは複数の第２のガード電極を備えることができる。
・測定電極と同一平面内（例えば接続トラックを保護するため）に。
・ガード電極と同一平面内（およびその周囲）に。
・ガード電極の面に対向し、測定電極とは反対側のガード電極の面に対して。
【００７５】
実施形態によれば、本発明による装置は以下を備えることができる。
・測定電極のアレイ。
・測定電極に対向して配置され、互いに電気的に接続された個々のガード電極。
・同一平面内で、ガード電極の周りに配置された第２のガード電極。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、以下を備えることができる。
・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および電極スイッチ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。
【００８０】
実施形態によれば、本発明による装置は、交流電位差を複数のガード電極に印加するように配置された第２の電源を有する構成において、「励起された電極（単数または複数）」と呼ばれる１つまたは複数のガード電極を選択的に第２の電源に接続することを可能にするガード電極スイッチであって、アクティブ電極と同じ電位で他のガード電極を分極させるために配置されている前記電極スイッチを備えることもできる。
【００８１】
この実施形態は、特に本発明による装置が測定電極に対向して配置されたいくつかのガード電極を備える場合、測定電極で得られる空間分解能に関して第２の信号（荷重）の測定中における空間分解能を改善することを可能にするという利点を有する。実際、この場合、測定電極が変形可能である場合、測定の空間分解能は、励起された１つまたは複数のガード電極の寸法によって決まる。
【００８２】
実施形態によれば、測定電子機器は、フィードバック容量性成分を含むインピーダンスを有する演算増幅器を利用する回路を含むことができ、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ている。
【００８３】
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実装することができる。
【００８４】
演算増幅器を実現する回路は、演算増幅器機能を実行することを可能にする、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る。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
実施形態によれば、演算増幅器を実装する回路は、第１の交流電位を基準とする電源によって供給されることができる。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
特に、一般的な定義によれば、本発明による方法は、
・前記検出面に対する物体の接近および／または接触を検出する第１のステップであって、
・測定電極とガード電極とに、各々接地電位とは異なる
・同一の第１の交流電位、または
・実質的に同一の第１の交流電位
を印加することと、
・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の信号を測定することと、を含む第１のステップ、および、
・前記検出面上の物体の圧力を検出する第２のステップであって、
・測定電極とガード電極との間に交流電位差を印加することと、
・前記測定電極とガード電極との間の、電極−ガード容量と呼ばれる静電容量に関する第２の信号を測定することと、を含む第２のステップ、
の少なくとも１回繰り返すことを含む。
【００９１】
接近および／または接触の検出は、例えば距離の測定、接近の検出、接触の測定または検出を含み得る。
【００９２】
圧力の検出は、例えば圧力の検出、力の測定、荷重の測定を含み得る。
【００９３】
本発明による方法は、ステップまたは動作に関して、上記の特徴に従って、本発明による装置によって実施される機能を各実施形態／実施例において含むこともできる。
【００９４】
実施態様によれば、そして上記のように、第１のステップおよび第２のステップは、同時にまたは順次に実施することができる。
【００９５】
実施態様によれば、検出装置が複数の測定電極を備える場合、第２の検出ステップは、第１の検出ステップの間に物体が検出（例えば検出面に近接して、または接触して）された検出面の領域内でのみ（逐次的または並列的に）実行され得る。
【００９６】
したがって、第２の検出ステップの間に検出面全体を走査すること、またはこの第２の検出ステップを検出面全体に適用する必要はない。
【００９７】
実施態様によれば、本発明による方法は、
・接近および／または接触を検知することと、
・検出される物体の不在下で、「較正静電容量」と呼ばれる電極−ガード容量を特定するために圧力を検出することと、
を含む較正ステップを含むことができる。
【００９８】
検出される物体が存在しないという条件は、例えば
・測定された電極−物体間容量がゼロであるかまたは全く検出されないことに対応する測定ノイズのレベルである、
・たとえこの検出面の近傍に物体が存在しても、測定された電極−物体間容量が、検出面に接触している物体がないことが確実である所定の閾値未満である（圧力が印加されないために十分である）、
であり得る基準の関数として実現することができる。
【００９９】
次いで、荷重または圧力がない状態、したがって測定電極とガード電極との間の公称距離に対応する電極−ガード較正容量を使用して、圧力または荷重の測定値を較正することができる。破砕または電極間の材料の特性の変動のために、圧力が存在しない場合に経時的に生じ得る距離の変動を特に補償することが可能になる。
【０１００】
実施態様によれば、検出装置が複数の測定電極を含む場合、較正ステップは、検出面の少なくとも１つの領域において（または検出面の複数の領域単位で）局所的に実行することができる。
【０１０１】
実施態様によれば、本発明による方法は、電極−ガード較正容量と公称電極−ガード容量または公称電極−ガード容量の範囲との比較を含む機能検証ステップを含むことができる。
【０１０２】
