(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気干渉の周波数を阻止して物体の位置を決定する容量型近接センサであって、
（イ）物体の動きと共に変動する容量を形成する電極アレイと、
（ロ）電極アレイに接続され基準信号の周波数と同期して容量を測定する測定手段と、
（ハ）測定手段に基準信号を供給する発生器手段と、基準信号は、電気干渉の周波数と一致しない周波数を有し、発生器手段は、電気干渉を評価し基準信号を発生する手段を含み、評価手段は、選択された基準信号の周波数とこの周波数に対する電気干渉の測定値ＩＭのテーブルを保存し周波数がこれに関連する最小ＩＭを有する基準信号を発生する手段を含む前記近接センサ。
【請求項２】
電気干渉を阻止して物体の位置を決定する容量型近接センサであって、
（イ）物体の動きと共に変動する容量を形成する電極アレイと、
（ロ）電極アレイに接続され基準信号の周波数と同期して容量を測定する測定手段と、
（ハ）測定手段に応答して高周波数成分を有し電極アレイに対して物体の位置を表示する位置信号を発生する物体ロケータと、
（ニ）測定手段に基準信号を供給する発生手段と、発生手段は、電気干渉の周波数に一致しない周波数を有し、
発生器手段は、
物体ロケータ手段に応答して位置信号の高周波（ノイズ）成分の大きさを決定する評価手段と、
評価手段に応答して位置信号の高周波成分の大きさが所定値を越える場合に基準信号の周波数を変える手段と、
を含む前記近接センサ。
【請求項３】
電気干渉を阻止して物体の位置を決定する容量型近接センサであって、
（イ）物体の動きと共に変動する容量を形成する電極アレイと、
（ロ）電極アレイに接続され基準信号の周波数と同期して容量を測定する測定手段と、
測定手段は、
基準信号の周波数に同期して電極アレイに電圧変化を生じる駆動手段と、
基準信号の周波数に同期して電極アレイの容量に接続された電荷を測定する電荷測定手段と、
駆動手段が電圧変化を発生するのを選択的に抑止する手段と、駆動手段の抑止時にされた結合電荷測定値は、干渉の測定値ＩＭを示し、
（ハ）測定手段に基準信号を供給する発生手段と、発生手段は、電気干渉の周波数と一致しない周波数を有し、
発生器手段は、干渉測定値ＩＭが所定値を越える場合に基準信号の周波数を変える手段を含む前記近接センサ。
【請求項４】
請求項３記載の近接センサであって、発生器手段は、さらに基準信号の周波数とこの周波数の基準信号になされた関連する干渉測定値ＩＭのテーブルを格納し、周波数がこれに関連する最小の干渉測定値ＩＭを有する基準信号を発生する手段を含む前記近接センサ。
【請求項５】
電気干渉を阻止して物体の位置を決定する容量型近接センサであって、
（イ）物体の動きと共に変動する容量を形成する電極アレイと、
電極アレイは一のアレイにおいて互いに隔置される複数の第１の電極ストリップと、互いに隔置されかつ第１の電極ストリップに近接する複数の第２の電極ストリップと
（ロ）電極アレイに接続され基準信号の周波数と同期して容量を測定する測定手段と、
（ハ）測定手段に基準信号を供給する発生器手段と、基準信号は、電気干渉の周波数と一致しない周波数を有する前記近接センサ。
【請求項６】
請求項５記載の近接センサであって、測定手段は、
基準信号に同期して電極アレイに電圧変化を発生するドライバ手段と、
電極アレイに接続され、基準信号の周波数に同期し電圧変化に従って電極アレイの電荷を表す測定値信号を発生する電荷転送手段と、
電荷転送手段に接続され基準信号に同期して測定値信号を整流する同期復調器手段と、
同期復調器手段に接続され整流された信号の平均直流値または電極アレイの容量を表す信号を発生するローパスフィルタと、
を含む前記近接センサ。
【請求項７】
請求項６記載の近接センサであって、測定手段は、それぞれが各電極ストリップに接続される複数の容量測定素子を含む前記近接センサ。
【請求項８】
