(57)【要約】  本発明は、誘電性エラストマ装置と、電源と、センサと、プロセッサとを備えるセンサ機器を提供する。誘電性エラストマ装置は、誘電材料層と、誘電層の両側に一対の導電電極とを備える。電源は、電極と結合されて、電極間に刺激信号を適用し、刺激信号は、異なる周波数の２つ以上の刺激成分を含む。電極に結合されたセンサは、誘電性エラストマ装置の周波数応答を示す検知信号を得る。プロセッサは、センサに結合されて検知信号を受信し、誘電性エラストマ装置の周波数応答に少なくとも部分的に基づいて、誘電性エラストマ装置との外部結合を検出するように構成される。外部結合を検知するための方法もまた提供される。【選択図】図１０
2017521656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電性エラストマ装置と、
前記誘電性エラストマ装置に結合されて、前記誘電性エラストマ装置に刺激信号を適用する電源であって、前記刺激信号が、異なる特性の複数の刺激成分を含む、電源と、
前記誘電性エラストマ装置に結合されて、前記誘電性エラストマ装置の応答を示す検知信号を得るセンサと、
前記センサに結合されて前記検知信号を受信し、前記複数の刺激成分に対する、前記誘電性エラストマ装置の前記応答における変動に基づいて、前記誘電性エラストマ装置との外部結合を検出するように構成されたプロセッサと、
を備える、センサ機器。
【請求項２】
前記刺激信号が、前記２つ以上の刺激成分を並行して供給する、請求項１に記載のセンサ機器。
【請求項３】
前記外部結合が、
前記誘電性エラストマ装置の変形を生じさせる機械的結合、及び／又は
外部静電容量の前記誘電性エラストマ装置との電気的結合、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のセンサ機器。
【請求項４】
前記２つ以上の刺激成分のうちの少なくとも１つが、前記誘電性エラストマ装置によって少なくとも部分的に減衰される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項５】
前記プロセッサが、前記検知信号を処理して、各々が前記刺激信号の前記２つ以上の異なる刺激成分の一方に起因する、前記検知信号の２つ以上の検知成分を特定するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項６】
前記プロセッサが、前記検知信号に対する変換を行って、前記２つ以上の刺激成分に対応する２つ以上の検知成分を特定するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項７】
前記プロセッサが、前記２つ以上の検知成分の各々について、前記それぞれの検知信号に少なくとも部分的に基づいて、前記誘電性エラストマ装置の静電容量を算出するように構成される、請求項６に記載のセンサ機器。
【請求項８】
前記プロセッサが、前記異なる検知成分の各々について、前記算出された静電容量を対応する基準容量と比較するか、または算出された静電容量間の差異を比較するようにさらに構成され、前記算出された静電容量と基準容量との間の変動が、前記外部結合を示す、請求項７に記載のセンサ機器。
【請求項９】
前記算出された静電容量の各々が、前記誘電性エラストマ装置の一部に対応し、前記部分の各々が、前記それぞれの刺激及び／又は検知成分の周波数に対して反比例の関係を有するエリアにわたって遠位に延びる、請求項８に記載のセンサ機器。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記算出された静電容量のどちらがそれぞれ各自の基準容量と、または前記それぞれの基準容量から構築される曲線と異なるかに少なくとも部分的に基づいて、前記外部結合の位置を検出するように構成される、請求項８又は９に記載のセンサ機器。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記それぞれの算出された静電容量と、基準容量とを、前記対応する刺激／検知成分の周波数の昇順で順次比較するように構成され、
第１の算出された静電容量が変動していない場合、前記誘電性エラストマ装置の外部結合がないことを示す出力信号が提供され、
前記第１の算出された静電容量が変動している場合、前記誘電性エラストマ装置との前記外部結合を示す出力信号が提供され、かつ／又は
前記算出された静電容量のうちの少なくとも１つが変動している場合、前記誘電性エラストマ装置との前記外部結合の位置を示す出力信号が提供され、前記位置が、変動しないシーケンスで、算出された静電容量の第１の発生を特定することによって判定される、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項１２】
