(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量センサであって、
交流電場を前記容量センサに提供するように構成されている伝送電極と、
搬送波信号を生成する発振器と、
前記交流電場の変動を検出するように構成されている１つ以上の受信電極と、
前記１つ以上の受信電極から受信される信号をサンプリングするように構成されているアナログ・デジタル変換器であって、サンプリングは、前記発振器と同期化されている、アナログ・デジタル変換器と、
前記発振器と連結されている適応周波数調整ユニットであって、前記適応周波数調整ユニットは、前記アナログ・デジタル変換器により出力されるデジタル領域信号から測定される雑音の検出に応答して前記交流電場の動作周波数を調整するように構成されており、前記アナログ・デジタル変換器からの出力信号は、同期して復調され、次いで、第１のデジタル低域通過フィルタによりデジタル低域通過フィルタリングされ、次いで、ダウンサンプリングされ、前記搬送波信号は、振幅変調を使用して、物体が前記交流電場に進入することによって変調される、適応周波数調整ユニットと
を備えている、容量センサ。
【請求項２】
前記適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音測定を行い、新しい動作周波数を選択するように構成されている、請求項１に記載の容量センサ。
【請求項３】
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音測定のうちの最小値または最大値に対応する、請求項２に記載の容量センサ。
【請求項４】
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音測定のうちの十分に高い雑音測定または十分に低い雑音測定に対応する、請求項２に記載の容量センサ。
【請求項５】
前記雑音測定は、雑音電力を含む、請求項２に記載の容量センサ。
【請求項６】
前記雑音測定は、前記動作周波数における前記雑音に対する評価尺度である、請求項２に記載の容量センサ。
【請求項７】
前記雑音測定は、前記動作周波数における雑音電力に対する評価尺度である、請求項６に記載の容量センサ。
【請求項８】
前記アナログ・デジタル変換器のサンプリング周波数は、前記搬送波信号の周波数の２倍である、請求項１に記載の容量センサ。
【請求項９】
前記ダウンサンプリングされた信号をデジタルフィルタリングするように構成されている第２のデジタル低域通過フィルタをさらに備えている、請求項１に記載の容量センサ。
【請求項１０】
雑音測定は、低周波数変調信号の周波数帯域と大幅に同じではなく、かつ低周波数雑音を含む周波数帯域と大幅に同じではない周波数帯域内の前記ダウンサンプリングされた信号の信号エネルギーの評価尺度である、請求項９に記載の容量センサ。
【請求項１１】
前記適応周波数調整ユニットは、検出された雑音測定が所定の閾値を超えるか、または下回る場合、新しい動作周波数を選択するように構成されている、請求項２に記載の容量センサ。
【請求項１２】
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音測定のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数である、請求項１１に記載の容量センサ。
【請求項１３】
雑音ロバスト性を容量感知システムに提供する方法であって、
複数の潜在的な動作伝送周波数を定義することと、
前記潜在的な動作伝送周波数のうちの１つの潜在的な動作伝送周波数を使用して搬送波信号を生成することと、
前記搬送波信号を伝送電極に供給することによって交流電場を生成することにより、前記複数の潜在的な動作伝送周波数のうちの前記１つの潜在的な動作伝送周波数で前記容量感知システムを動作させることと、
振幅変調を使用して、物体が前記電場に進入することによって、前記交流電場を変調させることと、
アナログ・デジタル変換器によって１つ以上の受信電極から受信される信号をサンプリングすることであって、サンプリングは、選択された動作伝送周波数と同期化される、ことと、
前記動作周波数で動作雑音測定を行うことと、
測定された動作雑音の値に応答して新しい動作周波数を選択することであって、前記動作雑音は、前記アナログ・デジタル変換器により出力されるデジタル領域信号から測定され、前記アナログ・デジタル変換器からの出力信号は、同期して復調され、次いで、第１のデジタル低域通過フィルタによりデジタル低域通過フィルタリングされ、次いで、ダウンサンプリングされる、ことと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記新しい動作周波数は、複数の雑音測定のうちの最小値または最大値に対応する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記新しい動作周波数は、複数の雑音測定のうちの十分に高い雑音測定または十分に低い雑音測定に対応する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記動作雑音測定は、雑音電力を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記動作雑音測定は、前記動作周波数における前記雑音に対する評価尺度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記動作雑音測定は、前記動作周波数における雑音電力に対する評価尺度である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つ以上の受信電極から受信されるアナログ信号を、前記搬送波信号の周波数の２倍であるサンプリング周波数を伴うデジタル信号に変換させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