公称電極−ガード容量または公称電極−ガード容量の範囲は、装置の正しい機能に対応する、事前に決定された予想静電容量値に対応する。
【０１０３】
この検証ステップにより、安全関連のアプリケーションに不可欠な装置の正常な機能をいつでも検証することができる。実際、測定された電極−ガード較正容量が期待値の範囲内にない場合、これは装置が故障していることを意味し、したがって近接または接触している物体を検出しない危険性がある。したがって、特に非常に確実に警報を発することが可能である。
【０１０４】
検出される物体は、例えば、手袋を着用しているまたは着用していない手、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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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のような装置または電子機器を含むことができる。
【０１０９】
検出層は、電気器具の表面またはケーシング上に配置するか、または一体化することができる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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のような装置または電子装置を含むことができる。
【０１１８】
機器のアイテムは、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機器のアイテムを含むこともできる。
【０１１９】
検出装置は、特に、測定電極およびガード電極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。
【０１２０】
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）およびガード電極（単数または複数）を、前記機器の表面またはケーシングの上、中もしくは下に配置することができ、
・測定電極（単数または複数）およびガード電極（単数または複数）を、前記機器のアイテムとは独立してトリム要素に配置し、前記機器のアイテムに取り付けることができ、
・ガード電極（単数または複数）を、前記機器のアイテム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るとともに、測定電極（単数または複数）を、前記機器のアイテムとは独立してトリム要素内に配置し、前記機器のアイテム上に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
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１】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】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】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】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】本発明による装置の第５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６】本発明による装置において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７】本発明による装置において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８】本発明による装置において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】複数の測定電極を有する本発明による装置の非限定的な実施形態の例の概略図である。
【図１０】複数の個別に制御されたガード電極を有する本発明による装置の非限定的な実施形態の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２２】
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、構造的詳細なしで、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、構造的詳細の一部のみで、少なくとも１つの、好ましくは機能的な特徴を含む。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
図１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。
【０１２６】
図１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に及ぼされる接近、接触および圧力を検出することを目的としている。
【０１２７】
この目的のために、装置１００は、検出面１０４と水平にまたは検出面１０４に対向して配置された測定電極と呼ばれる電極１０６と、検出面１０４に対向する測定電極１０６の表面に沿って、測定電極１０６に対向するとともにこの測定電極１０６から離れて配置されたガード電極と呼ばれる電極１０８とを少なくとも備えている。
【０１２８】
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。
【０１２９】
装置１００はまた、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によって出力が負入力にループされている演算増幅器（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＯＡ）１１０の形で表すことができる電子回路を備えている。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。
【０１３０】