算出された静電容量と基準容量との間の前記比較、または算出された静電容量間の前記差異が、外部結合を示すための差異の最小マージンを含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項１３】
一次元センサを備え、前記誘電性エラストマ装置が、実質的に細長い平面形状を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ機器。
【請求項１４】
誘電性エラストマ装置に対する外部結合の位置を判定するための方法であって、前記方法が、
前記誘電性エラストマ装置に刺激信号を適用するステップであって、前記刺激が、各々の刺激成分が異なる特性を有する、複数の刺激成分を含む、ステップと、
前記複数の刺激成分の各々に対する、前記誘電性エラストマ装置の応答を測定するステップと、
前記複数の刺激成分に対する、前記誘電性エラストマ装置の前記応答の前記変動に少なくとも部分的に基づいて、外部結合を判定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記応答に対する変換を行って、前記刺激成分のうちの少なくともいくらかを分離することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記刺激成分の各々に対する前記応答に基づいて静電容量を算出することをさらに含み、前記応答における変動を検出する前記ステップが、対応する基準容量に対しての算出された前記静電容量における変動、または算出された静電容量間における変動を検出することを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記刺激信号が、変動する電流及び／又は電圧を有する電気信号である、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記特性が周波数である、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記刺激成分が、実質的に並行して適用及び／又は測定される、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記誘電性エラストマ装置との複数の外部結合及び／又はそれらの位置を判定するステップを含む、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部結合センサ機器及び検知方法に関する。より具体的には、排他的でないが、本発明は、誘電性エラストマセンサの位置またはそれへの近接、接触、及び／または圧力を検知するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の誘電性エラストマ（ＤＥ）装置は、通常はシリコーンまたはアクリル系エラストマ材料の柔らかな誘電膜１０を、図１に示されるような２つのコンプライアント電極１１ａ、１１ｂ間に挟み込むことによって構成される。当該装置は、アクチュエータ、発電機、またはセンサとして用いられ得る。
【０００３】
例えば、張力（面方向）または圧縮（厚さ方向）下での誘電性エラストマセンサに対する形状寸法の変化は、装置の膜及び電極を変形させ、センサの静電容量及び抵抗全体に対する変化を生じさせ、これは有用な検知情報、例えばひずみまたは力を推測するために用いられることができる。したがって、そのような誘電性エラストマセンサ装置は、以前はストレッチセンサとして用いられてきた。
【０００４】
従来技術の誘電性エラストマ検知装置及び方法の例は、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０９５９６０号及び同第ＷＯ２０１２／０５３９０６号によって開示されている。
【０００５】
そのような誘電性エラストマ検知装置及び方法の制限は、誘電性エラストマ装置が略均一に変形することが仮定されているかまたは必要とされることである。従来技術の装置及び方法は、あらゆる位置情報を提供することが不可能である。すなわち、これらは、精密な力の地点、または装置を変形させる外部物体の接触点を判定することが可能ではない。
【０００６】