第２のデジタル低域通過フィルタが、前記ダウンサンプリングされた信号をデジタルフィルタリングする、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記雑音測定は、低周波数変調信号の周波数帯域と大幅に同じではなく、かつ低周波数雑音を含む周波数帯域と大幅に同じではない周波数帯域内の前記ダウンサンプリングされた信号の信号エネルギーの評価尺度である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
検出された雑音測定が所定の閾値を超えるか、または下回る場合、新しい動作周波数を選択することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記新しい動作周波数は、複数の雑音測定のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
容量センサシステムであって、
交流電場を容量センサに提供するように構成されている伝送電極と、
搬送波信号を生成する発振器と、
前記伝送電極と関連付けられている複数の受信電極であって、前記複数の受信電極は、前記伝送電極によって生成された前記交流電場の変動を検出する、複数の受信電極と、
前記１つ以上の受信電極から受信される信号をサンプリングするように構成されているアナログ・デジタル変換器であって、サンプリングは、前記発振器と同期化されている、アナログ・デジタル変換器と、
前記発振器と連結されている適応周波数調整ユニットであって、前記適応周波数調整ユニットは、直接サンプリング、同期復調および前記アナログ・デジタル変換器により出力されるデジタル領域信号を伴う振幅変調システムとして前記容量センサシステムをモデル化することに従って、前記交流電場の動作周波数を調整するように構成されており、前記アナログ・デジタル変換器からの出力信号は、同期して復調され、次いで、第１のデジタル低域通過フィルタによりデジタル低域通過フィルタリングされ、次いで、ダウンサンプリングされる、適応周波数調整ユニットと
を備えている、容量センサシステム。
【請求項２５】
前記適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音評価尺度を決定し、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数を選択するように構成されている、請求項２４に記載の容量センサシステム。
【請求項２６】
前記適応周波数調整ユニットは、検出された雑音評価尺度が所定の閾値を超える場合、新しい動作周波数を選択するように構成されている、請求項２５に記載の容量センサシステム。
【請求項２７】
前記雑音評価尺度は、雑音電力である、請求項２５に記載の容量センサシステム。
【請求項２８】
前記ダウンサンプリングされた信号をデジタルフィルタリングするように構成されている第２のデジタル低域通過フィルタをさらに備えている、請求項２４に記載の容量センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６１／６８４，００９号（２０１２年８月１６日出願）からの優先権を主張する。該出願は、本明細書において完全に記載されたかのように、その全体が参照により引用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、容量センサシステムのための方法およびシステムに関し、具体的には、そのようなシステムにおける信号処理に関する。
【背景技術】
【０００３】
容量センサシステムは、交流電場を生成し、この電場内のセンサ電極において１つのサイクルで得られる電位差（すなわち、電圧）を測定することによって、実現されことができる。単一の電極または伝送電極と１つ以上の受信電極とが使用され得る。この電圧は、センサ電極とその電気的環境との間の静電容量の評価尺度であり、すなわち、これは、人間の指または手のような物体による影響を受ける。さらに、この電圧から、例えば、指の距離を推測することができる。この情報は、ヒューマン・マシンインタフェースに使用されることができる。
【０００４】
上記の原理に従って動作する従来のシステムに関する問題は、蛍光灯またはＵＳＢ充電器等の電気雑音源が電場に影響を及ぼし得ることである。したがって、雑音の多い環境でこの電圧を正確かつ確実に推定することは、問題である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
種々の実施形態によると、周波数選択的雑音を伴う環境で動作周波数の自動適応を実装する、容量センサシステムが提供される。実施形態による容量センサは、交流電場をセンサに提供するように構成されている伝送電極と、交流電場の変動を検出するための１つ以上の受信電極と、雑音電力等の雑音評価尺度の検出に応答して交流電場の動作周波数を調整するように構成されている適応周波数調整ユニットとを含む。いくつかの実施形態では、適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音評価尺度を決定し、新しい動作周波数を選択するように構成される。
【０００６】
実施形態による、雑音ロバスト性を容量感知システムに提供する方法は、複数の潜在的な動作伝送周波数を定義することと、潜在的な動作周波数の各々に対応する対応雑音評価尺度を決定することと、複数の潜在的な動作伝送周波数のうちの１つで容量感知システムを動作させることと、動作周波数で動作雑音評価尺度を測定することと、測定された動作雑音評価尺度の値に応答して新しい動作周波数を選択することとを含む。
【０００７】
実施形態による容量センサシステムは、交流電場をセンサに提供するように構成されている伝送電極と、交流電場の変動を検出するための１つ以上の受信電極と、直接サンプリングおよび同期復調を伴う振幅変調システムとして容量センサシステムをモデル化することに従って、交流電場の動作周波数を調整するように構成されている適応周波数調整ユニットとを含む。いくつかの実施形態では、適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音評価尺度を決定し、複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数を選択するように構成される。