請求項７記載の近接センサであって、さらに、それぞれが容量測定素子に接続される複数の同期復調素子を含む前記近接センサ。
【請求項９】
請求項１記載の近接センサであって、さらに、測定手段の出力に接続され電極アレイに対する物体の位置を表す位置信号を与える位置ロケータ手段を含む前記近接センサ。
【請求項１０】
請求項１記載の近接センサであって、電極アレイは、互いに隔置されタッチパッドの容量を生じる第１および第２の組の電極を具備する前記近接センサ。
【請求項１１】
請求項１０記載の近接センサであって、第１および第２の組の電極は、ほぼ互いに直交して容量を与える想像上の電極を形成する前記近接センサ。
【請求項１２】
請求項１記載の近接センサであって、測定手段は、電極アレイに接続された容量測定要素、容量測定要素に接続された同期復調器および復調器に接続されたローパスフィルタを含む前記近接センサ。
【請求項１３】
電極アレイとして構成されたタッチパッドに物体の位置を検出する方法であって、
（イ）電極アレイに容量を発生する発生器手段を提供するステップと、
（ロ）電極アレイに物体の存在および動きと共に変化する容量を発生するステップと、
（ハ）基準信号の周波数と同期して電極アレイの容量を測定するステップと、
（ニ）容量に影響する電気干渉の周波数と一致しない周波数を有する基準信号を発生し、容量の測定に干渉するノイズを回避するステップと、
（ホ）測定された容量により電極アレイの物体の位置を決定するステップと、を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は一般的にタッチ感応入力装置および方法に関し、特に、電気的干渉が検出システムから有効に阻止される容量ベースタッチ検出装置および方法に関する。
発明の背景
触覚感知を使用してデータプロセッサへのデータ入力を行うさまざまな従来技術の装置およびシステムが存在している。このような装置は一般的なポインティング装置（“マウス”やスタイラス）の替わりに使用されパッドやディスプレイ装置上に指を置くことによりデータ入力が行われる。これらの装置は容量性タッチパッドにより指位置を感知し、走査信号がパッドへ加えられパッドにタッチもしくは接近する指による容量の変動が検出される。時間的に連続して指位置を感知することにより、指の動きを検出することができる。この感知装置はコンピュータの画面カーソルを制御するのに応用される。より一般的には、それによってさまざまな電気装置に指の動き、ジェスチュア、配置、筆跡、サインおよび描画動作に対応する情報を提供することができる。
ミードー等の米国特許第４，６９８，４６１号では、タッチ面は不変抵抗率層により被覆されている。パネル走査信号を与えて選択されたタッチ面の縁を励起しパネル面の両端間に交番電圧勾配が確立される。表面に触れると、励起された各縁から抵抗表面を通ってタッチ電流が流れ次に、ユーザの体を通って、ユーザの指へ接続され（容量もしくは伝導による）最後にユーザの体の容量により大地電位に接続される。さまざまな走査シーケンスおよび電圧モードが縁へ適用され、いずれの場合にも電流が測定される。これらの電流を測定することによりタッチ位置を確認することができる。特に、タッチ位置を示す物理的パラメータは表面上の縁からタッチ点までの抵抗である。この抵抗はタッチ点が各縁に近いか遠いかによって変動する。このシステムでは、容量は電流を表面のタッチ点からユーザの指を通って接続する手段として包含されているが、指位置を示すパラメータではないため“容量性タッチパッド”という用語は誤呼である。この発明の欠点は正確なタッチ位置の測定が表面の均一な抵抗率によって決まることである。このように均一な抵抗表面層を作ることは困難で高くつき、特別な製造方法および装置を必要とすることがある。
