(57)【要約】電界検出を用いる結合されたパッシブ及びアクティブ物体検出システム（３０；５０；７０）を説明する。電界検出送信電極（２）は、電界検出受信電極（４）において電流を誘導する第１電界（１１，１２，１３）を発生する。パッシブ物体（１０）を、この電流における変化から検出する。アクティブ物体（３１；５１；７１）は、他の電界検出送信電極（３３；５３；７３）を具え、第２電界（３５，３６，３７；５５，５６，５７；７５，７６，７７）を発生する。これを、前記アクティブ物体（３１）を前記第１電界（１１，１２，１３）と結合し、前記第１電界（１１，１２，１３）を位相シフトすることによって発生してもよい。代わりに、前記第２電界（５５，５６，５７）を、前記第１電界（１１，１２，１３）と異なった周波数において発生してもよい。代わりに、前記第２電界（７５，７６，７７）を、前記アクティブ物体（７１）をコイル（１７２）によって発生された交流磁界と結合することによって発生してもよい。前記第２電界（３５，３６，３７；５５，５６，５７；７５，７６，７７）は、アクティブ物体（３１；５１；７１）の位置と共に変化する前記電界検出受信電極（４）における電流を誘導する。前記別個の電流を、これらの異なった位相又は周波数の効力によって識別する。
2006515665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）第１電界検出送信電極と、
（ｉｉ）電界検出受信電極と、
（ｉｉｉ）第１電界を発生するように前記第１電界検出送信電極を駆動する駆動回路と、
（ｉｖ）
（ａ）第２電界検出送信電極と、
（ｂ）第２電界を発生するように前記第２電界検出送信電極を駆動する手段とを具える電界発生物体と、
（ｖ）前記第１電界及び第２電界によって前記電界検出受信電極において誘導された電流を識別可能に検出する電流検出回路とを具える物体検出システムにおいて、
前記第１電界検出送信電極及び電界検出受信電極を、前記第１電界検出送信電極及び電界検出受信電極の近くに置かれた第１物体が、前記第１電界によって前記電界検出受信電極において誘導された電流における変化を引き起こすように配置し、
前記電流検出回路が、前記第１電界によって前記電界検出受信電極において誘導された電流における変化から前記第１物体を検出し、前記第２電界によって前記電界検出受信電極において誘導された電流における変化から前記電界発生物体を検出するのに適合することを特徴とする物体検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出システムにおいて、第２電界を発生するように前記第２電界検出送信電極を駆動する手段が、
前記第１電界と結合して受信信号を発生する受信電極と、
前記受信信号を位相シフトする手段と、
前記位相シフトされた信号を前記第２電界検出送信電極に伝達する手段とを具え、
前記電流検出回路が、前記第１電界から誘導された電流と、前記第２電界から誘導された電流とを、これら２つの電界の異なった位相の効力によって識別するのに適合することを特徴とする物体検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載の物体検出システムにおいて、第２電界を発生するように前記第２電界検出送信電極を駆動する手段が、
前記第１電界の周波数と異なった周波数において前記第２電界を発生するように前記第２電界検出送信電極を駆動する駆動回路を具え、
前記電流検出回路が、前記第１電界から誘導された電流と、前記第２電界から誘導された電流とを、これら２つの電界の異なった周波数の効力によって識別するのに適合することを特徴とする物体検出システム。
【請求項４】
請求項３に記載の物体検出システムにおいて、複数の電界発生物体を具え、各々の電界発生物体の駆動回路が、異なった周波数の個々の第２電界を発生するように各々を駆動するのに適合し、
前記電流検出回路が、前記複数の電界発生物体の各々から誘導された電流を、各々の前記電界発生物体からの電界の異なった周波数の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする物体検出システム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の物体検出システムにおいて、複数の電界発生物体を具え、各々の電界発生物体の駆動回路が、時間変調方式において他の第２電界から識別可能な個々の第２電界を発生するのに適合し、
前記電流検出回路が、前記複数の電界発生物体の各々から誘導された電流を、各々の前記電界発生物体からの電界の異なった時間変調された形式の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする物体検出システム。
【請求項６】
アクティブタグにおいて、
電界検出送信電極と、
第１電界と結合して受信信号を発生する受信電極と、
前記受信信号を位相シフトする手段と、
第２電界を発生するように前記位相シフトされた信号によって前記電界検出送信電極を駆動する手段とを具えることを特徴とするアクティブタグ。
【請求項７】
各々が請求項６に記載のアクティブタグである一組のアクティブタグにおいて、各々のタグに関する前記第２電界を発生するように前記位相シフトされた信号によって前記電界検出送信電極を駆動する手段が、各々のタグに関して識別可能なアイデンティティを与える異なった時間変調第２電界を各々のタグに関して発生することを特徴とする一組のアクティブタグ。
【請求項８】