【０００８】
実施形態によるセンサシステムは、雑音を受ける交流電場センサ配列を含み、センサ配列は、雑音の多い信号を受信する信号処理ユニットと連結される、信号処理ユニットは、雑音の多い信号をデジタル信号に変換し、信号処理ユニットはさらに、（−１）ｋによる乗算であって、ｋは、離散時間を示す、乗算、後続の低域通過フィルタリング、因数Ｒによる後続のデシメーション、およびさらなる低域通過フィルタリングによって、サンプリングされた信号を復調するように構成される。信号処理ユニットはさらに、処理された信号から、距離推定、測位、またはジェスチャ認識を行うように動作可能であり得る。交流電場は、パルス信号によって生成され得る。
【０００９】
本開示のこれらおよび他の側面は、以下の説明および付随の図面と併せて検討されることによって、さらに認識および理解されるであろう。しかしながら、以下の説明は、本開示の種々の実施形態およびその多数の具体的詳細を示すが、限定ではなく、例証として与えられることを理解されたい。多くの代用、修正、追加、および／または、再配列が、その精神から逸脱することなく、本開示の範囲内で行われ得、本開示は、全てのそのような代用、修正、追加、および／または、再配列を含む。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
交流電場をセンサに提供するように構成されている伝送電極と、
前記交流電場の変動を検出するための１つ以上の受信電極と、
雑音評価尺度の検出に応答して前記交流電場の動作周波数を調整するように構成されている適応周波数調整ユニットと
を備えている、容量センサ。
（項目２）
前記適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音評価尺度を決定し、新しい動作周波数を選択するように構成されている、項目１に記載の容量センサ。
（項目３）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する、項目２に記載の容量センサ。
（項目４）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの十分に高い雑音評価尺度または十分に低い雑音評価尺度に対応する、項目２に記載の容量センサ。
（項目５）
前記雑音評価尺度は、雑音電力を含む、項目２に記載の容量センサ。
（項目６）
前記雑音評価尺度は、前記動作周波数における前記雑音に対する評価尺度である、項目２に記載の容量センサ。
（項目７）
前記雑音評価尺度は、前記動作周波数における前記雑音電力に対する評価尺度である、項目６に記載の容量センサ。
（項目８）
前記動作周波数における搬送波信号は、振幅変調を使用して低周波数標的信号によって変調される、項目７に記載の容量センサ。
（項目９）
前記変調された搬送波信号は、同期して復調およびダウンサンプリングされる、項目８に記載の容量センサ。
（項目１０）
前記雑音評価尺度は、前記低周波数変調信号の周波数帯域と同じではなく、かつ低周波数雑音を含む周波数帯域と同じではない周波数帯域内の前記ダウンサンプリングされた信号の信号エネルギーの評価尺度である、項目９に記載の容量センサ。
（項目１１）
前記適応周波数調整ユニットは、検出された雑音評価尺度が所定の閾値を超えるか、または下回る場合、新しい動作周波数を選択するように構成されている、項目２に記載の容量センサ。
（項目１２）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数である、項目１１に記載の容量センサ。
（項目１３）
雑音ロバスト性を容量感知システムに提供する方法であって、
複数の潜在的な動作伝送周波数を定義することと、
前記潜在的な動作周波数の各々に対応する対応雑音評価尺度を決定することと、
前記複数の潜在的な動作伝送周波数のうちの１つで前記容量感知システムを動作させることと、
前記動作周波数で動作雑音評価尺度を測定することと、
前記測定された動作雑音評価尺度の値に応答して新しい動作周波数を選択することと
を含む、方法。
（項目１４）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの十分に高い雑音評価尺度または十分に低い雑音評価尺度に対応する、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記雑音評価尺度は、雑音電力を含む、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
前記雑音評価尺度は、前記動作周波数における前記雑音に対する評価尺度である、項目１３に記載の方法。
（項目１８）
前記雑音評価尺度は、前記動作周波数における前記雑音電力に対する評価尺度である、項目１３に記載の方法。
（項目１９）
前記動作周波数における搬送波信号は、振幅変調を使用して低周波数標的信号によって変調される、項目１３に記載の方法。
（項目２０）
前記変調された搬送波信号は、同期して復調およびダウンサンプリングされる、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記雑音評価尺度は、前記低周波数変調信号の周波数帯域と同じではなく、かつ低周波数雑音を含む周波数帯域と同じではない周波数帯域内の前記ダウンサンプリングされた信号の信号エネルギーの評価尺度である、項目１９に記載の方法。
（項目２２）
検出された雑音評価尺度が所定の閾値を超えるか、または下回る場合、新しい動作周波数を選択することを含む、項目１３に記載の方法。
（項目２３）
前記新しい動作周波数は、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数である、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
交流電場をセンサに提供するように構成されている伝送電極と、
前記交流電場の変動を検出するための１つ以上の受信電極と、
直接サンプリングおよび同期復調を伴う振幅変調システムとして容量センサシステムをモデル化することに従って、前記交流電場の動作周波数を調整するように構成されている適応周波数調整ユニットと