ミードーの’４６１号特許のパネルはまたパネルに触れない時に存在するタッチ電流を“無効にする”、すなわち相殺してゼロとする、回路を含んでいる。これはパネルの作動中に達成することができ、手袋を嵌めた指等からの、比較的弱い信号をより正確に確認することができる。ミードーの’４６１号特許のパネルはまた環境内に存在することがある、陰極線管変圧器から生じるような、スプリアス信号のスペクトルからパネル走査信号の周波数を自動的に変移させる回路も含んでいる。パネルは走査周波数がスプリアス信号の周波数にほぼ等しかった場合に生じるスプリアス信号からの干渉を回避しようとする。前記したように、タッチ電流を無効にするのに必要な調整の速度を監視することにより走査周波数を変移すべきかどうかをマイクロコントローラが決定する。周波数制御信号を発生するために記載されている唯一の手段はこの無効調整に基づいている。
ミードー等の米国特許第４，９２２，０６１号はタッチパネルが容量ではなく抵抗に基づいてタッチ位置を決定する点においてミードーの’４６１特許に類似している。それは縁からタッチ点までの抵抗がＲｘのＫｘ倍として示され、Ｋｘは７６Ａで示す距離に対応する、図２から特に明らかとなる。この装置は実質的にランダムに変動する周波数の測定信号を使用しており、スプリアス電磁スペクトルからの干渉の影響が低減される。
サルバドールの米国特許第４，７００，０２２号には、各々が抵抗性放出ストリップ間に並べられた、検出導電性ストリップのアレイが記載されている。指が実際に放出ストリップから検出ストリップに電気接触する。タッチ位置は指を触れたストリップ内の抵抗変動から決定される（ミードーの前記’４６１および’０６１特許と同じ）。ある数の同期サンプルの平均が取られる。最も望ましくない所定の干渉信号の倍数とならないようにサンプリング周波数を選択するように設計式が提示される。サンプリング周波数を調整したり自動的に適応させることは示唆されていない。
ゲルハイデの米国特許第５，３０５，０１７号では、仮想電極を形成する複数の電極ストリップを使用して、抵抗変動ではなく真の容量変動によりタッチ位置が決定される。この方法によりディスプレイ画面上に均一な抵抗を有するコーティングを施す必要がなくなる。しかしながら、このような容量ベース検出装置は周囲の電気的な背景干渉を受けることがあり、それは感知電極に接続されて位置検出に干渉する。このようなスプリアス信号により指の位置決めの検出に煩わしい干渉を生じる。装置のオペレータは偽電荷注入や検出電極からの空乏を生じることがある電気的干渉のアンテナとして振る舞うことさえある。
したがって、下記の特徴を有するタッチ検出システムに対するニーズがある。
（１）抵抗変動を必要とせずにタッチ位置が決定されて、製作中に均一な抵抗値を必要とすることによる高いコストが回避される。
（２）電極の抵抗やその接続配線とは無関係にタッチ位置が測定され、製作に使用できる材料およびプロセスの範囲が拡張される。
（３）周波数に無関係にかつ恐らくは高価な無効化装置を必要とせずに検出システムから電気干渉信号が阻止され解消される。
発明の要約
本発明は仮想電極を形成する絶縁電極アレイを使用することにより真の容量変動を有するタッチ位置（ロケーション）装置を利用するものである。電極の抵抗とは無関係な手段により容量変動が測定され、そのパラメータを製造上の要件として排除するようにされる。周波数に無関係に電気的干渉が解消され明瞭な検出信号が得られる。
本発明の実施例にはアレイ付近の物体（指、他の身体部分、導電性スタイラス、等）の動きにより変動する容量を発揮する電極アレイ、基準周波数信号と同期化されている容量の変動を測定する同期容量測定素子、および容量測定値したがって位置探索に干渉する電気的干渉とは一致しない基準周波数信号を発生する基準信号発生器を含んでいる。
干渉阻止は干渉周波数とは異なる周波数の基準周波数信号を発生して実施される。あるいは、基準信号は干渉周波数とは一致せずしたがって電気的干渉が有効に阻止されるようにランダム周波数で発生される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理に従って作られた容量変動位置測定装置のブロック図。