装置１００はまた、第１の交流電位Ｖｇを供給する第１の電源Ｅを備えている。後述する理由により、第１の電源Ｅはガード電源とも呼ばれ、第１の交流電位Ｖｇはガード電位Ｖｇとも呼ばれる。この第１の交流電位Ｖｇ、すなわちガード電位Ｖｇは、システムの一般的な接地電位（例えば、アースでもよい）に対応するＧで示される接地電位とは異なる。第１の電源Ｅは、入力において接地電位Ｇに接続されるとともに、出力において特にガード電極１０８に接続されている。
【０１３１】
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で完全に分極されている必要はない。物体が検出されるためには、物体が単にガード電位Ｖｇとは異なる電位に分極されていることが必要である。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【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】
一般的な接地電位Ｇを基準とした電圧Ｖｓを得るために、この装置は、差動増幅器１１４の形で示され、一般的な接地電位Ｇを基準とし、入力がＯＡ１１０の出力とガード電位とにそれぞれ接続されたモジュール１１４を備えている。したがって、一般的な接地電位Ｇを基準にして、この差動増幅器１１４の出力にＶｓの画像信号が得られる。
【０１３６】
図示の例では、装置１００は、ＯＡ１１０の正入力とガード電源Ｅとの間に配置され、交流電位差Ｖ１を供給する第２の電源Ｖも備えている。
【０１３７】
この実施形態では、測定電極１０６はＯＡ１１０の負入力に接続され、ガード電極１０８はガード源Ｅと第２の電源Ｖとの間の点に接続される。
【０１３８】
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、（接地電位Ｇに対して）ガード電位Ｖｇ（または第１の交流電位Ｖｇ）と交流電位差Ｖ１との和に相当する電位で分極されていると考えることができる。
【０１３９】
ガード電極は、ガード電位または第１の交流電位Ｖｇに分極されている。
【０１４０】
測定電極１０６は、測定電極１０６とガード電極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に荷重が加わると、測定電極１０６がガード電極１０８に近づく。この目的のために、測定電極１０６およびガード電極１０８は、例えばフォームまたはプラスチックまたは液体誘電体などの弾性的に圧縮可能な誘電材料によって形成された層１１８の両側に（またはその中に）配置される。
【０１４１】
これらの条件下で、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を表す値を測定することによって、制御対象１０２の検出面１０４への接近および接触を検出および／または測定することができる。検出面１０４と接触すると、測定電極１０６とガード電極１０８との間に形成される電極−ガード容量と呼ばれる容量Ｃｅｇの値を測定することによって、制御対象１０２によって及ぼされる荷重を検出および／または測定することができる。
【０１４２】
いずれの場合も、平行平板コンデンサの原理を使用することによって、測定された静電容量を、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ガード電極との間の距離に関連付けることが可能である。したがって、荷重は、誘電材料１１８の測定された厚さの変動から計算することができる。
【０１４３】
ＯＡ１１０の出力で測定される信号Ｖｓは、それぞれ電極−物体間容量Ｃｅｏに依存する第１の信号Ｖｓａ、および電極−物体間容量と電極−ガード容量Ｃｅｇとの合計に依存する第２の信号Ｖｓｐとの組み合わせを含む。
【数１】
0006698226.tif 000002
および
【数２】
0006698226.tif 000003
および
【数３】
0006698226.tif 000004
【０１４４】
一実施態様によれば、復調および／またはフィルタリングによって分離することができるように、十分に離間した異なる基本周波数で第１の電位Ｖｇおよび電位差Ｖ１が生成される。これらの信号は、例えば正弦波または矩形波であり得る。この場合、得られる第１の信号Ｖｓａおよび第２の信号Ｖｓｐもまた異なる基本周波数を有する。そして、第１の信号Ｖｓａに対する第１の電位Ｖｇの基本周波数、および第２の信号Ｖｓｐに対する電位差Ｖ１の基本周波数について信号Ｖｓをそれぞれ復調することにより、これらの第１の信号Ｖｓａおよび第２の信号Ｖｓｐのそれぞれの振幅を得ることが可能である。そして、これらの信号の振幅から、電極−物体間容量Ｃｅｏ、および電極−物体間容量と電極−ガード容量との合計Ｃｅｏ＋Ｃｅｇ、したがって電極−ガード容量Ｃｅｇを推定することが可能である。このようにして、電極−物体間容量Ｃｅｏの値に関する第１の信号と、電極−ガード容量Ｃｅｇの値に関する第２の信号とが同時に得られる。
【０１４５】
このために、装置１００は、ＯＡ１１０から生じる信号Ｖｓを、第１の電位Ｖｇに対応する搬送波信号、および電位差Ｖ１に対応する搬送波信号とそれぞれ乗算し、次いでローパスフィルタ処理を行う機能を実行する２つの同期復調器１１５を備えている。
【０１４６】
異なる周波数での第１の信号Ｖｓａおよび第２の信号Ｖｓｐのこれらの復調はまた、整流とそれに続くローパスフィルタとを含む非同期復調器を用いて実行され得る。
【０１４７】
好ましくは、信号Ｖｓは、復調前に、それぞれ第１の信号Ｖｓａおよび第２の信号Ｖｓｐの基本周波数の近傍でバンドパスフィルタ処理される。
【０１４８】
他の実施態様によれば、第１の電位Ｖｇおよび電位差Ｖ１は、互いに直交する（すなわち、そのスカラ積がゼロである）信号の形態で生成され得る。そのような信号は、例えば位相直交信号（例えば正弦波または矩形波）の形で、または直交基底信号を構成する２進シーケンスの形で生成することができる。
【０１４９】
この場合、前術のように同期復調器１１５で、それぞれ第１の電位Ｖｇに対応する搬送波信号と電位差Ｖ１に対応する搬送波信号とを用いて、第１の信号Ｖｓａと第２の信号Ｖｓｐとを復調し、その後、ローパスフィルタ処理を行うことができる。より一般的には、第１の信号Ｖｓａが第２の信号Ｖｓｐと直交する搬送波信号で復調される場合、およびその逆の場合、クロストークなしにそれらのそれぞれの振幅を得ることが可能である。