を備えている、容量センサシステム。
（項目２５）
前記適応周波数調整ユニットは、潜在的な動作周波数で複数の雑音評価尺度を決定し、前記複数の雑音評価尺度のうちの最小値または最大値に対応する動作周波数を選択するように構成されている、項目２４に記載の容量センサシステム。
（項目２６）
前記適応周波数調整ユニットは、検出された雑音評価尺度が所定の閾値を超える場合、新しい動作周波数を選択するように構成されている、項目２５に記載の容量センサシステム。
（項目２７）
前記雑音評価尺度は、雑音電力である、項目２７に記載の容量センサシステム。
（項目２８）
雑音を受ける交流電場センサ配列を備えているセンサシステムであって、前記センサ配列は、雑音の多いアナログ信号を受信する信号処理ユニットと連結され、前記信号処理ユニットは、前記雑音の多いアナログ信号をデジタル信号に変換し、前記信号処理ユニットは、（−１）ｋによる乗算であって、ｋは、離散時間を示す、乗算、後続の低域通過フィルタリング、因数Ｒによる後続のデシメーション、およびさらなる低域通過フィルタリングによって、サンプリングされた信号を復調するようにさらに構成されている、センサシステム。
（項目２９）
前記信号処理ユニットは、前記処理された信号から、距離推定、測位、またはジェスチャ認識を行うようにさらに動作可能である、項目２８に記載のセンサシステム。
（項目３０）
前記交流電場は、パルス信号によって生成される、項目２８に記載のセンサシステム。
（項目３１）
前記交流電場は、方形パルス信号である、項目３０に記載のセンサシステム。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
付随の本明細書の一部を形成する図面は、本開示のある側面を描写するために含まれる。図面に図示される特徴は、必ずしも、正確な縮尺で描かれていないことに留意されたい。本開示およびその利点のより完全な理解は、類似参照番号が類似特徴を示す、付随の図面と関連して検討される、以下の説明を参照することによって得られ得る。
【図１】図１は、例示的な容量感知の概略図を描写する。
【図２】図２は、例示的な容量センサの概略図を描写する。
【図３】図３は、例示的な雑音および雑音軽減を図示する。
【図４】図４は、例示的な容量センサの概略図を描写する。
【図５】図５は、図４の例示的な容量センサをさらに詳細に描写する。
【図６】図６は、例示的な雑音電力スペクトル密度である。
【図７】図７は、雑音の多い入力信号の例示的な電力スペクトル密度である。
【図８】図８は、サンプリングされた雑音の多い入力信号の例示的な電力スペクトル密度である。
【図９】図９は、目的とする信号を示す、概略スペクトルである。
【図１０】図１０は、実施形態によるプロセスフローを図示する略図である。
【図１１】図１１は、実施形態による例示的なシステム実装方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示およびその種々の特徴および有利な詳細が、付随の図面に図示され、以下の説明に詳述される、例示的であり、したがって、非限定的な実施形態を参照して、より完全に説明される。しかしながら、発明を実施するための形態および具体的実施例は、好ましい実施形態を示すが、限定ではなく、単なる例証として与えられることを理解されたい。既知のプログラミング技法、コンピュータソフトウェア、ハードウェア、オペレーティングプラットフォーム、およびプロトコルは、本開示の詳細を不必要に曖昧にしないよう省略され得る。本発明の根本概念の精神および／または、範囲内の種々の置き換え、修正、追加、および／または、並べ替えは、本開示から当業者に明白となるであろう。
【００１２】
ここで図面を参照し、特に図１に注目すると、交流電場の評価のための例示的なセンサ電極配列１００が示されている。センサ電極配列は、複数の受信電極１０６ａ−１０６ｅと、１つ以上の伝送電極１０４とを含む。１つ以上の受信電極１０６ａ−ｅは、典型的には、伝送および受信電極の間に配列された絶縁層（図示せず）を伴って、伝送電極１０４の上方の層内に配列される。センサ電極配列１００は、指１０２等の物体が交流電場に及ぼす影響を決定するように構成される。それによって、指１０２とセンサ電極配列との間の距離１０８が決定され得る。
【００１３】
より具体的には、種々の実施形態によると、フロントエンドデバイスは、受信電極と指（ＧＮＤ）との間の静電容量を測定することによって、指１０２とセンサ配列との間の距離を推定する。容量分圧器における潜在的な変化が、交流電圧によって励起される。
【００１４】
これは、図２を参照して概略的に図示されている。具体的には、図２は、伝送機電極ＥＴＸおよび受信機電極ＥＲＸを伴う容量センサシステム２００の断面の上の距離ｘＯにおける人間の指１０２を示す。ＥＴＸは、方形パルス列電圧源２０２を使用して励起され、ＥＴＸと接地（ＧＮＤ）との間のソース抵抗Ｒｓおよび静電容量ＣＴＸは、低域通過フィルタを形成する。方形パルス列電圧は、典型的には、４０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚの周波数を有する。ＥＲＸとＧＮＤとの間の可変静電容量Ｃｆは、指とＥＲＸとの間の距離ｘＯに依存する、ＥＲＸと指１０２との間の静電容量によって支配される。Ｃｆ、および、ＥＴＸとＥＲＸとの間の一定の静電容量Ｃｓは、容量分圧器２０４を構築する。したがって、電圧Ｖｆは、ｘＯの関数である。
【００１５】
センサシステムの基本的理解のためにあまり重要ではない、さらなる静電容量は、図面で省略されていることに留意されたい。また、静電容量Ｃｆは、距離ｘＯだけでなく、指先の３次元位置、手の配向、手のサイズ等にも依存する。
【００１６】
図３は、統合フロントエンドデバイスの出力信号３００、３０２を図示する。出力信号３００が、雑音改善、すなわち、実施形態による自動周波数適応を伴わない出力信号を示す一方で、出力信号３０２は、実施形態による自動周波数適応を伴う出力である。示されるように、蛍光灯等の雑音源が、３０４でスイッチをオンにされる。センサ信号３０７ａが、雑音の影響を示す一方で、信号３０７ｂは、クリーンな雑音を含まない信号を示す。