第２Ａ図は第１図に示す電極アレイの一実施例の平面図。
第２Ｂ図は第２Ａ図の電極アレイの一実施例の側面図。
第３Ａ図は第１図の電極アレイの別の実施例の側面図。
第３Ｂ図は第３Ａ図の電極アレイの平面図。
第４図は第１図の同期電極容量測定装置の一実施例の略図。
第５図は第１図の同期電極容量測定装置の別の実施例の略図。
第６Ａ図−第６Ｄ図は第４図および第５図に示す容量測定素子の別の実施例の回路図。
第７図は第１図に示す基準周波数発生器の一実施例のブロック図。
第８図は第１図に示す基準周波数発生器の別の実施例のブロック図。
好ましい実施例の詳細な説明
第１図に本発明に従って作られた容量変動指（もしくは他の導電性身体もしくは非身体部）位置感知システム１０の本質的要素を示す。電極アレイ１２は複数の導電性電極ストリップ層を含んでいる。電極およびそれらを装置に接続する配線は相当な抵抗値を有することができ、そのためさまざまな材料およびプロセスをそれらの製作に使用することができる。電極は互いに電気的に絶縁されている。２個の各電極間に相互容量が存在し、各電極と大地間には漂遊容量が存在する。アレイの近くに指を置くとこれらの相互および漂遊容量が変化する。変化の程度は電極に対する指の位置によって決まる。一般的には、問題とする電極に指が近いほど変化が大きくなる。
同期電極容量測定装置１４が電極アレイ１２に接続されていて電極に関連する選択された相互および／もしくは漂遊容量値を求める。干渉を最小限に抑えるために、装置１４により基準周波数発生器１６から与えられる基準周波数信号に同期化されたタイミングでいくつかの測定が行われる。装置１４から得られる個別の測定値を積分、平均化、より一般的には、濾波することにより所望の容量値が求められる。このようにして、基準周波数近くの強力な周波数スペクトルを有するスプリアス信号を除けば、測定における干渉は実質的に阻止される。
基準周波数発生器１６はスプリアス信号の最も望ましくない周波数と一致しない基準周波数を自動的に選択して発生しようとする。周波数は最初は未知で動作中に変化するかもしれないが、この方法により実質的に干渉は解消される。
位置ロケータ１８が同期電極容量測定装置１４からの容量測定信号を処理して、例えば、ホストコンピュータが使用する位置信号を与え基準周波数発生器１６にも与える。位置ロケータ１８は容量測定値に基づいて指位置信号を求める。アレイ内の電極に関連する容量の測定値に基づいて指位置を決定するいくつかの異なるシステムが従来技術で広く知られている。位置ロケータは１次元感知（ボリュームスライダコントロール等の）、コンタクト確認による２次元感知（コンピュータカーソルコントロール等）、もしくは完全３次元感知（ゲームおよび３次元コンピュータグラフィック等）を行うことができる。従来技術の位置ロケータの例が前記ゲルハイドの’０１７特許の第１図にユニット４０および５０として示されている。
電極アレイ
第２Ａ図に好ましい電極アレイ１２をＸおよびＹ方向を規定する座標軸と一緒に示す。一実施例は１６個のＸ電極と１２個のＹ電極を含んでいるが、判り易くするために、６個のＸ電極２０と４個のＹ電極２２だけを示す。当業者ならば電極数の増加方法は自明であると思われる。好ましくは、アレイは多層印刷回路板２４として製作される。電極はエッチングされた導電性ストリップであり、ビア２６に接続されておりそれはアレイ内の他の層に接続されている。実施例では、アレイ１２はＸ方向がおよそ６５ｍｍでありＹ方向がおよそ４９ｍｍである。Ｘ電極はおよそ０．７ｍｍ幅で中心間は３．３ｍｍである。Ｙ電極はおよそ３ｍｍ幅で中心間は３．３ｍｍである。
第２ｂ図に電極アレイ１２の側面図を示す。絶縁オーバレイ２１はおよそ０．２ｍｍ厚の透明なポリカーボネートシートであり頂面は感触の良いテクスチュアとされている。頂面に透明で硬いテクスチュアコーティングを付加することにより耐摩耗性を向上させることができる。オーバレイの底面はインクでシルクスクリーニングしてグラフィックデザインおよびカラーを施すことができる。