【０１５０】
もちろん、これらの復調動作は、アナログ電子部品を用いてアナログ方式で、および／またはＦＰＧＡ、マイクロプロセッサなどを用いてデジタル的に実行することができる。それらは、例えば、アナログ信号（例えば、信号Ｖｓ）をデジタル化し、次いでＦＰＧＡまたはマイクロプロセッサを用いた計算によって復調動作を実行することによって実行することができる。
【０１５１】
ガード電源Ｅおよび第２の電源Ｖを交互に（したがって一度に１つずつ）オンにして装置１００を実施することも可能である。この場合、オンにされた電源に応じて、第１の信号Ｖｓａまたは第２の信号Ｖｓｐにそれぞれ対応する信号Ｖｓの測定がＯＡの出力で交互に行われる。次に、前述のように２つの復調器１１５を用いて、または単一の復調器のみを使用して、オンにされた電源の搬送波信号に対応するように搬送波信号を切り替えることで、この信号Ｖｓを復調することが可能である。
【０１５２】
第１の電源Ｅまたは第２の電源Ｖなどの電圧源は、スイッチを切ると短絡回路として振舞うことに留意されたい。
【０１５３】
この実施態様では、同じ励起周波数を使用するかまたは同じ形状の信号を生成するガード電源Ｅおよび第２の電源Ｖを実装することも可能であり、これは検出電子機器を単純化する。
【０１５４】
ガード電源Ｅを恒久的にオンにしたまま、周期的にのみ、または電極−物体間容量Ｃｅｏの測定値に基づいて、物体１０２が検出面１０４に接触または近接して検出されたときにのみ第２の電源Ｖをオンにすることも可能である。これにより、電極−物体間容量Ｃｅｏをより良好な条件下で、より正確に測定し、特に物体１０２が遠く、したがってこの電極−物体間容量Ｃｅｏが非常に低いときに、クロストークの危険性を制限することができる。物体１０２が検出面１０４に近接または接触しているとき、電極−物体間容量Ｃｅｏおよび電極−ガード容量Ｃｅｇは、上述のように同時に（または順次に）測定される。
【０１５５】
ガード電極１０８が以下の機能を果たすことに留意されたい。
・電極−物体間容量Ｃｅｏを測定するために、ガード電極１０８は、少なくとも第１の交流電位に関する復調の観点から、測定電極１０６と同じ電位に分極されることによって、測定電極１０６を環境との寄生容量結合から保護する。第２の電源Ｖが第１の交流電位に直交する、または異なる周波数で、交流電位差Ｖ１を供給する限り、これは第２の電源Ｖがオンにされるときでさえも当てはまることに留意されたい。この点で、第１の交流電位はガード電位である。
・電極−ガード容量Ｃｅｇを測定するために、ガード電極１０８は測定電極１０６とは異なる電位にあり、その差は交流電位差Ｖ１に対応する。これにより、静電容量Ｃｅｇを発生させることができ、これは交流電位差Ｖ１に基づく復調で測定することができる。
【０１５６】
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。
【０１５７】
図２に示す装置２００は、図１の装置１００の全ての要素を含む。
【０１５８】
装置２００では、装置１００とは異なり、第２の電源Ｖは、図１に示すように、ＯＡ１１０の入力部を介して、測定電極１０６ではなくガード電極１０８に接続されている。ＯＡ１１０の正入力は、ガード電位Ｖｇに接続されている。第２の電源Ｖもガード電位Ｖｇを基準としている。
【０１５９】
装置２００の機能は、装置１００の機能と本質的に同様である。
【０１６０】
第１の電源Ｅおよび第２の電源Ｖがオンにされ、それぞれガード電位（または第１の交流電位）Ｖｇおよび交流電位差Ｖ１を生成すると、電極−物体間容量Ｃｅｏおよび電極−ガード容量Ｃｅｇをそれぞれ表す２つの信号ＶｓａおよびＶｓｐの合計に対応する信号Ｖｓの測定が演算増幅器（ＯＡ）１１０の出力で行われる。
【数４】
0006698226.tif 000005
および
【数５】
0006698226.tif 000006
および
【数６】
0006698226.tif 000007
【０１６１】
装置２００のこの実施形態では、装置１００の場合のように、電極−ガード容量Ｃｅｇを表す信号Ｖｓｐは電極−物体間容量Ｃｅｏに依存しないことに留意されたい。これが本実施形態の利点である。
【０１６２】
信号Ｖｓは、装置１００に関して説明したように、１つまたは２つの復調器１１５を用いて復調することができる。特に、装置１００に関して説明された全ての復調方法は装置２００に適用可能である。
【０１６３】
したがって、上で説明したように、生成された第１の交流電位Ｖｇおよび交流電位差Ｖ１が直交信号であるか、または異なる周波数を有する場合、装置２００は、第１の電源Ｅおよび第２の電源Ｖを同時にオンまたはアクティブにして実装できる。したがって、上述のように、２つの復調器１１５を用いて信号ＶｓａおよびＶｓｐを並列に復調することが可能である。この場合、電極−物体間容量Ｃｅｏの値に関する第１の信号と、電極−ガード容量Ｃｅｇの値に関する第２の信号とが得られる。
【０１６４】
装置２００は、第１の電源Ｅ、次に第２の電源Ｖのみを交互にオンにすることによっても実現することができる。この場合、生成される第１の交流電位Ｖｇおよび交流電位差Ｖ１は、上述のように直交信号であったり異なる周波数を有したりする可能性があるが、それらは同じ周波数または同じ形状を有することもできる。次に、電極−物体間容量Ｃｅｏおよび電極−ガード容量Ｃｅｇをそれぞれ表す２つの信号が交互にまたは順次に測定される。
【０１６５】
装置１００に関して説明したように、第１の電源Ｅを恒久的にオンにしたまま、第２の電源Ｖを周期的にのみ、または電極−物体間容量Ｃｅｏの測定に基づき、物体１０２が検出面１０４に接触または近接して検出されたときにのみオンにすることも可能である。これにより、電極−物体間容量Ｃｅｏをより良好な条件下で、より正確に測定し、特に物体１０２が遠く、したがってこの電極−物体間容量Ｃｅｏが非常に低いときに、クロストークの危険性を制限することができる。物体１０２が検出面１０４に近接または接触しているとき、電極−物体Ｃｅｏおよび電極−ガードＣｅｇの静電容量は、上述のように同時に（または順次に）測定される。
【０１６６】
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。