【００１７】
以下でさらに詳細に説明されるように、種々の実施形態によると、センサ電極配列への雑音ロバスト性を、例えば、センサ信号の直接評価のために統合フロントエンド回路に提供することができる。種々の実施形態によると、チャネル雑音は、自動的に評価されることができ、最良動作周波数が選択されることができる。
【００１８】
図４は、種々の実施形態による例示的な容量センサ４００を図示する。電圧源ＶＴＸの出力は、４０３で低域通過フィルタにかけられ、容量分圧器４０４を駆動する。受信電極ＥＲＸは、随意的なバッファ４０６、アナログ帯域通過フィルタ４０８、および直接サンプリングを行うアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４１０に接続され得る。ＡＤＣ４１０は、伝送機周期毎に２つのサンプルを得るように、電圧源と同期化され得る。ＡＤＣの出力は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット４１２の中へ供給される。以下でさらに詳細に説明されるように、ＤＳＰ４１２は、雑音の多い条件に直面して最適な動作周波数を選択するように、制御経路４１４を介して発振器ＶＴＸを制御する。
【００１９】
図５は、図４の容量センサの通信理論モデルを図示する。具体的には、以下でさらに詳細に説明されるように、容量センサは、直接サンプリングを伴う振幅変調システムとしてモデル化され得る。例示的なサンプリング周波数は、例えば、伝送信号ＶＴＸの周波数の２倍であり得る。例えば、ｆＴＸが１００ｋＨｚである場合には、ｆｓ＝１／Ｔｓ＝２ｆＴＸ＝２００ｋＨｚである。他の周波数も可能であることに留意されたい。
【００２０】
デジタル信号処理ブロック４１２は、種々の実施形態による、デジタル復調５０６、（例えば、Ｒ＝１０００を用いたｆｓ’＝２００Ｈｚへの）Ｒによるダウンサンプリング、すなわち、後続のデシメーション５１０を伴う低域通過フィルタリング５０８、低域通過フィルタリング５１２、周波数依存性信号調整５１４、ならびに後続の測位およびジェスチャ認識５１６を実装し得る。
【００２１】
より具体的には、低域通過フィルタ４０３の出力、すなわち、低域通過フィルタにかけられた方形パルス列４０２は、搬送波信号ｃ（ｔ）としてモデル化され得る（ｔは、連続時間を表す）。搬送波信号ｃ（ｔ）は、静電容量Ｃｆ（図２、図４）の関数である、［ｍ０＋ｍ（ｔ）］で変調され５０１、それは、ｙ（ｔ）を生じる。
【００２２】
５０２では、信号ｙ（ｔ）が、それにランダム雑音ｅ（ｔ）を追加した。ランダム雑音ｅ（ｔ）は、例えば、蛍光電球または他の光源からの雑音を表し得る。結果として生じる雑音の多い信号ｚ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋ｅ（ｔ）は、離散時間ｋ＊Ｔｓでサンプリングされ５０４、Ｔｓ＝１／（２＊ｆＴＸ）は、伝送機周波数ｆＴＸの２倍の逆数であり、ｋ＝０，１，２，・・・は、離散時間指数である。
【００２３】
ＡＤＣ４１０は、時間離散信号をデジタル領域に変換する。次いで、ＡＤＣ出力ｚ（ｋ）は、ＤＳＰ４１２によって処理される。図示される実施例では、信号ｚ（ｋ）は、（−１）ｋによる乗算によって、５０６でデジタル復調され、５０８で低域通過フィルタにかけられ、因数Ｒ（典型的には、４００〜１４００）によってデシメートされ５１０、手の動きの周波数（典型的には０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）のみを含むように、２回目に低域通過フィルタにかけられる５１２。次いで、これは、距離推定、測位、またはジェスチャ認識５１６のようなさらなる処理に使用される。自動周波数適応（ＡＦＡ）モジュール５１４は、デシメータ出力を受信し、ロバスト性を周波数選択的雑音に提供するために、信号を調整するための制御信号を提供する。
【００２４】
図６は、外部雑音源の例としての蛍光灯の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）を示す。本システムのＡＤＣ入力で測定された、このＰＳＤは、高調波狭帯域放射を示す。本システムのＴＸ周波数ｆＴＸ（すなわち、搬送波周波数）がこれらの放射のうちの１つに合う場合、本システムは、ユーザの入力を認識することにおいて影響を受ける。図７は、蛍光灯のような外部雑音源のさらに詳細なスペクトルを示す。これはまた、７０ｋＨｚの例示的な周波数を伴う本システムの方形ＴＸ信号の明確なピークを含む。本実施例では、ｆＴＸおよびその高調波は、雑音源の放射と一致しない。
【００２５】
アナログ帯域通過フィルタ４０８の峻度に応じて、ｆＴＸの倍数における放射でさえも、システムに影響を及ぼすであろう。例えば、図８は、不十分に急勾配のアナログ帯域通過フィルタ後のサンプリングにより、（２００−３＊４７）＝５９ｋＨｚにおいて２００ｋＨｚ帯域に折り畳まれた、図６のＰＳＤにおける４７ｋＨｚの雑音ピークの第３の高調波を示す。
【００２６】
ダウンサンプリング５１０後に得られたスペクトルが、図９で概略的に描写されている。ダウンサンプリングされた信号のスペクトルは、図８の雑音ピークと比較して狭い。ここで、外部雑音は、ＰＳＤにおいて平坦である。外部雑音電力９０８の推定値は、例えば、７０Ｈｚ〜９０Ｈｚの周波数帯域内にある。
【００２７】
ダウンサンプリング後のスペクトルの成分は、ａ）必要とする信号（０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）９０２、ｂ）既知の低周波数雑音、例えば、非線形システム構成要素により搬送波上に変調された本線（すなわち、５０または６０Ｈｚ線）電圧９０４、およびｃ）蛍光灯等の高周波数源を表す雑音レベル９０６である。雑音レベル９０６は、目的とする周波数でほぼ平坦であり、高周波数（ＨＦ）雑音が存在しない場合に比較的低い。
【００２８】