第２の制限は、１つのＤＥの静電容量を測定することは比較的簡単明瞭であるが、これに対して各センサがケーブル及び問合せ電子機器の対に結び付けられなければならないことである。これによって、周辺回路機構に複雑さが加わり、センサの干渉及びクロストークの機会が増大する。また、多数のチャネルは、ソフトウェア処理速度を低減させる可能性があるが、これは、ＤＥの高い電極抵抗に対応することができる静電容量検知アルゴリズムが、一般的には演算集約的であるためである。意図された解決策、例えばアナログマルチプレクサのアレイ、デコーダ、ハードウェア処理、及びデジタルパルス列変換器に対する静電容量は、好適に簡単明瞭な手法をなさない。
【０００７】
本発明の目的
本発明の目的は、従来技術の１つ以上の不利点を克服するかまたは少なくとも改良するか、または代替的に、有用な選択を公共に少なくとも提供する誘電性エラストマ装置及び／または方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、単一のＤＥセンサが、多数のセンサの役割を果たし、及び／または外部結合の位置を検知することを可能にする誘電性エラストマ装置及び／または方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、以下に続く記載から明らかになろう。
【発明の概要】
【００１０】
第１の態様においては、本発明は、広義には、
誘電材料層と、誘電層の反対側上の一対の導電電極とを備える誘電性エラストマ装置と、
電極に結合されて、電極間に刺激信号を適用する電源であって、刺激信号が、異なる周波数の２つ以上の刺激成分を含む、電源と、
電極に結合されて、誘電性エラストマ装置の周波数応答を示す検知信号を得るセンサと、
センサに結合されて検知信号を受信し、誘電性エラストマ装置の周波数応答に少なくとも部分的に基づいて、誘電性エラストマ装置との外部結合を検出するように構成されたプロセッサと、
を備える、センサ機器に存すると言うことができる。
【００１１】
外部結合は、機械的及び／または電気的結合を含んでもよい。より具体的には、外部結合は、その内部静電容量に影響する誘電性エラストマ装置の変形を生じさせる機械的結合、または例えば人間の指の接触または近接による外部静電容量の結合を含んでもよい。
【００１２】
好ましくは、プロセッサは、該結合の状態、度合、及び位置のうちの少なくとも１つ、より好ましくは２つ以上を検出するように構成される。
【００１３】
好ましくは、２つ以上の刺激成分のうちの少なくとも１つは、誘電性エラストマ装置によって少なくとも部分的に減衰される。減衰される刺激成分は、電極の分布抵抗と、電極間の分布静電容量とを組み合わせた効果によって減衰され、これらはともにローパスフィルタの役割を果たす。より好ましくは、２つ以上の刺激成分のうちの少なくとも１つは、電極によって減衰されない。適切な周波数の選択は、誘電層及び電極の設計に依存し、または逆の場合も同様である。
【００１４】
好ましくは、プロセッサは、検知信号を処理して、各々が刺激信号の２つ以上の異なる刺激成分の一方に帰する、検知信号の２つ以上の検知成分を特定するように構成される。
【００１５】
好ましくは、プロセッサは、検知信号にフーリエ変換を行って、２つ以上の刺激成分に対応する２つ以上の検知成分を特定するように構成される。
【００１６】
代替的に、プロセッサは、２つ以上の検知成分を特定するように構成された１つ以上のフィルタを備えてもよい。
【００１７】
好ましくは、プロセッサは、２つ以上の検知成分の各々について、それぞれの検知信号に少なくとも部分的に基づいて、誘電性エラストマ装置の静電容量を算出するように構成される。少なくとも１つの減衰刺激成分に対応する検知成分から算出された静電容量は、誘電性エラストマ装置の電極の一部間の静電容量を示すのに対して、非減衰刺激成分に対応する検知成分から算出された静電容量は、誘電性エラストマ装置の電極間の静電容量全体を示す。電極の一部は、電源及びセンサが結合される電極の近接した端子である。
【００１８】
好ましくは、刺激信号は、周期的パルスを含む。
【００１９】
代替的に、刺激信号は、２つ以上の異なる周波数成分を含む非正弦波波形、例えば方形波、三角波、または鋸歯状波等を含んでもよい。
【００２０】
代替的に、刺激信号は、２つ以上の異なる周波数成分間で循環してもよい。
【００２１】
代替的に、刺激信号は、所定の周波数範囲を通して掃引してもよい。
【００２２】
好ましくは、プロセッサは、異なる検知成分の各々について、算出された静電容量を、対応する基準容量と比較するようにさらに構成され、算出された静電容量と基準容量との間の変動は、外部結合を示す。
【００２３】
好ましくは、各基準容量は、誘電性エラストマ装置が外部結合を有していない場合にそれぞれの検知成分から算出された静電容量に対応する。
【００２４】