Ｘ電極２０、Ｙ電極２２、グランドプレーン２５およびコンポーネントトレース２７は多層印刷回路板内にエッチングされた銅トレースである。グランドプレーン２５はアレイエリア全体を被覆し回路の部品により生じる電気的干渉から電極を遮蔽する。コンポーネントトレース２７はビア２６したがって電極２０，２２を第１図の他の回路部品に接続する。絶縁体３１、絶縁体３２および絶縁体３３は印刷回路板２４内のファイバグラスエポキシ層である。それらの厚さはそれぞれおよび１．０ｍｍ，０．２ｍｍおよび０．１ｍｍである。一貫性が維持される限り、寸法は著しく変動することができる。しかしながら、Ｘ電極２０は全て同サイズとしなければならず、Ｙ電極２２も全て同サイズとしなければならない。
当業者ならばさまざまな技術および材料を使用して電極アレイを形成できることがお判りであろう。例えば、第３Ａ図は電極アレイが前記した絶縁オーバレイ４０を含む別の実施例を示している。導電性インク４２と絶縁性インク４３の交番層がシルクスクリーン過程により反対面に設けられる。Ｘ電極４５が絶縁オーバレイ４０とＸ電極導電性インク層４２との間に配置される。別の絶縁性インク層４３が層４２の下に設けられる。Ｙ電極４６が絶縁性インク層４３と導電性インク層４４との間に配置される。別の絶縁性インク層４７が導電性インク層４４の下に設けられ、グランドプレーン４８がＹ電極導電性インク層４７に固着される。各層はおよそ０．０１ｍｍ厚である。
こうして得られるアレイは薄くて柔軟性があり、そのため曲面を形成することができる。使用時に、それは強力な固体支持体上に並べられる。別の例では、電極アレイはフレックス回路等のフレクシブル印刷回路板や金属薄板もしくは金属箔のスタンピングを利用することができる。
指位置の感知にはさまざまな電極ジオメトリおよび配列が可能である。一例を第３ｂ図に示す。これは“スライダボリュームコントロール”や“トースタダークネスコントロール”として有用な１次元位置感知用平行電極ストリップ５０のアレイである。他の例としてダイヤモンドのグリッドやディスクのセクターが含まれる。
本発明の電極アレイは経済的で広く利用できる印刷回路板過程により容易に製作することが望ましい。また、テクスチュアおよび低摩擦の点から選択されその上にロゴアートワークおよび色合いを経済的に印刷できるさまざまなオーバレイ材料を使用できることも望ましい。さらに、オーバレイはアレイの電極を含む部分の製作とは独立してカスタム印刷できることが望ましい。それにより、アレイのその部分を経済的に標準化して量産し後にカスタム印刷されたオーバレイを固着することができる。
同期電極容量測定
第４図に同期電極容量測定装置１４の一実施例をより詳細に示す。同期電極容量測定装置１４の重要な要素は、（イ）基準信号と同期して電極アレイ内に電圧変化を発生する要素、（ロ）変位電荷を示す信号を発生して電極アレイの電極間に接続される要素、（ハ）基準信号と同期してこの信号を復調する要素、および（ニ）復調信号を低域濾波する要素である。装置１４は、好ましくはマルチプレクサもしくはスイッチを介して、電極アレイに接続されている。この実施例で測定される容量は電極間の相互容量であるが、電極と大地間の漂遊容量もしくはこのような相互および漂遊容量の代数和（すなわち、和および差）とすることができる。
第４図は、電極間の相互容量の代数和が測定される、電極アレイ１２に接続された同期電極容量測定装置１４の特定の実施例である。部品は４つの主要な機能ブロックへ分類される。仮想電極合成ブロック７０は各Ｘ電極をワイヤＣＰもしくはＣＮの一方に接続し、各Ｙ電極をワイヤＲＰもしくはＲＮの一方に接続する。電極は位置ロケータ１８（第１図）の制御下で、好ましくはＣＭＯＳスイッチである、スイッチにより選択的にワイヤに接続されて容量測定のための適切な電極を選択する。（ゲルハイデの’０１７特許の第１図に示す信号Ｓによるこのような電極選択を参照されたい。）任意の時間にＣＰワイヤに接続される全ての電極が１つの“正の仮想Ｘ電極”を形成するものと考えられる。同様に、ＣＮ，ＲＰおよびＲＮに接続される電極は、それぞれ、“負の仮想Ｘ電極”、“正の仮想Ｙ電極”および“負の仮想Ｙ電極”を形成する。