この雑音レベル９０６は、現在のｆＴＸが、その幅が復調される信号のサンプリングレートを超える（これは典型的な場合である）雑音の多い周波数帯域内にある場合、上昇するであろう。したがって、ＨＦ雑音電力は、帯域９０８内等、必要とする信号９０２または既知の低周波数雑音９０４を含まない任意の周波数帯域内において、ダウンサンプリングされた信号において、測定されることができる。
【００２９】
種々の実施形態によると、自動周波数適応（ＡＦＡ）ユニット５１８は、この雑音電力測定技法を採用する。しかしながら、他の雑音評価尺度も可能である。
【００３０】
ここで図１０を参照すると、実施形態による例示的なプロセスを図示する、略図が示されている。１００２では、ＡＦＡ５１８が、システムの起動時、またはユーザアクティビティが認識されない場合（または任意の他の好適な事象で）、事前定義された組のＴＸ周波数１００４（例えば、範囲４０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚ内の８つの周波数）に対して雑音電力の一連の測定を行う。測定は、例えば、図９に示される９０８等の帯域内で行われる。それぞれの測定された雑音電力は、専用アレイ１００６に保存される。終了基準で、例えば、組１００４内の全ての周波数が調査された場合、またはユーザアクティビティの開始が認識された場合、本システムは、固定されたＴＸ周波数（ｆＴＸ）で動作する。この周波数は、雑音電力１００６のアレイの中の最低値を示すものであるように選択され得る。
【００３１】
ユーザが活動中である間、ＡＦＡは、現在の動作周波数ｆＴＸで雑音電力１００８を周期的に測定する。雑音電力の値がある閾値を超える場合、ＴＸ周波数ｆＴＸは、より低い雑音電力を有する、異なる周波数に調整される。例えば、いくつかの実施形態では、周波数は、雑音電力１００６のアレイの中の最低値に対応する周波数に変更される。
【００３２】
加えて、いくつかの実施形態では、ＡＦＡは、ＤＳＰにおける周波数依存性調整、例えば、ダウンサンプリングレートをトリガし得、後続の処理ステップに周波数非依存性データを提供するように調整を行うことができる。信号信頼性についての情報も、これらのＤＳＰブロックに渡される。そこで、例えば、フィルタ利得が、信号信頼性に応じて調整される。また、ある機能性をトリガするための確率閾値の信号レベル閾値、または他のパラメータ、例えば、確率的パラメータも調整されることができる。
【００３３】
測定された雑音値が、全ての周波数で事前定義された閾値を超える場合、本システムを動作不能として解釈することができ、これは、ホストユニット（図１１）に信号伝達されることができる。次いで、雑音を含まない動作周波数の検索が継続される。
【００３４】
別の実施形態では、雑音検出は、低域通過フィルタにかけられた信号９０２の電力と全体的な電力との比を計算し、これを事前定義された閾値を比較することによって、実装され得る。代替として、手のジェスチャを含まない任意のサブバンドが評価されることができる。
【００３５】
広範な調査は、蛍光灯およびＵＳＢ充電器のスペクトル雑音帯域が、典型的には、デシメートされたサンプリングレートより有意に広いことを示し、これは、デシメートされた信号内の比較的平坦な雑音スペクトルの想定を正当化する。これは、標的信号または他の既知の低周波数雑音源によって対象とされない、デシメートされた信号のサブバンド内でのＨＦ雑音源の検出を可能にする。
【００３６】
ここで図１１を参照すると、ブロック図は、実施形態による、雑音ロバスト性を含むセンサシステム１１００の特定の実装を図示する。システム１１００は、感知コントローラ１１０１と、感知電極１１０２と、ホストシステム１１０３とを含む。感知電極１１０２は、図１に示されるような構成を実装し得る。ホスト１１０３は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、入出力デバイス、および同等物等の、容量センサ信号および／または、そこから導出される情報あるいはデータを利用する、任意のシステムであり得る。
【００３７】
図示される実施例では、ＴＸ信号発生器１１０４は、伝送機信号ＶＴＸを伝送電極ＴＸＤに提供する。受信電極ＲＸ０−ＲＸ４は、フィルタリング等を実装するための信号調節モジュール１１０６で受信される。信号調節の出力は、ＡＤＣ１１０７に提供され、バス１１０８等の信号線または他の媒体を通して、信号処理ユニット１１０８に提供される。信号処理ユニット１１０８は、ＤＳＰの機能性を実装し得る（図５、図１０）。結果として生じる出力は、入出力ユニット１１１８を介してホスト１１０３に提供され得る。
【００３８】
本システムはさらに、内部クロック１１０９、フラッシュメモリ１１１２等のメモリ、電圧基準１１１０、電力管理１１１４、低電力起動１１１６、リセット制御１１２２、および通信制御１１２０等の種々の追加のモジュールを含み得る。
【００３９】
本発明は、具体的実施形態に関して説明されたが、これらの実施形態は、単に、例証であって、本明細書に開示される本発明の制限ではない。本発明の図示される実施形態の本明細書における説明は、要約および概要における説明を含め、包括的であること、または本発明を本明細書に開示される精密な形態に限定することを意図しない（および、特に、要約または概要内の任意の特定の実施形態、特徴、または機能の包含は、発明の範囲をそのような実施形態、特徴、または機能に限定することを意図しない）。むしろ、説明は、当業者に、要約または概要に説明される任意のそのような実施形態特徴または機能を含め、本発明を任意の特に説明される実施形態、特徴、または機能に限定せず、本発明を理解するための背景を提供するために、例証的実施形態、特徴、および機能を説明することを意図する。本発明の具体的実施形態およびその実施例は、例証目的のためだけに本明細書に説明されるが、種々の均等修正も、当業者が認識および理解するであろうように、本発明の精神および範囲内において可能である。示されるように、これらの修正は、本発明の図示される実施形態の前述の説明に照らして、本発明に行われ得、本発明の精神および範囲内に含まれるものとする。したがって、本発明は、その特定の実施形態を参照して、本明細書に説明されるが、様々な修正、種々の変更、および代用が、前述の開示内で意図され、いくつかの事例では、記載されるような本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の実施形態のいくつかの特徴が、他の特徴の対応する使用を伴わずに、採用されるであろうことが理解されるであろう。したがって、多くの修正は、特定の状況または材料を本発明の本質的範囲および精神に適合させるために行われ得る。