【０１６７】
図３に示される装置４００は、図１の装置１００の全ての要素を含む。装置４００は特に、入力において接地電位Ｇに、そして出力において、特にガード電極１０８に接続された第１の電源Ｅを備えている。装置４００はまた、一方ではガード電極１０８および第１の電源Ｅの出力と、他方ではＯＡ１１０の正入力との間に配置された第２の電源Ｖも備えている。
【０１６８】
装置４００はまた、第１の電源Ｅの出力に配置された第１のスイッチ４０２を備えている。この第１のスイッチ４０２は、制御モジュール１１６によって制御されるとともに、ガード電極１０８を
・第１の位置では、第１の電源Ｅの出力に、そして
・第２の位置では、接地電位Ｇに
接続することを可能にする。
【０１６９】
装置４００はまた、第２の電源Ｖの出力に配置された第２のスイッチ３０２を備えている。この第２のスイッチ３０２もまた、制御モジュール１１６によって制御されるとともに、ＯＡ１１０の正入力を、
・第１の位置では、ガード電極１０８に、そして
・第２の位置では、第２の電源Ｖの出力に
接続することを可能にする。
【０１７０】
装置４００は、第１の電源Ｅまたは第２の電源Ｖがそれぞれオンまたはオフにされる場合、装置１００と機能的に同等であることに留意されたい。
【０１７１】
第１のスイッチ４０２は、第１の電源Ｅが切断されたときに、（あたかも第１の電源Ｅがオフにされたかのように）ガード電極１０８を接地電位Ｇに接続するように配置しながら、第１の電源Ｅ、より具体的にはこの第１の電源Ｅの出力を回路の他の部分と接続または切断するように配置される。したがって、この第１の電源Ｅを高速でオンおよびオフにすることを回避することが可能になる。
【０１７２】
同様に、第２のスイッチ３０２は、第２の電源Ｖが切断されたときに、（あたかも第２の電源Ｖがオフにされたかのように）ＯＡ１１０の入力をガード電極１０８に接続するように配置しながら、第２の電源Ｖ、より具体的にはこの第２の電源Ｖの出力を回路の他の部分と接続または切断するように配置される。したがって、この第２の電源Ｖを高速でオンおよびオフにすることを回避することが可能になる。
【０１７３】
図１の装置１００に関して説明した全ての実施態様は装置４００に適用可能である。
【０１７４】
しかしながら、当然ながら、装置４００は、第１の電源Ｅおよび第２の電源Ｖを交互に（したがって一度に１つずつ）アクティブにして、連続測定を実行するように特によく適合されている。この場合、ＯＡの出力において、アクティブにされた電源に応じて、第１の信号Ｖｓａまたは第２の信号Ｖｓｐにそれぞれ対応する信号Ｖｓが交互に測定される。そして、上記のように２つの復調器１１５を用いて、または図３に示すように単一の復調器１１５のみを用いて、アクティブにされた電源に対応するように搬送波信号を（例えば制御モジュール１１６を用いて）切り替えることにより、この信号Ｖｓを復調することができる。
【０１７５】
したがって、第１の信号Ｖｓａを測定するために、ガード電極１０８を第１の電源Ｅの出力に接続するように第１のスイッチ４０２が切り替えられ、ＯＡ１１０の正入力を第１の電源Ｅの出力（またはガード電極１０８）に接続するように第２のスイッチ３０２が切り替えられる。第２の信号Ｖｓｐを測定するために、ガード電極１０８を接地電位Ｇに接続するように第１のスイッチ４０２が切り替えられ、ＯＡ１１０の正入力を第２の電源Ｖの出力に接続するように第２のスイッチ３０２が切り替えられる。
【０１７６】
変形によれば、装置４００は、第１のスイッチ４０２を備え、第２のスイッチ３０２を備えないことができる。この場合、第２の電源Ｖは依然として回路に挿入されている。もちろん、第２の電源Ｖは上記のようにオンまたはオフにすることができる。
【０１７７】
変形によれば、装置４００は、第２のスイッチ３０２を備え、第１のスイッチ４０２を備えないことができる。この場合、第１の電源Ｅは依然として回路に挿入されている。もちろん、第２の電源Ｖは上記のようにオンまたはオフにすることができる。
【０１７８】
図４は、本発明による装置の第４の実施形態の例の電気的原理の簡略図である。
【０１７９】
図４に示される装置５００は、図２の装置２００の全ての要素を含む。装置５００は特に、入力が接地電位Ｇに接続され、出力がＯＡ１１０の正入力に接続された第１の電源Ｅを備えている。装置５００はまた、一方では第１の電源Ｅの出力と他方ではガード電極１０８との間に配置された第２の電源Ｖも備えている。
【０１８０】
装置５００はまた、第１の電源Ｅの出力に配置された第１のスイッチ４０２を備えている。この第１のスイッチ４０２は、制御モジュール１１６によって制御されるとともに、ＯＡ１１０の正入力を
・第１の位置では、第１の電源Ｅの出力に、そして
・第２の位置では、接地電位Ｇに
接続することを可能にする。
【０１８１】
装置５００はまた、第２の電源Ｖの出力に配置された第２のスイッチ３０２を備えている。この第２のスイッチ３０２もまた、制御モジュール１１６によって制御されるとともに、ガード電極１０８を、
・第１の位置では、ＯＡ１１０の正入力に、そして
・第２の位置では、第２の電源Ｖの出力に
接続することを可能にする。
【０１８２】
装置５００は、第１の電源Ｅまたは第２の電源Ｖがそれぞれオンまたはオフにされる場合、装置２００と機能的に同等であることに留意されたい。
【０１８３】
第１のスイッチ４０２は、第１の電源Ｅが切断されたときに、（あたかも第１の電源Ｅがオフにされたかのように）ＯＡ１１０の正入力を接地電位Ｇに接続するように配置しながら、第１の電源Ｅ、より具体的にはこの第１の電源Ｅの出力を回路の他の部分と接続または切断するように配置される。したがって、この第１の電源Ｅを高速でオンおよびオフにすることを回避することが可能になる。
【０１８４】
同様に、第２のスイッチ３０２は、第２の電源Ｖが切断されたときに、（あたかも第２の電源Ｖがオフにされたかのように）ガード電極１０８をＯＡ１１０の正入力に接続するように配置しながら、第２の電源Ｖ、より具体的にはこの第２の電源Ｖの出力を回路の他の部分と接続または切断するように配置される。したがって、この第２の電源Ｖを高速でオンおよびオフにすることを回避することが可能になる。
【０１８５】
図２の装置２００に関して説明された全ての実施態様は装置５００に適用可能である。