一組のアクティブタグであって、各々のタグが、
電界検出受信電極と、
各々のタグに関して所定の周波数の電界を発生するように前記電界検出送信電極を駆動する手段とを具える一組のアクティブタグにおいて、
前記タグの少なくともいくつかの各々に関する所定の周波数が異なることを特徴とする一組のアクティブタグ。
【請求項９】
電界検出配置に関する電界検出回路において、
第１電界によって電界検出受信電極において誘導された電流における変化を検出する手段と、
第２電界によって前記電界検出受信電極において誘導された電流における変化を別々に検出する手段とを具えることを特徴とする電流検出回路。
【請求項１０】
請求項９に記載の電流検出回路において、前記第１電界及び第２電界によって誘導された個々の電流を、これらの電界の異なった個々の位相の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする電流検出回路。
【請求項１１】
請求項９に記載の電流検出回路において、前記第１電界及び第２電界によって誘導された個々の電流を、これらの電界の異なった個々の周波数の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする電流検出回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電流検出回路において、複数の他の電界によって前記電界検出受信電極において誘導された個々の電流における変化を別々に検出する手段をさらに具え、該電流検出回路が、前記個々の誘導された電流を、前記他の電界の異なった個々の周波数の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする電流検出回路。
【請求項１３】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の電流検出回路において、複数の他の電界によって前記電界検出受信電極において誘導された個々の電流における変化を別々に検出する手段をさらに具え、該電流検出回路が、前記個々の誘導された電流を、前記他の電界の異なった個々の時間変調された形式の効力によって識別するのに適合したことを特徴とする電流検出回路。
【請求項１４】
物体を検出する方法において、
第１電界検出送信電極を使用して第１電界を発生するステップと、
前記第１電界によって電界検出受信電極において誘導された第１電流を検出するステップと、
前記第１電界検出送信電極及び電界検出受信電極の近くに置かれた第１物体において前記第１電界によって誘導された電流における変化を検出することによって前記第１物体を検出するステップと、
第２物体において位置する電界検出送信電極を使用して第２電界を発生するステップと、
前記第２物体が前記電界検出受信電極の近くに置かれた場合、前記電界において誘導される第２電流を、前記第１電流と識別して検出することによって、前記第２物体を検出するステップとを含むことを特徴とする物体を検出する方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムにおいて、交流磁界を発生する手段をさらに具え、第２電界を発生するように前記第２電界検出送信電極を駆動する手段が、
前記交流磁界と結合して受信信号を発生するインダクタと、
前記受信信号を前記第２電界検出送信電極に伝達する手段とを具え、
前記電流検出回路が、前記第１電界から誘導された電流と、前記第２電界から誘導された電流とを、これら２つの電界の異なった位相の効力によって識別するのに適合することを特徴とする物体検出システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の物体検出システムにおいて、前記電流検出回路が、前記交流磁界を発生する手段によって発生された電界によって前記電界検出受信電極において発生した電流を、実質的に除去することに適合したことを特徴とする物体検出システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の物体検出システムにおいて、前記除去を、前記交流磁界を発生する手段によって発生した電界と、前記第２電界発生送信電極によって発生された第２電界との間における位相における違いを使用して行うことを特徴とする物体検出システム。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか１項に記載の物体検出システムにおいて、シールドを設け、前記交流磁場を発生する手段によって発生された任意の電界を実質的にブロックし、前記交流磁界を発生する手段によって発生された磁界を実質的に透過させることを特徴とする物体検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界検出を使用する物体検出に関する。電界検出は、擬似静電検出としても知られる。
【背景技術】
【０００２】