【００４０】
本明細書の全体を通した「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一実施形態）」、「ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（ある実施形態）」、または「ａ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（具体的実施形態）」、あるいは同様の専門用語の参照は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも、全実施形態に存在しなくてもよいことを意味する。したがって、語句「ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一実施形態では）」、「ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（ある実施形態では）」、または「ｉｎ  ａ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（具体的実施形態では）」、あるいは本明細書の全体を通した種々の場所における同様の専門用語のそれぞれの表出は、必ずしも、同一の実施形態を参照するわけではない。さらに、任意の特定の実施形態の特定の特徴、構造、または特性は、任意の好適な様式において、１つ以上の他の実施形態と組み合わせられ得る。本明細書に説明および図示される実施形態の他の変形例および修正も、本明細書の教示に照らして可能であって、本発明の精神および範囲の一部として見なされるべきであることを理解されたい。
【００４１】
本明細書の説明では、構成要素および／または、方法の実施例等の多数の具体的詳細が、本発明の実施形態の完全理解を提供するために提供される。しかしながら、当業者は、実施形態が、具体的詳細のうちの１つ以上を伴わずに、あるいは他の装置、システム、アセンブリ、方法、構成要素、材料、部品、および／または、同等物を伴って、実践可能であり得ることを認識するであろう。他の事例では、公知の構造、構成要素、システム、材料、または動作は、本発明の実施形態の側面を曖昧にすることを回避するために、具体的には、詳細に図示または説明されない。本発明は、特定の実施形態を使用することによって図示され得るが、これは、任意の特定の実施形態ではなく、本発明をそれに限定するわけでもなく、当業者は、追加の実施形態が、容易に理解可能であって、本発明の一部であることを認識するであろう。
【００４２】
本明細書に説明される本発明の実施形態のルーチン、方法、またはプログラムを実装するために、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、アセンブリ言語等を含む、任意の好適なプログラミング言語を使用することができる。手続き型またはオブジェクト指向等の異なるプログラミング技法を採用することができる。任意の特定のルーチンが、単一コンピュータ処理デバイスまたは複数のコンピュータ処理デバイス、単一コンピュータプロセッサまたは複数のコンピュータプロセッサ上で実行することができる。データは、単一記憶媒体内に記憶され、または複数の記憶媒体を通して分散され得、単一データベースまたは複数のデータベース（または、他のデータ記憶技法）内に常駐し得る。ステップ、動作、または算出は、具体的順番で提示され得るが、この順番は、異なる実施形態では、変更され得る。いくつかの実施形態では、複数のステップが本明細書に順次的として示される範囲において、代替実施形態におけるそのようなステップのいくつかの組み合わせが、同時に行われてもよい。本明細書に説明される動作のシーケンスは、オペレーティングシステム、カーネル等の別のプロセスによって中断、一時停止、または別様に制御することができる。ルーチンは、オペレーティングシステム環境内において、または独立ルーチンとして、動作することができる。本明細書に説明される機能、ルーチン、方法、ステップ、および動作は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または任意のそれらの組み合わせにおいて行うことができる。
【００４３】
本明細書に説明される実施形態は、ソフトウェア、またはハードウェア、または両方の組み合わせにおいて、制御論理の形態で実装されることができる。制御論理は、情報処理デバイスに、種々の実施形態に開示される一組のステップを行うよう指示するように適合された複数の命令として、コンピュータ読み取り可能な媒体等の情報記憶媒体内に記憶され得る。本明細書に提供される本開示および教示に基づいて、当業者は、本発明を実装するための他の手法および／または、方法を理解するであろう。
【００４４】
ソフトウェアプログラミングまたはコード内に、本明細書に説明されるステップ、動作、方法、ルーチン、またはその一部のいずれかを実装することもまた、本発明の精神および範囲内であり、そのようなソフトウェアプログラミングまたはコードは、コンピュータ読み取り可能な媒体内に記憶されることができ、プロセッサによって、コンピュータに、本明細書に説明されるステップ、動作、方法、ルーチン、またはその一部のいずれかを行わせるように操作されることができる。本発明は、１つ以上の汎用デジタルコンピュータ内のソフトウェアプログラミングまたはコードを使用することによって、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ等を使用することによって、実装され得る。光学的、化学的、生物学的、量子力学的、またはナノ加工システム、構成要素および機構が、使用され得る。一般に、本発明の機能は、当技術分野において公知のような任意の手段によって達成されることができる。例えば、分散型またはネットワーク化システム、構成要素、および回路を使用することができる。別の実施例では、データの通信または転送（または別様に、ある場所から別の場所に移動させること）は、有線、無線、または任意の他の手段によるものであり得る。