好ましくは、算出された静電容量の各々は、誘電性エラストマ装置の一部に対応し、部分の各々が、該それぞれの刺激及び／または検知成分の周波数に対して反比例の関係を有するエリアにわたって遠位に延びる。このように、より低い周波数検知成分を根拠として算出された静電容量は、誘電性エラストマ装置のより広い部分（場合によっては、誘電性エラストマ装置全体）に対応してもよい一方で、より高い周波数検知成分を根拠として算出された静電容量は、誘電性エラストマ装置のより狭い部分に対応し得る。それぞれの部分が重複してもよい。
【００２５】
好ましくは、プロセッサは、算出された静電容量のどちらがそれぞれ各自の基準容量と異なるかに少なくとも部分的に基づいて、外部結合の位置を検出するように構成される。
【００２６】
好ましくは、最も低い周波数に対応する算出された静電容量の変動がないことは、誘電性エラストマ装置の外部結合がないことを示し、最も低い周波数に対応する算出された静電容量の変動は、誘電性エラストマ装置との外部結合を示し、それぞれの基準容量から変動している、異なる周波数の各々に対応する算出された静電容量の数字は、外部結合の位置を示す。
【００２７】
好ましくは、プロセッサは、それぞれ算出された静電容量と基準容量とを、対応する刺激／検知成分の周波数の昇順で順次比較するように構成され、
第１の算出された静電容量が変動していない場合、誘電性エラストマ装置の外部結合がないことを示す出力信号が提供され、
第１の算出された静電容量が変動している場合に、誘電性エラストマ装置との外部結合を示す出力信号が提供され、かつ／または
【００２８】
算出された静電容量のうちの少なくとも１つが変動している場合、誘電性エラストマ装置との外部結合の位置を示す出力信号が提供され、位置は、変動しないシーケンスで、算出された静電容量の第１の発生を特定することによって判定される。
【００２９】
好ましくは、刺激信号は、逐次的に増大する周波数の複数の刺激成分を含む。より具体的には、逐次的な各刺激成分間の周波数差は等しい。
【００３０】
好ましくは、算出された静電容量と基準容量との間の比較は、変動を示すための最低限の差異マージンを含む。比較は、ヒステリシスまたはシュミットトリガを含んでもよい。
【００３１】
好ましくは、コントローラは、外部結合の位置を示す出力信号を提供するように構成される。
【００３２】
好ましくは、コントローラは、それぞれの基準容量からの変動の度合に少なくとも部分的に基づいて、外部結合の度合を検出するように構成される。
【００３３】
好ましくは、プロセッサは、外部結合の度合を示す出力信号を提供するようにさらに構成される。
【００３４】
好ましくは、センサ機器は、一次元センサを含み、誘電性エラストマ装置は、実質的に細長い平面形状を有する。
【００３５】
代替的に、センサ機器は、二次元センサを含んでもよく、誘電性エラストマ装置は、略平面である。
【００３６】
代替的に、センサは、三次元センサを含んでもよく、誘電性エラストマ装置は、例えば非平面である。誘電層及び電極は、例えば円筒状に配置されてもよい。
【００３７】
好ましくは、誘電層はエラストマ膜を含み、電極は適合性であることによって、センサの少なくとも一部が柔軟である。
【００３８】
好ましくは、誘電層は、その面積全体にわたって略均一な厚さを有する。代替的に、膜の厚さは、その面積全体にわたって変動してもよく、特に少なくとも１つの方向に向かって漸進的に変動してもよい。
【００３９】
好ましくは、電極は、それらの面積全体にわたって略均一な抵抗性を各々有する。代替的に、電極のいずれかまたは両方が、非均一な抵抗性を有していてもよく、特にマップは、その面積全体にわたって変動する、導電電極材料または複数の導電電極材料の密度を有する。
【００４０】
好ましくは、電極は、略平面なシートを各々備える。代替的に、電極のいずれかまたは両方は、パターニングされていてもよく、特に、１つ以上の螺旋パターンでパターニングされていてもよい。
【００４１】
本装置は、電極に結合されて、その有効抵抗を低減させる導電メッシュをさらに含んでもよい。
【００４２】
好ましくは、プロセッサは、マイクロコントローラ及び／またはデジタル信号プロセッサを備える。
【００４３】
好ましくは、センサは、少なくとも１つの電子的センサを備え、当該少なくとも１つの電子的センサは、誘電性エラストマ装置両端の電位差、誘電性エラストマ装置を通る電流、及び誘電性エラストマ装置に適用された電荷のうち１つ以上を検知するように構成される。
【００４４】
第２の態様では、本発明は、広義には、
誘電材料層と、
誘電層の反対側上の一対の抵抗電極と、
電極に結合されて、２つ以上の異なる周波数で電極に刺激信号を適用する電源であって、周波数のうちの少なくとも１つが、少なくとも部分的に減衰される、電源と、