物体検出に使用される検出技術は、容量性検出と、擬似静電検出としても知られ、クロス容量性検出と呼んでもよい電界検出とを含む。電界検出を使用して３次元空間における物体を検出することは、長い間知られており、例えば、近接センサにおいて使用される。自然界において、エレファントノーズフィッシュは、電界検出を使用して物体を検出する。その最も単純な形態において、容量性検出は、１つの電極を使用し、測定を、その電極の負荷キャパシタンスによって行う。この負荷キャパシタンスは、前記電極と、前記電極の周囲のすべての接地された物体との間のすべてのキャパシタンスの和によって決定される。これは、近接検出において行われる。クロス容量性検出と呼んでもよい電界検出は、２つの電極を使用し、前記２つの電極間の特定のキャパシタンスを効率的に測定する。電場発生装置を接続した電極を、電界検出送信電極とみなすことができ、測定装置を接続した電極を、電界検出受信電極とみなすことができる。第１（送信）電極を、交流電圧の印加によって励起させる。これによって、前記電極間の容量性結合（すなわち、電気力線の効果）により、変位電流が、第２（受信）電極において誘導される。物体が前記電極の近くに（すなわち、電気力線において）置かれた場合、前記電気力線のいくらかは、前記物体によって限られ、容量性電流は減少する。前記電流を監視すれば、前記物体の存在を検出することができる。
【０００３】
米国特許明細書第６０２５７２６号は、電界検出装置を、中でもコンピュータ又は他の用途に関するユーザ入力装置として使用することを開示している。前記電界検出装置は、意図した用途に応じて、ユーザの指、手又は全身の位置を検出する。
【０００４】
電界検出の利点は、電気的に受動的な物体の検出に使用できることである。
【０００５】
全く別々に、他の形式の検出技術は、特に準備された「アクティブな」物体の使用に頼る。一例は、「ペン」装置におけるインダクタ−キャパシタ共振回路がタブレットを形成する磁界ループとの電磁結合によって相互作用し、しばしば、同じループが前記共振回路を励起するのにも使用される、いわゆる「電磁ペン」である。
【０００６】
このようなアクティブ物体をペン形状にする必要はなく、ペン以外の他の形状にする、又は、ペン以外の他のものとして使用する場合、このような物体は、しばしば、タグ又はトークンと呼ばれる。前記物体のアクティブ部分に課された識別特性によって、各々が独立して検出し、識別する複数のタグを使用することが知られている。このようなタグを、例えば、店又は図書館において使用してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
慣例的な電界検出装置は、このような識別特徴を与えることができず、したがって、道の物体の検出に制限される。したがって、拡張された能力を有する電界検出装置への必要性が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様において、本発明は、少なくとも１個の電界検出送信電極及び少なくとも１個の電界検出受信電極を具えるパッシブ電界検出物体検出装置と、動作において、パッシブ物質が、前記少なくとも１個の電界検出送信電極によって発生された第１電界によって少なくとも１個の電界検出受信電極において誘導された電流における変化によって検出されるように配置されたアクティブ物体とを具え、前記アクティブ物体を、前記他の電界検出送信電極によって発生された第２電界によって前記少なくとも１つの電界検出受信電極において誘導された電流における変化によって検出する。
【０００９】
前記第２電界を、他の電界検出受信電極をさらに具える前記アクティブ物体によって発生してもよく、前記他の電界検出受信電極は、動作において前記第１電界中に結合し、前記アクティブ物体によって位相変化を受けて前記第１電界の位相変化されたものを前記第２電界として発生するのに使用される信号を発生し、この場合において、前記第１電界によって誘導される電流を、前記第２電界によって誘導される電流と、異なった位相の前記２つの電界の効力によって識別することができる。
【００１０】
前記第２電界を、代わりに、前記第１電界を発生するのに印加される交流電圧と異なった周波数における交流電圧を前記他の電界検出送信電極に印加することによって発生してもよく、この場合において、前記第１電界によって誘導される電流を、前記第２電界によって誘導される電流と、異なった周波数において発生されている前記２つの電界の効力によって識別することができる。個々の電界発生周波数を有する複数のアクティブ物体を含み、前記異なった周波数によって識別してもよい。
【００１１】
前記第２電界を、代わりに、前記アクティブ物体におけるインダクタを通過する交流磁界を発生することによって発生してもよく、前記インダクタは、これによって、前記第２電界を発生するのに使用される信号を供給し、この場合において、前記第１電界によって誘導される電流を、前記第２電界によって誘導される電流と、異なった位相である前記２つの電界の効果によって識別することができる。
【００１２】
代わりに、前記第２電界の発生の成文化された時間変調を使用することによって、複数のアクティブ物体を個々のアイデンティティに割り当ててもよい。
【００１３】
第２態様において、本発明は、上述した誘導電流を決定するのに適合し、上述した異なった電界によって誘導された電流を識別するのに適合した電流検出回路を提供する。
【００１４】
第３態様において、本発明は、上述した第２電界を発生するのに適合したアクティブ物体（タグ、トークン、フィコン（Ｐｈｙｃｏｎ）及びペンを含む）を提供する。
【００１５】
したがって、電界検出を用いる結合パッシブ及びアクティブ物体検出システムを説明する。電界検出送信電極は、電界検出受信電極において電流を誘導する第１電界を発生する。パッシブ物体を、この電流における変化から検出する。アクティブ物体は、他の電界検出送信電極を具え、第２電界を発生する。この第２電界を、前記第１電界に結合し、前記第１電界に位相シフトを適用する前記アクティブ物体によって発生してもよい。代わりに、前記第２電界を、前記第１電界と異なった周波数において発生してもよい。前記第２電界は、前記電界検出受信電極において電流を誘導し、この電流は、前記アクティブ物体の位置と共に変化する。これら別個の電流を、これらの異なった位相又は周波数の効力によって識別する。