【００４５】
「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、装置、システム、またはデバイスによって、あるいはそれと併せて使用するために、プログラムを含むころ、記憶、通信、伝搬、もしくはトランスポートすることができる、任意の媒体であり得る。コンピュータ読み取り可能な媒体は、限定ではなく、単なる一例として、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、または半導体システム、装置、システム、デバイス、伝搬媒体、あるいはコンピュータメモリであり得る。そのようなコンピュータ読み取り可能な媒体は、概して、機械読み取り可能であり、人間読み取り可能（例えば、ソースコード）または機械読み取り可能（例えば、オブジェクトコード）であり得る、ソフトウェアプログラミングまたはコードを含むものとする。非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体の実施例は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、ハードドライブ、データカートリッジ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスケット、フラッシュメモリドライブ、光学データ記憶デバイス、コンパクトディスク読み取り専用メモリ、ならびに他の適切なコンピュータメモリおよびデータ記憶デバイスを含むことができる。例証的実施形態では、ソフトウェア構成要素のうちのいくつかまたは全ては、単一サーバコンピュータまたは別個のサーバコンピュータの任意の組み合わせ上に常駐し得る。当業者が理解し得るように、本明細書に開示される実施形態を実装するコンピュータプログラム製品は、コンピューティング環境内の１つ以上のプロセッサによって翻訳可能であるコンピュータ命令を記憶する、１つ以上の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体を備え得る。
【００４６】
「プロセッサ」は、データ、信号、または他の情報を処理する、任意のハードウェアシステム、機構、または構成要素を含む。プロセッサは、汎用中央処理ユニット、複数の処理ユニット、機能性を達成するための専用回路、または他のシステムを伴うシステムを含むことができる。処理は、地理的場所に限定される必要も、時間的制限を有する必要もない。例えば、プロセッサは、「リアルタイム」、「オフライン」、「バッチモード」等でその機能を行うことができる。処理の一部は、異なる時間および異なる場所で、異なる（または、同一の）処理システムによって行われることができる。
【００４７】
本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備えている）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備えている）」、「ｉｎｃｌｕｄｅ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｈａｓ（有する）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、またはその任意の他の変形例は、非排他的含有を網羅することが意図される。例えば、要素のリストを備えている、プロセス、製品、物品、または装置は、必ずしも、それらの要素のみに限定されず、明示的にリストされていない、あるいはそのようなプロセス、プロセス、物品、または装置に固有の他の要素を含み得る。
【００４８】
さらに、用語「ｏｒ（または）」は、本明細書で使用される場合、別様に示されない限り、概して、「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」を意味すると意図される。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のうちのいずれか１つによって充足される。Ａは、真（または、存在）であって、Ｂは、偽（または、不在）である、Ａは、偽（または、不在）であって、Ｂは、真（または、存在）である、ならびにＡおよびＢの両方が、真の（または、存在）である。本明細書で使用される場合、以下の請求項を含め、「ａ」または「ａｎ」（および、先行詞が「ａ」または「ａｎ」であるときは、「ｔｈｅ」）によって先行される用語は、別様に請求項内で明確に示されない限り、そのような用語の単数形および複数形の両方を含む（すなわち、「ａ」または「ａｎ」の参照は、単数形のみまたは複数形のみを明確に示す）。また、本明細書の説明および以下の請求項全体を通して使用されるように、「ｉｎ（の中に）」の意味は、文脈によって明確に別様に示されない限り、「ｉｎ（の中に）」および「ｏｎ（の上に）」を含む。
【００４９】
図面／図で描写される要素のうちの１つ以上はまた、特定の用途に従って有用であるように、さらに分離または統合した様式で実装し、またはさらにある場合において、除去するか、動作不可能にすることもできると理解されるであろう。加えて、図面／図中の任意の信号矢印は、別様に具体的に記述されない限り、限定的ではなく例示的にすぎないと見なされるべきである。
【図１】
0006438394.tif 000002
【図２】
0006438394.tif 000003
【図３】
0006438394.tif 000004
【図４】
0006438394.tif 000005
【図５】
0006438394.tif 000006
【図６】
0006438394.tif 000007
【図７】
0006438394.tif 000008
【図８】
0006438394.tif 000009
【図９】
0006438394.tif 000010
【図１０】
0006438394.tif 000011
【図１１】
0006438394.tif 000012