電極に結合されて、適用された刺激信号に応答して、電極の電気パラメータを検知するセンサと、
センサに結合されてそこから検知信号を受信し、２つ以上の異なる周波数の各々について、電極間の対応する静電容量を推定し、推定された静電容量に少なくとも部分的に基づいて、誘電材料及び／または電極のうちの少なくとも１つとの外部結合の位置を検出するように構成されたプロセッサと、
を備えるセンサ機器に存すると言うことができる。
【００４５】
本発明のこの第２の態様の好ましい特徴は、第１の態様の対応する好ましい特徴から明らかになろう。
【００４６】
第３の態様では、本発明は、広義には、誘電性エラストマ装置の電極との外部結合の位置を判定するための方法であって、
電極に刺激電圧を適用するステップであって、刺激電圧が、異なる周波数の複数の成分を含む、ステップと、
異なる周波数の各々に帰する電極の電流及び／または電圧を測定するステップと、
異なる周波数の各々について、対応する基準値に対する、電流及び／または電圧測定における変動を検出するステップと、
該変動が検出された周波数に少なくとも部分的に基づいて、外部結合の位置を判定するステップと、
を含む方法に存すると言うことができる。
【００４７】
好ましくは、異なる周波数のうちの少なくとも１つは、誘電性エラストマ装置によって減衰される。より好ましくは、複数の周波数のうち１つは、誘電性エラストマ装置によって減衰され、複数の他の周波数は、誘電性エラストマ装置によって異なる度合まで減衰される。
【００４８】
好ましくは、本方法は、電流及び／または電圧測定にフーリエ変換を行うことを含む。
【００４９】
好ましくは、本方法は、異なる周波数の各々についての電流及び／または電圧測定に基づいて静電容量を算出することと、対応する基準容量に対する、算出された静電容量の変動を検出することとをさらに含む。
【００５０】
好ましくは、本方法は、検知電子機器によって行われる。より具体的には、電流及び／または電圧の変化を検出するステップと、外部結合の位置を判定するステップとは、好ましくは、プロセッサによって、より好ましくは、マイクロコントローラによって行われる。
【００５１】
好ましくは、本方法は、それぞれの測定値と基準値とを、それぞれの周波数の昇順で順次比較することを含み、位置は、基準値から変動していない順序で、算出された静電容量の第１の発生を特定することによって判定される。
【００５２】
さらなる態様では、本発明は、広義には、誘電性エラストマ装置との外部結合の位置を判定するための方法であって、
誘電性エラストマ装置に刺激信号を適用するステップであって、刺激が、異なる特性の複数の成分を含む、ステップと、
複数の刺激成分の各々に対する誘電性エラストマ装置の応答を測定するステップと、
複数の刺激成分に対する誘電性エラストマ装置の応答の変動に少なくとも部分的に基づいて、外部結合を判定するステップと、
を含む方法に存すると言うことができる。
【００５３】
本発明のこの態様は、ＤＥＤへの接触、または空間的な接近もしくは近接があったときに検出するように適合され、ＤＥＤ上の接触に近い位置を探し出すために望ましい。誘電性エラストマに対する刺激信号は、複数の刺激成分の各々に対するＤＥＤからの応答を測定するために十分である。刺激信号は、少なくとも、変動する電圧、電流及び／または周波数の電気信号であってもよい。異なる刺激成分によって、刺激成分の各々での応答を比較することが可能になる。刺激成分の特性は、外部結合の位置に依存して変動するように選択される。例えば、外部結合は、異なる周波数の信号に異なる量だけ影響する。誘電性エラストマ装置の異なる応答の異なる成分との比較、例えば所定の応答曲線との比較は、外部結合の位置を判定することを可能にする。
【００５４】
好ましくは、刺激信号は、変動する電流及び／または電圧を有する電気信号である。
【００５５】
好ましくは、刺激は、２つ以上の刺激成分を並行して供給する。
【００５６】
好ましくは、刺激は、２つ以上の刺激成分を連続して、または時間的に分離して供給する。
【００５７】
好ましくは、特性は周波数である。
【００５８】
好ましくは、本方法は、応答を、刺激成分の各々に対する応答に分離するステップを含む。
【００５９】
好ましくは、刺激成分は周波数であり、これらは、周波数変換、例えばフーリエ変換を用いて分離される。
【００６０】