【００１６】
本発明の上述した特徴及び他の特徴は、以後に記載した実施例の参照によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
最初に、慣例的な電界検出装置の基本的な動作の概略の説明を与える。図１は、電界検出送信電極２と、電界検出受信電極４と、交流電圧源６と、電流検出回路８とを具える慣例的な電界検出システム１（一定の縮尺率でない）を示す。
【００１８】
交流電圧源６を、電界検出送信電極２及び電流検出回路８に接続する。電流検出回路８を、電界検出受信電極４に別個に接続する。
【００１９】
動作において、交流電圧を電界検出送信電極２に印加すると、電気力線が発生し、その例としての電気力線１１、１２、１３は、電界検出受信電極４を通過する。電気力線１１、１２、１３は、小さい交流電流を誘導し、この交流電流を、電流検出回路８によって測定する（後により詳細に説明するように、電流検出回路８は、前記交流電圧からのタップオフ信号を使用し、電界誘導電流の位相と関係付ける）。
【００２０】
この場合においてユーザの指１０である物体を、２つの電極２、４の近くに置くと、前記物体は、そうでなければ前記物体によって占められる空間を通過するこれらの電気力線をさえぎり、したがって、電界検出受信電極４から流れる電流を減少する。したがって、前記電流検出回路によって測定される電流レベルを、２つの電極２、４の近くにおける物体の存在の測定として使用することができる。
【００２１】
図２は、慣例的な電流検出回路８の機能モジュールを示すブロック図である。電流検出回路８は、増幅器２０と、乗算器２２と、ローパスフィルタ２４とを具える。これらの機能モジュールを、任意の好適な形態において、例えば、参照によって内容がここに含まれる米国特許第６０２５７２６号明細書に開示された回路設計を使用して実現してもよい。
【００２２】
動作において、電界検出受信電極４において誘導された変位電流２６を、増幅器２０によって増幅し、乗算器２２によって、電界検出送信電極２に印加される電圧のタップオフされ（図示しない位相シフトモジュールによって）位相シフトされたもの２７と乗算する。前記タップオフ電流を、変位電流２６と同じ位相にするように位相シフトする。したがって、ここで、増幅器２０が理想的であると仮定し、すなわち、どのような余計な位相シフトも変位電流２６に導入しないと仮定すると、前記タップオフ電圧の位相はシフトされた９０°である。実際には、増幅器２０が余計な位相シフトを位相電流２６に導入する場合、前記タップオフ電圧の位相を、これを調節するのに必要なように調節する。
【００２３】
乗算器２２からの出力をローパスフィルタ処理し、出力信号２８を供給する。したがって、出力信号２８は、電界検出送信電極２によって発生された電界によって電界検出受信電極４において誘導された電流の測定であり、電界検出電極２、４の近くにおいて置かれた物体、例えば指１０に応じて変化する。出力信号２８を、必要なように外部エレクトロニクス（図示せず）によって処理する。
【００２４】
図３は、本発明の第１実施例による物体検出システム３０（一定の縮尺率でない）を示す。図１に使用したのと同じ参照符を、慣例的な物体検出システム１におけるのと同様に実現されるこれらの部分に使用する。電界検出送信電極２と、電界検出受信電極４と、交流電圧源６とに加え、物体検出システム３０は、以後タグ３１と呼ぶ電界発生物体をさらに具える。タグ３１は、ハウジングと、タグ電界検出受信電極３２と、タグ電界検出送信電極３３と、これら２つの電極に結合したタグ回路３４とを具える。タグ電界検出受信電極３２を、タグ電界検出送信電極３３からシールドし、これら２つの電極間のフィードバックを回避するようにする。前記ハウジングは、十分に導通し、タグ回路３４から、表面及びタグ３１が使用において接触すべき項目を経てアースへの接続又は結合を完成する。これは、前記タグをユーザによって保持すべき場合、ユーザの手を含んでもよい。前記ハウジングに必要な導電性の程度を、タグ３１の意図される使用に従って選択してもよく、タグ回路３４及び物体検出システム３０を形成する他の項目の有効性にしたがって要求されるように変化させることができる。この例において、前記ハウジングを、部分的にプラスチックと、部分的に金属とで形成する。結合が容量性であってもよいため、審美的又はマーキング目的のため、前記金属を薄い絶縁コーティング、例えば塗料で覆ってもよい。タグ回路３４は、電源、例えば小さいバッテリをさらに具える。
【００２５】
物体検出システム３０は、（上述した慣例的な電流検出回路８の代わりに）電流検出回路３８をさらに具える。
【００２６】
指１０のような物体を、上述した慣例的な物体検出システム１と同様に検出する。加えて、タグ３１を以下のように検出する。タグ３１が電界検出送信電極２の近くに置かれた場合、タグ電界検出受信電極３２は、電界検出送信電極２によって発生されている電界１１、１２、１３中に結合し、受信信号を発生する。タグ回路３４は、この受信信号を増幅し、これに９０°位相シフトを行う。タグ回路３４は、前記増幅され位相シフトされた信号をタグ電界検出送信電極３３にわたし、図３において電気力線３５、３６、３７によって表される他の電界を発生するようにし、電気力線３５、３６、３７は、電界検出送信電極２によって発生される元の電界１１、１２、１３と位相が９０°ずれている。タグ３１によって発生された電気力線３５、３６、３７は、電界検出受信電極４を通過し、図４を参照して以下に説明するように電流検出回路３８によって測定もされる他の小さい交流電流を誘導する。