好ましくは、基準周波数信号は基準周波数発生器１６（第１図）からのデジタル論理信号である。基準周波数信号は、基準周波数発生器１６（第１図）から信号を供給される“駆動イネーブル”入力も有する、ＡＮＤゲート７２を介して装置１４へ供給される。ＡＮＤゲートの出力はインバータ７４および非反転バッファ７６を介して、容量測定要素７８の一部である、ワイヤＲＰおよびＲＮへそれぞれ送られる。好ましい実施例では、駆動イネーブル信号は常に真であり、基準周波数信号を通す。別の好ましい実施例では、後記するように干渉評価を実行する時にそれは基準周波数発生器により偽とされる。駆動イネーブル信号が偽であれば、駆動信号は一定の電圧レベルに止まる。駆動信号が真であれば、それは基準周波数信号のコピーである。
容量測定要素７８は、本開示の一部としてここに組み入れられている、ゲルハイデの米国特許第５，３４９，３０３号の第４図に示されているような作動電荷転送回路８０を含んでいる。その特許のキャパシタＣｓ１およびＣｓ２は正負仮想電極と大地間の漂遊容量に対応する。便宜上、第４図のＣＨＯＰ信号は本発明では、ここに示す÷２回路から発生する、基準周波数信号の半分の周波数を有する方形波信号として供給される。ゲルハイデの’３０３特許に記載されているように、回路はＣＰおよびＣＮ（その中の線６８および７２）を一定の仮想大地電圧に維持する。
容量測定要素７８はＲＮおよび負の仮想Ｙ電極を駆動して駆動イネーブル信号遷移をコピーする電圧レベルを変える非反転駆動バッファ７６も含んでいる。反転バッファ７４はＲＰおよび正の仮想Ｙ電極を駆動して駆動イネーブル信号遷移の反対の電圧レベルを変える。ＣＰおよびＣＮは仮想大地に維持されるため、これらの電圧変化は仮想Ｙおよび仮想Ｘ電極間に存在する相互容量の両端間の正味の電圧変化である。したがって、これらの電圧変化に比例する電荷に適切な容量値を乗じたものがノードＣＰおよびＣＮに結合される（“結合電荷”）。したがって、電荷転送回路は比例する差電荷を出力Ｑｏ１およびＱｏ２へ供給し、それは結合電荷したがって容量に比例する。
簡単に言えば、この差電荷は次式で示すこれらの容量の結合である“平衡”Ｌに比例係数Ｋを乗じたものであり、
Ｌ＝Ｍ（ｘｐ，ｙｎ）＋Ｍ（ｘｎ，ｙｐ）−Ｍ（ｘｐ，ｙｐ）−Ｍ（ｘｎ，ｙｎ）ここに、Ｍ（ａ，ｂ）は仮想電極“ａ”と仮想電極“ｂ”間の相互容量を示す。ゲルハイデの米国特許第５，３０５，０１７号に記載されているように、平衡の変化は仮想電極位置に対する指位置を示す。比例係数Ｋは駆動イネーブル信号遷移方向と同じ符号である。
再び第４図を参照して、同期容量測定要素７８は電荷Ｑｏ１，Ｑｏ２を運ぶ線を介して、基準周波数信号により制御される双極双投ＣＭＯＳスイッチ８４とすることができる、同期復調器８２に接続されている。特に、電荷Ｑｏ１，Ｑｏ２を整流するように機能する同期復調器８２は差電荷の積分器として構成された一対のキャパシタＣ１，Ｃ２とすることができるローパスフィルタ８６に接続されている。（図示する積分器はオクターブ周波数ロールオフ当たり６ｄｂのローパスフィルタである。）電荷Ｑｏ１，Ｑｏ２は基準周波数信号が正に遷移したばかりでＫが正である場合に、それぞれ、キャパシタＣ１，Ｃ２で積分される。Ｋが負であれば、電荷は両キャパシタで積分される。このようにして、平衡Ｌに比例する差電荷がＣ１，Ｃ２に累積される。
第５図に同期電極容量測定装置１４の別の実施例を示す。この実施例では、電極アレイ９０内の各電極が専用容量測定要素９２に接続されており、その各々が同期復調器９４に接続され次にローパスフィルタ９６に接続されている。この構成は各電極に対する容量測定値を連続的に得られるという利点があり、従来技術の実施例では一時に１つの電極構成しか測定できない。第５図の実施例の欠点は重複要素に関連して費用が余計にかかることである。これは測定値を同時処理するために多数の要素を設けることと１個の要素を多重化させて測定値を逐次処理することの一般的な交換条件である。明らかに、この交換条件に適用される広範なバリエーションがある。