【０１８６】
しかしながら、当然ながら、装置５００は、第１の電源Ｅと第２の電源Ｖとを交互に（したがって一度に１つずつ）アクティブにして、連続測定を実行するのに特によく適している。この場合、ＯＡの出力において、アクティブにされた電源に応じて、第１の信号Ｖｓａまたは第２の信号Ｖｓｐにそれぞれ対応する信号Ｖｓが交互に測定される。上記のように２つの復調器１１５を用いて、または図４に示すように単一の復調器１１５のみを用いて、アクティブにされた電源に対応するように（例えば制御モジュール１１６を用いて）搬送波信号を切り替えることによって、この信号Ｖｓを復調することが可能である。
【０１８７】
したがって、第１の信号Ｖｓａを測定するために、ＯＡ１１０の正入力を第１の電源Ｅの出力に接続するように第１のスイッチ４０２が切り替えられるとともに、ガード電極１０８を第１の電源Ｅの出力（またはＯＡ１１０の正入力）に接続するように第２のスイッチ３０２が切り替えられる。第２の信号Ｖｓｐを測定するために、ＯＡ１１０の正入力を接地電位Ｇに接続するように第１のスイッチ４０２が切り替えられるとともに、ガード電極１０８を第２の電源Ｖの出力に接続するように第２のスイッチ３０２が切り替えられる。
【０１８８】
変形によれば、装置５００は、第１のスイッチ４０２を備え、第２のスイッチ３０２を備えないことができる。この場合、第２の電源Ｖは依然として回路に挿入されている。もちろん、第２の電源Ｖは上記のようにオンまたはオフにすることができる。
【０１８９】
変形によれば、装置５００は、第２のスイッチ３０２を備え、第１のスイッチ４０２を備えないことができる。この場合、第１の電源Ｅは依然として回路に挿入されている。もちろん、第２の電源Ｖは上記のようにオンまたはオフにすることができる。
【０１９０】
図５は、本発明による装置の第５の実施形態の例の電気的原理の簡略図である。
【０１９１】
図５に示す装置６００は、例えば図４の装置５００の全ての要素を含む。しかし装置６００は、
・第２の電源Ｖも第２のスイッチ３０２も含まないこと、
・ガード電極１０８は常に第１の電源Ｅの出力に接続されており、この第１の電源Ｅによって供給される電位Ｖｇを受け取ること、
の点で異なっている。
【０１９２】
装置６００は、第１の電源Ｅの出力に配置され、ガード電極１０８の下流に配置された第１のスイッチ４０２を備えている。この第１のスイッチ４０２は、制御モジュール１１６によって制御されるとともに、ＯＡ１１０の正入力を、
・第１の位置では、第１の電源Ｅの出力とガード電極１０８とに、そして
・第２の位置では、接地電位Ｇに
接続することを可能にする。
【０１９３】
この実施形態は、ただ１つの供給源、すなわち第１の電源Ｅを含むので非常に単純である。他方、それはＣｅｏの値に関する第１の信号およびＣｅｇの値に関する第２の信号の順次測定のみを可能にする。
【０１９４】
Ｃｅｏの値に関して第１の信号を測定するために、制御モジュール１１６は、ＯＡ１１０の正入力を第１の電源Ｅに接続するように第１のスイッチ４０２を制御する。この位置において、ガード電極１０８および測定電極１０６は第１の電位Ｖｇを受ける。
【０１９５】
Ｃｅｇの値に関して第２の信号を測定するために、制御モジュール１１６は、ＯＡ１１０の正入力を接地電位Ｇに接続するように第１のスイッチ４０２を制御する。そのとき、ガード電極１０８は第１の電位Ｖｇにあり、測定電極１０６は接地電位Ｇにある。つまり、この構成では、測定電極１０６とガード電極１０８との間に、第１の電位Ｖｇに応じた交流電位差Ｖ１が印加される。
【０１９６】
この実施形態では、第１の信号を測定すると、ＯＡの出力に以下の信号が提供される。
【数７】
0006698226.tif 000008
【０１９７】
また、第２の信号を測定すると、ＯＡの出力に次の信号が提供される。
【数８】
0006698226.tif 000009
【０１９８】
（同期復調器用に）同じ搬送波信号を使用しながら、復調器１１５で第１の信号Ｖｓａと第２の信号Ｖｓｐとを復調することが可能である。
【０１９９】
装置６００の変形例（図示せず）によれば、スイッチ４０２は、ＯＡ１１０の正入力を常に電源Ｅに接続することにより、一方ではガード電極１０８と、他方では電源Ｅおよび接地電位との間に配置することができる。
【０２００】
この場合、第１のスイッチ４０２は、ガード電極１０８を、
・第１の位置では、第１の電源Ｅの出力と、ＯＡ１１０の正入力とに、そして
・第２の位置では、接地電位Ｇに
接続することを可能にする。
【０２０１】
この構成では、測定電極１０６は、ＯＡ１１０の正入力を介して常に第１の電位Ｖｇに分極されている。
【０２０２】
記載された装置のそれぞれはまた、
・第１の測定された信号の関数として、物体１０２と検出面１０４との間の距離、接触または半接触を特定する、および／または
・第２の測定された信号の関数として、検出面１０４に前記物体１０２によって加えられた荷重を特定する、
ように構成された少なくとも１つの計算モジュール（図示せず）を含むことができる。
【０２０３】
図６は、本発明による装置において実装することができる電極の第１の構成の概略図である。
【０２０４】
図６に示される構成７００では、装置は、複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎと、全ての測定電極１０６１〜１０６Ｎに共通の単一のガード電極１０８とを備えることができる。図示の構成では、このガード電極１０８は、検出電極１０４と対向する測定電極１０６１〜１０６Ｎの面に対向して配置されている。
【０２０５】
図７は、本発明による装置において実装することができる電極の第２の構成の概略図である。
【０２０６】
図７に示される構成８００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々のガード電極１０８１〜１０８Ｎとを備えることができる。図示の構成では、これらのガード電極１０８１〜１０８Ｎは、検出電極１０４に対向する測定電極１０６１〜１０６Ｎの面に対向して配置されている。
【０２０７】
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第３の構成の概略図である。