【００２７】
図４は、電流検出回路３８の機能モジュールを示すブロック図である。図２に使用したのと同じ参照符を、慣例的な電流検出回路８におけるのと同様に実現されるこれらの部分に使用する。増幅器２０、乗算器２２及びローパスフィルタ２４に加えて、電流検出回路３８は、第２乗算器４２と、第２ローパスフィルタ４４と、位相シフトモジュール４６とをさらに具える。これらの機能モジュールを、再び、任意の好適な形態において実現してもよい。動作において、電界検出受信電極４において誘導された変位電流２６を、再び増幅器モジュール２０によって増幅する。増幅器モジュール２０からの増幅された出力を、分割し、乗算器２２、４２の各々に渡す。
【００２８】
乗算器２２は、前記増幅された電流に、電界検出送信電極２に印加された電圧のタップオフされ９０°位相シフトされたもの２７を乗算し、結果として生じる乗算された信号を、ローパスフィルタ２４によってローパスフィルタ処理し、第１出力信号２８を供給する。前記慣例的な配置における出力信号と同じであるこの第１出力信号２８は、したがって、電界検出送信電極２によって発生された電界によって電界検出受信電極４において誘導された電流の測定であり、電界検出電極２、４の近くに置かれている物体、例えば指１０に応じて変化する。
【００２９】
電界検出送信電極２に印加された電圧のタップオフされ９０°位相シフトされたもの２７を、位相シフトモジュール４６にも印加し、この位相シフトモジュールは、９０°位相シフトを行う。乗算器４２は、前記増幅された電流信号に、前記タップオフ電圧の結果として生じるものを乗算し、結果として生じる乗算信号を、ローパスフィルタ４４によってローパスフィルタ処理し、第２出力信号４８を供給する。この第２出力信号４８は、したがって、タグ電界検出送信電極３３によって発生された電界３５、３６、３７によって電界検出受信電極４において誘導された電流の測定であり、電界検出受信電極４に対するタグ３１の位置にしたがって変化する。
【００３０】
出力信号２８及び４８を、必要なように外部エレクトロニクス（図示せず）によって処理する。
【００３１】
図４に示す回路において、２つの処理チャネルを形成し、第１チャネルは、第１乗算器２２及び第１ローパスフィルタ２４を具え、第２チャネルは、第２乗算器４２及び第２ローパスフィルタ４４を具える。２つのこれらのような処理チャネルの代わりとして、１つの処理チャネルを、位相基準入力を０°位相と９０°位相との間で切り替えることによって、時間多重式に用いてもよい。
【００３２】
図５は、本発明の第２実施例による物体検出システム５０（一定の縮尺率でない）を示す。図１及び３に使用したのと同じ参照符を、慣例的な物体検出システム１におけるのと同様に実現されるこれらの部分に使用する。電界検出送信電極２、電界検出受信電極４、及び、交流電圧源６に加えて、物体検出システム５０は、以後タグ５１と呼ぶ電界発生物体をさらに具える。タグ５１は、ハウジングと、タグ電界検出送信電極５３と、この電極及びハウジングに結合したタグ回路５４とを具える。前記ハウジングは、十分に導通し、タグ回路５４から、表面及びタグ５１が使用において接触すべき項目を経てアースへの接続又は結合を完成する。これは、前記タグをユーザによって保持すべき場合、ユーザの手を含んでもよい。前記ハウジングに必要な導電性の程度を、タグ５１の意図される使用に従って選択してもよく、タグ回路５４及び物体検出システム５０を形成する他の項目の有効性にしたがって要求されるように変化させることができる。この例において、前記ハウジングを、部分的にプラスチックと、部分的に金属とで形成する。結合が容量性であってもよいため、審美的又はマーキング目的のため、前記金属を薄い絶縁コーティング、例えば塗料で覆ってもよい。タグ回路５４は、電源、例えば小さいバッテリをさらに具える。
【００３３】
物体検出システム５０は、物体検出システム３０は、（上述した慣例的な電流検出回路８の代わりに）電流検出回路３８と、交流電圧を電流検出回路５８に印加するように配置された交流電圧源５９とをさらに具える。
【００３４】
指１０のような物体を、上述した慣例的な物体検出システム１と同様に検出する。加えて、タグ５１を以下のように検出する。タグ回路５４は、交流電圧源６の周波数ｆ１と異なった周波数ｆ２における交流電圧を発生する交流電圧源を具える。さらに、タグ回路５４の交流電圧源の周波数ｆ２を、交流電圧源５９の周波数と同じにする。タグ回路５４は、周波数ｆ２の交流電圧をタグ電界検出送信電極５３に印加し、図５において電気力線５５、５６、５７によって表される電界を発生させる。タグ５１が電界検出受信電極４の近くに置かれた場合、タグ５１によって発生された電気力線５５、５６、５７は、電界検出受信電極４を通過し、図６を参照して以下に説明するように電流検出回路５８によって測定もされる他の小さい交流電流を誘導する。
【００３５】