また、アナログ／デジタルコンバータおよびデジタル信号処理を使用して多くの要素をデジタル形式で実施することができる。好ましい実施例では実質的にアナログ処理が使用されるが、将来はデジタル処理コストが比較的安くなるものと思われる。
第６図に容量測定要素７８（第４図）や９２（第５図）のいくつかの好ましい代替例を示す。第６Ａ図および第６Ｂ図は電極（物理的もしくは仮想電極とすることができる）間の相互容量，Ｃｍｐ，ＣｍｎおよびＣｍ，を測定するようにされた回路を示す。第６Ｃ図および第６Ｄ図は大地電極容量Ｃｇを測定するようにされた回路を示す。これらの各々が被測定容量を示す出力電圧変化を与える。これらの電圧変化は次式で与えられる。
第６Ａ図に対しては：  ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｄｒｉｖｅｘ（Ｃｍｐ−Ｃｍｎ）／Ｃｒ
第６Ｂ図に対しては：  ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｄｒｉｖｅｘＣｍ／Ｃｒ
第６Ｃ図に対しては：  ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｄｒｉｖｅｘＣｇ／（Ｃｇ＋Ｃｒ）
第６Ｄ図に対しては：  ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｄｒｉｖｅｘ（Ｃｇ＋Ｃｒ）／Ｃｇ
これらの公式は既知の基準容量Ｃｒおよび既知の駆動電圧変化ΔＶｄｒｉｖｅによって決まる。さらに、容量測定要素はメイヤーの米国特許第３，８５７，０９２号に記載されている電荷平衡に基づくことができる。同期復調器はアナログもしくはデジタル乗算器、あるいはナショナルセミコンダクタ社製“二重平衡ミキサ”（部品番号ＬＭ１４９６）を使用して実施することができる。スイッチドキャパシタ積分器およびフィルタ、高次アナログフィルタ、およびデジタルフィルタ等のさまざまなローパスフィルタ要素が従来技術で知られている。
基準周波数発生器
第７図に基準周波数発生器１６の好ましい実施例を示す。発生器は位置信号を観察してある基準周波数における干渉の程度を評価する。相当な干渉が検出されると、発生器１６はさらに測定を行うための異なる周波数を選択する。後記するように、発生器１６は常に測定干渉を生じたことが判った周波数から離された基準周波数を選択しようとする。
発生器１６はマイクロコントローラ１０２および÷（Ｍ＋Ｎ）回路１０４を駆動する、例えば、４ＭＨｚに設定された発振器１００を含んでいる。値Ｎはおよそ５０の定数である。値Ｍはマイクロコントローラ１０２が指定する６１ｋＨｚから８０ｋＨｚの範囲内の４つの値の中の１つへマイクロコントローラ１０２により指定される。
マイクロコントローラ１０２は干渉評価１０６および周波数選定１０８の機能を実行する。それは位置ロケーション（入力）等のシステムに関連する他の機能も実行することができる。好ましい干渉評価機能１０６により位置ロケータ１８（第１図）が発生する位置信号の干渉の尺度が得られる。これは干渉により位置信号のスプリアスな、比較的大きい高周波成分が生じるという原理に基づいており、下記の符号記述に従って作動する。位置データ点Ｘ，ＹおよびＺがおよそ１０ミリ秒毎に現れるものとする。簡単に言えば、３２のデータ点にわたるＺの第１の差の絶対値と共にＸおよびＹの第２の差の絶対値の和として干渉尺度ＩＭを計算する。データストリームを差分することはそれにハイパスフィルタを適用する効果がある。
より詳細には、各データ点について干渉評価機能１６は下記のステップを実行し、ＡＢＣ（）は絶対値機能を意味する。