【０２０８】
図８に示される構成９００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、それぞれ個々のガード電極１０８１〜１０８Ｎを備えている。
【０２０９】
構成９００はまた、好ましくはガード電極１０８１〜１０８Ｎと同一の平面内に配置された第２のガード電極９０２を備えている。これらの第２のガード電極は、単一のガード面９０２の形で、または同一の電位に接続された別々の電極の形で製造することができる。
【０２１０】
これらの第２のガード電極９０２は、測定電極１０６の電位、または少なくとも測定電極１０６の電位と同一または実質的に同一の電位に保たれる。したがって、それらは、これらの電極１０６とそれらの環境との間の寄生容量の発生を回避しながら、Ｃｅｇの値に関する第２の信号の測定中を含めて、これらの測定電極１０６に対する保護を形成することを可能にする。このために、図１から図５に関して説明した実施形態では、第２のガード電極９０２は、ＯＡ１１０の正入力に電気的に接続されている。したがって、それらは全ての測定構成においてＯＡ１１０の入力および測定電極１０６に課される電位に「追従する」。
【０２１１】
図９は、複数の測定電極を有する本発明による装置の非限定的な実施形態の例の概略図である。
【０２１２】
図９は、複数の測定電極１０６を用いて順次測定を行うことを可能にする構成例１０００を示す。この構成１０００は、図２の構成２００に基づいて説明されているが、上記の全ての実施形態で実施することができることが理解される。
【０２１３】
装置は、接続トラック１００２によって電子電極スイッチ（スイッチ）１００１にそれぞれ接続された複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎを備えている。
【０２１４】
電極スイッチ１００１は、出力側でＯＡ１１０の測定入力側（負入力側）に接続されている。上記のように第１の信号および第２の信号の測定が実行される測定電極１０６１〜１０６Ｎを選択することを可能にする。この電極スイッチ１００１はまた、アクティブ（測定）電極を構成するべく各測定電極１０６１〜１０６ＮがＯＡ１１０の測定入力に接続されるように、またはアクティブ電極に印加される電位と同一もしくは実質的に同一の電位に接続されるように構成される。好ましくは、単一のアクティブ電極が一度に選択される。
【０２１５】
提示された全ての実施形態において、アクティブではない測定電極１０６１〜１０６Ｎは、電極スイッチ１００１によってＯＡ１１０の正入力に接続されており、ＯＡ１１０は上述のようにアクティブ測定電極１０６と同じ電位にある。
【０２１６】
１つまたは複数のアクティブ電極に印加される電位と同一または実質的に同一の電位でアクティブではない測定電極１０６１〜１０６Ｎを分極させることにより、選択された１つまたは複数の測定電極と非測定電極との間のクロストークを回避することができる。このようにしてガード電位にある非測定電極は、最大のガード面を形成することによって、近接検出のための測定電極の範囲の最適化に関与する。
【０２１７】
装置はまた、それぞれ測定電極１０６１〜１０６Ｎに対向して配置された複数のガード電極１０８１〜１０８Ｎを備えている。これらのガード電極１０８１〜１０８Ｎは、それらを電子機器に接続することを可能にする接続トラック１００３によって相互接続されている。問題の実施形態によれば、また上述のように、ガード電極１０８１〜１０８Ｎは、図示のように全て第２の電源Ｖに、または、
・第１の電源Ｅの出力（構成１００、６００）に、
・スイッチ３０２（構成５００）に、
・スイッチ４０２（構成４００）に、
接続されている。
【０２１８】
これらの電極１０８１〜１０８Ｎの表面、オーバーラップカバレッジおよび形態は、用途に応じて多種多様な構成を含むことができ、測定電極１０６１〜１０６Ｎよりも大きく、同一にまたは小さく、１つまたは複数の測定電極と部分的に重なり合うように、中実または透かし彫りの表面またはトラックの形態に、あるいは任意の形態を有して配置される。
【０２１９】
あるいは、上記で説明したように、ガード電極１０８１〜１０８Ｎは、ガード面、または単一のガード電極１０８の形態で製造することができる。
【０２２０】
任意選択で、装置はまた、ガード電極１０８１〜１０８Ｎの間に配置されたガード面９０２の形態の第２のガード電極９０２も備える。この第２のガード電極は、上述のように、１つまたは複数のアクティブ測定電極１０６１〜１０６Ｎと同じ電位に保たれるように、ＯＡ１１０の正入力に接続されている。
この第２のガード電極９０２は、例えば、この接続部からの容量性漏洩を排除することによって、検出面１０４と電子機器との間の接続部に関して大きな利点を提供する（前記接続部はケーブル、アクティブ面の延長部、可撓性接続、プリント回路素子などであり得る）。
【０２２１】
図１０は、複数の測定電極と複数のガード電極とを有する本発明による装置の非限定的な実施形態の例の概略図である。
【０２２２】
図１０は、ガード電極を選択的に制御することを可能にする例示的実施形態１１００を示す。
【０２２３】
この実施形態１１００は実施形態１０００と類似しているので、ここでは相違点のみを詳述する。
【０２２４】
構成１１００は、例えば実施形態２００のように、ガード電極１０８に接続されるように意図された第２の電源Ｖを実装する。
【０２２５】
装置は、接続トラック１００２によって電子電極スイッチ（スイッチ）１００１にそれぞれ接続された複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎを備えている。電子電極スイッチ（スイッチ）１００１は、実施形態１０００で説明したように機能する。
【０２２６】
装置はまた、それぞれ測定電極１０６１〜１０６Ｎに対向して配置された複数のガード電極１０８１〜１０８Ｎを備えている。これらのガード電極１０８１〜１０８Ｎは、接続トラックによって個々にガード電極スイッチ１１０１に接続されており、その動作については後述する。
【０２２７】
測定電極１０６１〜１０６Ｎおよびガード電極１０８１〜１０８Ｎは断面図で概略的に表されている。それらは、弾性的に圧縮可能な誘電材料によって形成された層１１８の両側に配置されている。