好ましい例では、刺激信号は、複数の周波数成分を有する電気信号であり、周波数成分は、並行して組み合わせられて、単一の信号を形成する。信号の周波数は、ＤＥＤへの信号の伝搬に影響するため、異なる周波数間の比較によって、どこに外部結合が発生したかを判定することができる。代替的に、または併用して、ＤＥＤに周波数成分を交互にまたは連続して適用してもよい。刺激が並行して組み合わせられた場合、これは、好ましくは、多重周波数信号になる。そして、各周波数での応答は、ＦＦＴ等のフーリエ変換を行うことによって分離されることができる。また、周波数領域等の刺激領域に変換する他の方法を用いてもよい。
【００６１】
好ましくは、本方法は、誘電材料層と、誘電層の反対側上の一対の導電電極とを含む誘電性エラストマ装置に関連付けられる。
【００６２】
好ましくは、本方法は、複数の刺激成分に対する誘電性エラストマ装置の応答の変動に少なくとも部分的に基づいて、外部結合の数を判定するステップを含む。
【００６３】
好ましくは、本方法は、複数の刺激成分に対する誘電性エラストマ装置の応答の変動に少なくとも部分的に基づいて、外部結合の複数の位置を判定するステップを含む。
【００６４】
好ましくは、本方法は、刺激成分のうちの少なくとも１つかまたはその各々についての応答を、基準測定値または基準極性と比較するステップを含む。
【００６５】
好ましくは、基準測定値または曲線は、予め決定されている。
【００６６】
好ましくは、位置を判定するステップは、第２の刺激成分を基準として第１の刺激成分によって測定された応答の差異を判定することを含む。
【００６７】
好ましくは、位置を判定するステップは、基準刺激成分を基準として第１の刺激成分及び第２の刺激成分によって測定された応答の差異を判定することを含む。
【００６８】
刺激成分は、ＤＥに沿ったそれらの絶対位置を基準として測定されることができるか、または測定は、信号内のノイズを低減するような、２つの刺激成分間の差異のみであることができる。
【００６９】
好ましくは、閾値または差異の最小マージンが測定に適用されて、外部結合の位置を判定する。
【００７０】
好ましくは、誘電性エラストマ装置は細長く、それによって、その長さがその幅よりも長くなるようにされる。一実施形態では、誘電性エラストマ装置は、可変の幅及び長さであってもよい。
【００７１】
代替的に、誘電性エラストマはシートである。好ましくは、シートは略平面である。
【００７２】
好ましくは、刺激信号は、第１の位置で適用され、複数の応答は、応答位置で測定される。好ましくは、応答位置は、それぞれ二次元または三次元センサの面積または容積全体にわたって分散させてもよい。
【００７３】
好ましくは、刺激信号は、互いに対して角度をつけられた軸上に配置された第１のシート及び第２のシートに適用される。好ましくは、両軸は直交している。好ましくは、角度は９０度である。
【００７４】
好ましくは、第１の位置は、実質的にはシートの第１の角部である。好ましくは、応答位置は、実質的にシートの反対の角部である。好ましくは、応答位置は、シートの対称軸を中心として略対称である。
【００７５】
好ましくは、本方法は、誘電性エラストマ装置との外部結合の影響を局所化または増幅するように適合された構造体内に、誘電性エラストマ装置を置くステップを含む。
さらなる態様では、本発明は、広義には、
誘電性エラストマ装置と、
誘電性エラストマ装置と結合されて、誘電性エラストマ装置に刺激信号を適用する電源であって、刺激信号が、異なる特性の複数の刺激成分を含む、電源と、
誘電性エラストマ装置と結合されて、誘電性エラストマ装置の応答を示す検知信号を得るセンサと、
センサと結合されて検知信号を受信し、複数の刺激成分に対する誘電性エラストマ装置の応答の変動に基づいて、誘電性エラストマ装置との外部結合を検出するように構成されたプロセッサと、
を含むセンサ機器に存すると言うことができる。
【００７６】
本発明のこの態様は、ＤＥＤへの接触、または空間的な接近もしくは近接があったときに検出するように適合されたＤＥＤセンサを提供するように適合され、ＤＥＤ上の接触に近い位置を探し出すために望ましい。誘電性エラストマに対する刺激信号は、複数の刺激成分の各々に対するＤＥＤからの応答を測定するために十分である。刺激信号は、少なくとも、変動する電圧、電流及び／または周波数の電気信号であってもよい。異なる刺激成分によって、刺激成分の各々での応答を比較することが可能になる。刺激成分の特性は、外部結合の位置に依存して変動するように選択される。例えば、外部結合は、異なる周波数の信号に異なる量だけ影響する。誘電性エラストマ装置の異なる応答の異なる成分との比較、例えば所定の応答曲線との比較は、外部結合の位置を判定することを可能にする。
【００７７】
好ましくは、刺激信号は、２つ以上の刺激成分を、並行してまたは同時に供給する。
【００７８】