0003895373.tif 000002
別の実施例では、干渉評価機能１０６は位置信号には基づいていない。替わりにこの機能は前記した駆動イネーブル信号を偽状態に表明して生じる同期容量測定値を読み取る。装置により電極の両端間で電圧が駆動されない場合には、これにより電極に結合される電荷が測定される。このような電荷は干渉の結果に違いなく、そのためこの干渉（スプリアス信号からの）は直接測定される。これは干渉尺度ＩＭを発生する別の方法である。
好ましい周波数選択機能１０８は選択できる各周波数に対するヒストリカルな干渉測定値のテーブルを発生する。システムの初期化の際に、各エントリはゼロに設定される。その後、周波数選択機能はおよそ３２データ点毎に干渉評価機能１０６により活性化される。現在の干渉尺度がテーブルの現在選択されている周波数に対するエントリとして入力される。次に全てのテーブルエントリが走査される。最低干渉尺度エントリを有する周波数が新しい現在の周波数として選定され、対応するＭ値が÷（Ｍ＋Ｎ）要素１０４へ送られる。およそ８０秒毎に、テーブルの各エントリは位置変化のおよそ０．０５ｍｍに対応する量だけ減分される。このようにして、一時的に強力な干渉を有するために周波数に“不良”のフラグが付されるても、永久に“不良”のフラグが付されることはない。
さまざまな実施例について前記した機能はマイクロコントローラ１０２として働く、モトローラ社製部品番号ＭＣ６８ＨＣ７０５Ｐ６等の、マイクロプロセッサにより実施することができる。
第８図に基準周波数発生器１６（第１図）の別の好ましい実施例を示す。一般的に、それはランダムに変動する基準周波数信号を発生する。信号の各サイクルは異なる実質的にランダムな周期を有している。スプリアス信号がランダムな変動の同じシーケンスに一貫して追従することはほとんどあり得ないことである。したがって、スプリアス信号は基準周波数に同期した容量測定により実質的に阻止される。阻止の程度は前の実施例ほど高くはないが、干渉評価および周波数選択機能が不要であるため発生器はより単純なものとなる。
第８図の発生器は発振器１１０および÷（Ｎ＋Ｍ）回路１１２を含んでいる。除算器へ与えられる値Ｍは０から１５の範囲の数を発生する疑似ランダム数発生器（ＰＲＮＧ）ｌ１４から到来する。基準周波数の各サイクルにＰＲＮＧ１１４がクロックされて新しい数を発生する。ＰＲＮＧは従来技術で周知である。
第７図もしくは第８図の実施例について、Ｎの値に対するＭの値の範囲を増減させて可能な周波数範囲をより大きくしたり小さくしたりすることができる。Ｎの値すなわち発振器周波数は可能な最大周波数を変えるように調整することができる。また、好ましくは、モトローラＭＣ１４５１５１−２のような位相同期周波数シンセサイザ、あるいはＤ／Ａコンバータにより駆動される電圧制御発振器を÷（Ｍ＋Ｎ）回路の替わりに利用することができる。
前記した好ましい実施例の他のバリエーションも本発明の範囲に入ることをお判り願いたい。このようなバリエーションには、ストリップグリッド、ダイヤモンドグリッド、平行ストリップおよび他のさまざまな形状の異なる電極アレイジオメトリが含まれる。また、印刷回路板（ＰＣＢ）、フレックスＰＣＢ、シルクスクリーン、シートもしくは金属箔スタンピング等のさまざまな電極アレイ製作方法も含まれる。完全平衡（ゲルハイデ’０１７特許参照）、漂遊、相互、半平衡等の利用する容量の種類のバリエーションも含まれる。
本発明に従った好ましい実施例について説明してきた。当業者には発明の精神および範囲内でさまざまな修正が自明であり、それらは請求の範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７】
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【図８】
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