【０２２８】
任意選択で、装置は、ガード電極１０８１〜１０８Ｎの間に配置された第２のガード電極９０２も備える。これらの第２のガード電極は、上述のように、１つまたは複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎと同じ電位に保たれるように、ＯＡ１１０の正入力に接続されている。
【０２２９】
図示の実施形態によれば、ガード電極１０８１〜１０８Ｎは、反対側の測定電極１０６１〜１０６Ｎの寸法よりも小さい寸法（例えば幅および／または長さ）を有し、したがって測定電極はいくつかのガード電極に面している。
【０２３０】
ガード電極スイッチ１１０１は、第２の電源Ｖの出力に接続されている。ガード電極スイッチ１１０１は、第２の電源Ｖによって生成された電位差Ｖ１を特定のガード電極１０８１〜１０８Ｎに選択的に印加することを可能にする。この電極スイッチ１００１はまた、各ガード電極１０８１〜１０８Ｎが、励起されたガード電極を構成するために第２の電源Ｖに、または１つまたは複数の測定電極に印加される電位と同一または実質的に同一の電位に接続されるように構成される。好ましくは、単一の励起ガード電極が一度に選択される。
【０２３１】
例示的な実施態様によれば、電極−ガード容量Ｃｅｇ（したがって荷重）を得るために第２の信号の測定中に、
・電極スイッチ１００１を用いて測定電極１０６１が選択され（アクティブ測定電極）、
・電極スイッチ１００１でアクティブ測定電極の反対側に存在するガード電極１０８１が選択され（励起されたガード電極）、
・アクティブ測定電極と励起されたガード電極との間の電極−ガード容量Ｃｅｇを得るべく第２の信号の測定が行われる。
【０２３２】
測定電極１０６１〜１０６Ｎが変形可能である場合、ガード電極１０８１〜１０８Ｎの空間寸法に対応し、それ故、測定電極１０６１〜１０６Ｎで達成可能な空間分解能よりも良好である空間分解能を有する荷重の測定値を得ることができる。
【０２３３】
したがって、この実施形態は、電極−物体間容量Ｃｏｅの測定よりも、電極−ガード容量Ｃｅｇの測定に対してより良い空間分解能を可能にするという利点を有する。したがって、妥当な空間分解能で距離測定に対してより高い感度を可能にし、空間分解能が重要である荷重測定に対してより精細な空間分解能を可能にしつつ、より広い表面積を有する測定電極１０６１〜１０６Ｎを保持することができる。
【０２３４】
この構成では、それぞれが異なる測定電極１０６１〜１０６Ｎの反対側にある、互いに接続されたいくつかのガード電極１０８１〜１０８Ｎを有し得る。測定電極１０６１〜１０６Ｎが順次「ポーリング」されるので、ガード電極スイッチ１１０１に必要なトラックまたはチャネルの数を依然として制限しながら、荷重または圧力測定に対して同じ空間分解能が得られる。
【０２３５】
実施形態によれば、ガード電極１０８１〜１０８Ｎは、少なくとも一方向に、いくつかの測定電極１０６１〜１０６Ｎの反対側に延びることができる。この場合、垂直方向では、ガード電極１０８１〜１０８Ｎは、
・単一の測定電極に従って（したがって測定電極の寸法と実質的に等しい寸法で）延在する、
・いくつかの測定電極に従って（したがって測定電極の寸法よりも大きい寸法で）延在する、
・あるいは、上述のように、１つの測定電極に対向するいくつかのガード電極を有するように、測定電極の寸法よりも小さい寸法を有する、
ことができる。
【０２３６】
これにより、（電子電極スイッチ１００１によって選択された）アクティブ測定電極と（ガード電極スイッチ１１０１によって選択された）励起されたガード電極との間の重なり表面積によって特定される荷重測定の空間分解能を過度に低下させることなく、ガード電極スイッチ１１０１に必要なチャネル数を特に制限することができる。
【０２３７】
ガード電極スイッチ１１０１はまた、例えば実施形態２００および５００のように、ガード電極１０８に接続されることを意図された第２の電源Ｖを実装する全ての構成とともに利用され得る。第２の電源Ｖを接続または切断することを意図したスイッチ３０２が利用される場合、ガード電極１０８１〜１０８Ｎとこのスイッチ３０２との間にガード電極スイッチ１１０１が挿入される。
【０２３８】
実施形態によれば、装置は、測定電極１０６１〜１０６Ｎに対してオフセットされているかまたは部分的に重なり合う、および／または複数の測定電極１０６１〜１０６Ｎの反対側にそれぞれ延びるガード電極１０８１〜１０８Ｎを備えることができ、これにより、前記測定電極１０６１〜１０６Ｎのうちの少なくとも１つと前記ガード電極１０８１〜１０８Ｎのうちの少なくとも１つとの間のオーバーラップ表面積の変動の測定による誘電材料１１８のせん断変位の測定することができる。この構成により、特に、検出面１０４にかかる圧力の接線方向のせん断成分を測定することが可能になる。当然のことながら、装置は、単一の測定電極１０６１〜１０６Ｎにそれぞれ対向するガード電極１０８１〜１０８Ｎも含むことができ、したがって、このせん断成分に対して鈍感である（または逆に、単一のガード電極１０８１〜１０８Ｎにそれぞれ対向する測定電極１０６１〜１０６Ｎも同様）。したがって、検出面１０４にかかる荷重の接線方向成分および垂直方向（または半径方向）成分は、複数の電極を用いて行われた測定値から推定することができる。
【０２３９】
例えば、装置は、２つの隣接する測定電極１０６に対向する少なくとも１つのガード電極１０８を含み得る。重なり方向における純粋なせん断変位の存在下では、測定電極１０６のうちの１つとこのガード電極１０８との間の電極−ガード容量Ｃｅｇは、反対側の表面積の増大のために増大する一方、他の測定電極１０６およびこれと同じガード電極１０８との間の電極−ガード容量Ｃｅｇは減少する。
【０２４０】
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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【図９】
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【図１０】
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