図６は、電流検出回路５８の機能モジュールを示すブロック図である。図２に使用したのと同じ参照符を、慣例的な電流検出回路８におけるのと同様に実現されるこれらの部分に使用する。上述した電流検出回路８、３８と同様に、この電流検出回路５８は、増幅器２０と、乗算器２２と、ローパスフィルタ２４とを具える（この乗算器２２及びローパスフィルタ２４は、電界検出送信電極２によって発生された電解１１、１２、１３を処理する第１処理チャネルを形成する）。電流検出回路５８は、タグ５１のタグ電界検出送信電極５３によって発生された電界５５、５６、５７を処理する第２処理チャネルをさらに具える。タグ回路５４の交流電圧源と、基準周波数を電流検出回路５８に供給する交流電圧源５９との間に固定された位相関係がないため、前記第２処理チャネルは、このような関係なしで動作しなければならず、本例においては、クアドラチャ検波を用いる。したがって、前記第２処理チャネルそれ自身は、前記基準電圧を互いに位相が９０°ずれた２つの位相において与える２つの別個のチャネルを有する。特に、前記第２処理チャネルは、関連するローパスフィルタ６４を有する乗算器６２と、関連するローパスフィルタ６５を有する他の乗算器６３と、交流電圧源５９からの信号６１を他の乗算器６３に印加される前に９０°位相シフトするように設けられた位相シフトモジュール６６とを具える。これらの機能モジュールを、再び、任意の好適な形態において実現してもよい。動作において、電界検出受信電極４において誘導された変位電流２６を、再び、増幅器モジュール２０によって増幅する。増幅器モジュール２０からの増幅された出力を分割し、乗算器２２、６２、６３の各々に渡す。
【００３６】
乗算器２２は、前記増幅された電流に、電界検出送信電極２に印加される電圧（周波数ｆ１）のタップオフされ９０°位相シフトされたもの２７を乗算し、結果として生じる乗算された信号を、ローパスフィルタ２４によってローパスフィルタ処理し、第１出力信号２８を供給する。前記慣例的な配置における出力信号と同じであるこの第１出力信号２８は、したがって、電界検出送信電極２によって発生された電解によって電界検出受信電極４において誘導された電流の測定であり、電界検出電極２、４の近くに置かれている物体、例えば指１０に応じて変化する。
【００３７】
乗算器６２は、前記増幅された電流信号に、交流電圧源５９からの信号６１（周波数ｆ２）を乗算し、結果として生じる乗算された信号を、ローパスフィルタ６４によってローパスフィルタ処理する。乗算器６３は、前記増幅された電流信号に、交流電圧源５９からの信号６１（周波数ｆ２）の９０°位相シフトされたものを乗算し、結果として生じる乗算された信号を、ローパスフィルタ６５によってローパスフィルタ処理する。ローパスフィルタ６４、６５からの個々のローパスフィルタ処理された信号を、クアドラチャ結合器モジュール６７によってクアドラチャ結合し、第２出力信号６８を供給する。この第２出力信号６８は、したがって、タグ電界検出送信電極５３によって発生された電界５５、５６、５７によって電界検出受信電極４において誘導された電流の測定であり、電界検出受信電極４に対するタグ５１の位置にしたがって変化する。
【００３８】
出力信号２８及び６８を、必要なように外部エレクトロニクス（図示せず）によって処理する。
【００３９】
再び、例えば、前記クアドラチャ配置の２つの部分、又は、前記クアドラチャ配置及び元の第１処理チャネルのように、処理チャネルを２重にする場合、１つの信号経路を、時間多重化を用いる代わりに、前記位相基準入力及び／又は周波数の適切な切り替えによって用いてもよい。
【００４０】
概して、この第２実施例は、前記第１実施例と比較して前記タグにおいてより簡単なエレクトロニクスを可能にするが、前記電流検出回路においてより複雑なエレクトロニクスを犠牲にする。また、前記第１実施例のタグに関する場合であるような前記２つの電界検出電極をシールドする必要性が避けられる。
【００４１】
図７は、本発明の第３実施例による物体検出システム７０（一定の縮尺率でない）を示す。以下の項目、電界検出送信電極２と、電界検出受信電極４と、交流電圧源６と、電流検出回路３８（前記第１実施例において使用される）とは、上述した実施例に関して説明したのと同じ参照符を有する項目と同じである。物体検出システム７０は、以後タグ７１と呼ぶ電界発生物体をさらに具える。
【００４２】
タグ７１は、電界検出送信電極７３と、この電極及びハウジングに結合したタグ回路７４とを具える。前記ハウジングは、十分に導通し、タグ回路７４から、表面及びタグ７１が使用において接触すべき項目を経てアースへの接続又は結合を完成する。これは、前記タグをユーザによって保持すべき場合、ユーザの手を含んでもよい。前記ハウジングに必要な導電性の程度を、タグ７１の意図される使用に従って選択してもよく、タグ回路７４及び物体検出システム７０を形成する他の項目の有効性にしたがって要求されるように変化させることができる。この例において、前記ハウジングを、部分的にプラスチックと、部分的に金属とで形成する。結合が容量性であってもよいため、審美的又はマーキング目的のため、前記金属を薄い絶縁コーティング、例えば塗料で覆ってもよい。タグ回路７４は、電源、例えば小さいバッテリをさらに具える。
【００４３】
タグ７１は、タグ回路７４に接続したインダクタ７２をさらに具える。
【００４４】
物体検出システム７０は、導電材料のコイル１７２（又はループ）をさらに具える。コイル１７２を、駆動回路１７３に結合する。組み合わせにおいて、コイル１７２及び駆動回路１７３は、電磁場発生器９５（すなわち磁界発生器）を提供する。
【００４５】
指１０のような物体を、上述した慣例的な物体検出システム１と同様に検出する。加えて、タグ７１を以下のように検出する。
【００４６】
駆動回路１７３は、コイル１７２が交流磁界を発生するようにコイル１７２を駆動する。前記交流磁界は、インダクタ７２において電流を誘導する。この電流をタグ回路７４によって増幅し、位相シフトする。タグ回路７４は、前記増幅され位相シフトされた信号をタグ電界検出送信電極７３に渡し、電界検出送信電極２によって発生された元の電界１１、１２、１３と位相が９０°ずれた、図７において電気力線７５、７６、７７によって表される他の電界を発生させる。タグ７１によって発生された電気力線７５、７６、７７は、電界検出受信電極４を通過し、他の小さい交流電流を誘導する。
【００４７】
この他の交流電流を、電流検出回路３８によって、第１実施例における（すなわち、図４の参照と共に上述した）同じ電流検出回路３８によって測定された対応する電流と同様に測定する。この実施例において、駆動回路１７３は、電界検出送信電極２において発生された電界１１、１２、１３と同じ位相を有する前記交流磁界を発生する。したがってタグ回路７４は、インダクタ７２において誘導された電流を９０°位相シフトし、タグ電極７３において発生された電界７５、７６、７７の位相が、電界検出送信電極２において発生された電界１１、１２、１３の位相と９０°ずれるようにし、電流検出回路３８が、これら２つの電界を、したがって、指１０とタグ７１とを、上述したようにこれらの異なった位相の効力によって識別できるようにする。このアプローチは、同じ位相発生器を、電界検出送信電極２及び駆動回路１７３の双方を駆動するのに使用してもよいという利点を有する。しかしながら、前記必要な位相差を、任意の他の慣例的な方法において与えてもよい。例えば、駆動回路１７３を、電界検出送信電極２において発生された電界１１、１２、１３と位相が９０°ずれた交流磁界を発生するように配置してもよく、この場合において、タグ回路７４は、インダクタ７２において誘導された電流にどのような位相シフトも行わない。
【００４８】
駆動回路１７３を、例えば信号発生器を使用し、任意の好適な慣例的な交流電圧／電流源の形態において実現してもよい。駆動回路１７３を、コイル１７２を、電界検出送信電極２を駆動する交流電圧源６と（又は、なにか他の相対的な位相関係と）同相において交流電流によって駆動するように配置する。
【００４９】
コイル１７２（潜在的な形態の干渉）によって発生された電界によって電界検出受信電極４において発生した電流を、電流検出回路３８によって有効に（又は少なくとも部分的に）除去する。
【００５０】
（前の段落において考察したように）コイル１７２によって発生された電界によって電界検出受信電極４において生じた電流を有効に除去する代わりに、又はそれに加えて、他のアプローチを用いてもよい。ある可能性は、コイル１７２を周期的にターンオフし、前記コイルがターンオフされているとき、電界検出受信電極４からの電流を測定することである。これは、コイル１７２からの信号は、タグ７１からの信号よりはるかに素早くリングダウン、すなわち減少するため、容易に実現される。これは、前記コイルがターンオフする場合、両端が接地され、信号を発生するためのその両端間の電圧差がなくなるためである。
【００５１】
図８は、コイル１７２をコイル１７２の周囲の接地された環状ワイヤと共に示す図式的な図である（明瞭にするために、コイル１７２の一部のみを環状ワイヤ１８０と共に図に示すが、実際には、環状ワイヤ１８０はコイル１７２の長さ全体に沿って延在する）。環状ワイヤ１８０は、コイル１７２によって発生された電界を実質的にシールドするが、どのようなエディカレントも環状ワイヤ１８０の中心から遠ざかる方向であるため、コイル１７２によって発生された磁界に重大に影響することはない。このコイル１７２の周囲のシールドとしての環状ワイヤ１８０の使用は、コイル１７２によって発生された電界成分によって電界検出受信電極４において発生される電流の発生を除去又は減少する他の方法として、この実施例において実現される好適な選択である。
【００５２】
駆動回路１７３及び電流検出回路３８を、タグ７１から検出された信号が、電界検出受信電極４から離れたタグ７１の最大必要動作距離において検出されるのに低過ぎないように適合させる。同様に、駆動回路１７３及び電流検出回路３８を、タグ７１から検出された信号が、タグ７１が電計検出受信電極４に直接対面する場合、飽和しないように適合させる。これは、動的調節配置によって好適に実現され、この動的調節配置において、電流検出回路３８と駆動回路７３との間にフィードバックルートを設け、コイル１７２に印加される電圧が、電流検出回路３８によって検出された電流が増加するにつれ、低下するようにする。
【００５３】
この実施例において、インダクタ７２を設け、前記交流磁界をタグ回路７４に結合する。他の実施例において、他のインダクタンス配置を使用してもよい。
【００５４】
他の実施例において、インダクタ７２を、例えばインダクタ及びキャパシタを並列に具える共振回路に交換してもよい。前記共振回路を、コイル１７２を駆動するのに使用する信号周波数に同調してもよい。この場合において、前記キャパシタを、好適には、熱的安定したキャパシタとして実現する。例えば、前記キャパシタを、並列の２個のキャパシタ、すなわち、１℃あたり０．０１％の熱ドリフトレートを有するポリスチレンキャパシタと、１℃あたり０．０３％の熱ドリフトレートを有する６−５０ｐＦセラミックキャパシタとによって実現してもよい。
【００５５】
この実施例において、コイル１７２の導電材料を銅線とする。図７において、明瞭にするために、２回巻いた前記導電材料を示した。ある好適な選択は、前記材料に関して、５回巻く。巻く回数と、用いる導電材料とは、要求に応じて変化し得る設計変更である。
【００５６】
前記第２実施例のシステム５０と、前記第３実施例のシステム７０とを、他のタグの設備によって適合させてもよい。各々のタグを、異なった周波数、例えば、ｆ２、ｆ３、ｆ４等において駆動する。前記電流処理回路に、複数の処理チャネルを設け、要求されるように、各々の処理チャネルに、対応する周波数ｆ２、ｆ３、ｆ４等の個々の交流電圧源を設ける。再び、これらの処理チャネルを、代わりに、時分割方式において与えてもよい。他の可能性は、複数の周波数のタグを含むこのようなシステム内で、２個以上のタグが、タグの形式又はクラスを識別できるように同じ周波数を有してもよいことである。
【００５７】
他の変形において、第１実施例のシステム３０、第２実施例のシステム５０、又は、第３実施例のシステム７０を、他のアプローチを使用する他のタグの設備によって適合させてもよい。各々のタブのタグ回路は、タグ電界検出送信電極を、個々のタグに関する時間変調ディジタルアイデンティティ（又はアドレス）を与える時間基礎方法において、オン及びオフに組織的に駆動する制御回路網を具える。前記電流処理回路に、前記個々のアイデンティティを識別するエレクトロニクスを設ける。再び、他の可能性は、複数の異なったディジタルアイデンティティのタグを含むこのようなシステム内で、２個以上のタグが、タグの形式又はクラスを識別することができるように同じアイデンティティを有してもよいことである。
【００５８】
上記実施例において、前記タグのタグ回路によって発生される信号振幅をより大きくすると、前記タグ電界検出送信電極をより小さくすることができる。前記タグ電界検出送信電極のサイズ（面積）がより小さく形成されるため、前記タグの位置を（前記出力の慣例的な方法によるポスト処理によって）決定することができる精度が上昇する。いくつかのインプリメンテーションにおいて、これは、タグ位置の検出をペン入力として使用することを可能にすることができる。
【００５９】
他の代案において、前記タグ電界検出送信電極を、長く薄く（又は他のある片寄った形状）に成形してもよく、多数の電界検出受信電極（前記第１実施例の場合において、多数の電界検出送信電極）を具えるシステムにおいて使用される形状の知識は、位置情報を決定することができる出力を与える。
【００６０】
前記誘導電流を決定する上述した回路機能は、単なる好例であり、前記誘導電流を決定する他の方法を用いてもよいことは明らかであろう。
【００６１】
上述した物体検出システムを、種々様々な用途において使用することができる。使用のある領域は、インタラクティブディスプレイ用途である。前記タグを、ディスプレイのユーザが前記ディスプレイに対して位置を定め、例えばペン入力の形態においてユーザ入力を指定することができるトークン又はいわゆる「フィコン」として用いてもよい。考えられる他の（ディスプレイ以外の）用途は、例えば指揮者の指揮棒から店の商品までわたる、空間において特定の物体を位置決めするのに有用である任意の用途を含む。
【００６２】
本開示を読むことから、他の変形及び変更が、当業者には明らかになるであろう。これらのような変形及び変更は、当該技術分野において既知であり、すでにここに記載した特長の代わり又はこれらに加えて使用することができる等価の又は他の特徴を含んでもよい。
【００６３】
請求項を、本願において特定の特徴の組み合わせに対して表現したが、本発明の開示の範囲は、任意の請求項において現在請求されているのと同じ発明に関係しようとしまいと、本発明と同じ技術的問題のいずれか又はすべてを軽減しようとしまいと、明示的又は暗示的にここに開示した任意の新規の特徴又は任意の新規の特長の組み合わせ、又は、これらの任意の一般化も含むことを理解すべきである。
【００６４】
別個の実施例の文脈において説明した特徴を、１個の実施例において組み合わせにおいて与えてもよい。逆に、簡潔にするために１個の実施例の文脈において説明した種々の特徴を、別々に、又は、任意の好適なサブ組み合わせにおいて与えてもよい。本願人は、これによって、本願の又はそれから派生した任意の他の出願の起訴中にこれらの特徴及び／又はこれらの特徴の組み合わせに対する新たな請求項を表示できることの注意を与える。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】慣例的な電界検出システムを示す。
【図２】図１のシステムの慣例的な電流検出回路の機能モジュールを示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例による物体検出システムを示す。
【図４】図３のシステムの電流検出回路の機能モジュールを示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施例による物体検出システムを示す。
【図６】図５のシステムの電流検出回路の機能モジュールを示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施例による物体検出システムを示す。
【図８】コイルの周囲の接地された環状ワイヤを示す図式的な図である。
【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８】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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