好ましくは、刺激信号は、２つ以上の刺激成分を連続してまたは時間的に分離されて供給する。
【００７９】
好ましくは、誘電性エラストマ装置は、誘電材料層と、誘電層の反対側上の一対の導電電極とを含む。
【００８０】
好ましくは、特性は周波数である。
【００８１】
さらなる実施形態では、本発明は、第１及び第２の方向の位置を検出するように適合された二次元誘電性エラストマセンサに存すると言うことができる。好ましくは、誘電性エラストマは、展性またはフレキシブルであり、面または形状に順応する。
【００８２】
さらなる態様では、本発明は、誘電センサに対する外部結合の位置を判定するための方法であって、本方法は、
誘電センサに刺激信号を適用するステップであって、刺激信号が、異なる特性を有する複数の信号を含む、ステップと、
誘電センサから応答信号を検出するステップと、
該応答が検出された異なる特性に少なくとも部分的に基づいて、外部結合の位置を判定するステップと、
を含む方法に存すると言うことができる。
【００８３】
好ましくは、特性は周波数である。
【００８４】
好ましくは、複数の信号は、並行して、または時間的に連続して組み合わせられることができる。
【００８５】
さらなる態様では、本発明は、本明細書に記載された方法の任意の１つ以上を用いるか、またはそのために用いられるように適合された誘電センサに存すると言うことができる。
【００８６】
本発明のさらなる態様は、そのすべての新規な態様において考慮されるべきであり、以下に続く記載から明らかとなろう。
【００８７】
ここで、図面を参照して、本発明の数多くの実施形態を、例示を目的として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】従来技術による誘電性エラストマ装置の図である。
【図２】従来技術の方法によって用いられる、図１の誘電性エラストマ装置の電気モデルである。
【図３】本発明による、誘電性エラストマ装置の電気モデルである。
【図４】本発明による、誘電性エラストマ装置の簡略化された電気モデルである。
【図５】本発明による、誘電性エラストマ装置と、刺激信号の減衰との略図である。
【図６】本発明によって利用される、刺激信号の範囲に基づいて算出された、誘電性エラストマ装置の静電容量を示すグラフである。
【図７】本発明による、刺激信号の減衰を図示している、誘電性エラストマ装置の簡略化された電気モデルの図である。
【図８】本発明による、誘電性エラストマ装置への加圧圧力の地点を判定するためのアルゴリズムの例を図示するフローチャートである。
【図９】本発明による、センサ機器のブロック図である。
【図１０】本発明による、抵抗素子及び容量素子の連続体を有する伝送線モデルで解釈されたセンサ機器の図である。
【図１１】（ａ）低検知周波数において、電圧がＤＥの長さに沿って一定であり、（ｂ）しかし、周波数が増大するにしたがって減衰することを示す、一連の図表である。この効果は、（ｃ）電極の抵抗を低減させることによって、及び（ｄ）本発明による誘電性エラストマセンサによって、低減させることができる。
【図１２】本発明による、各周波数で測定された絶対容量を用いて位置を判定する単一基準と、２つの静電容量測定値間の差異を用いて変形を判定する差分基準とのブロック図である。
【図１３】本発明による、ＤＥの集中容量が、正弦波電圧励起下での電流の振幅及び位相ずれを測定することによって算出されることができる方法を示す図である。
【図１４】本発明による、異なる位置を表すために４つの検知領域に分けられた単一のＤＥセンサのセンサ機器の図である。
【図１５】本発明による、各検知周波数を通して順次掃引し、周波数変換を用いてすべての周波数を同時に測定するセンサ機器のブロック図である。
【図１６】本発明によるセンサ機器の動作のフローチャートであり、正しい音調を再生するために、最初に検知信号が合成されて、ＤＥセンサに送られる。そして、ＦＦＴを用いて、各周波数成分の振幅及び位相を判定し、その静電容量を算出する。最後に、マッチングアルゴリズムを用いて、どのキーが押圧されて対応する音がラウドスピーカを介して再生されたかを特定する。
【図１７】本発明による、プラスチックフレームに固定されて、ひずみを局所領域に隔離するセンサ機器の図である。
【図１８】本発明による、ユニークな特性プロファイルを提供する、単一及び多数のタッチ位置の静電容量周波数応答のチャートを示す。
【図１９】本発明による、押圧地点をさらにどの程度下に押圧すると、伝送線がより少ない静電容量の変化を示すかのチャートである。
【図２０】本発明による二次元検知の一例であり、２つの電極が、センサ機器の対向する端での還流電流を測定する。
【図２１】本発明による、二次元誘電性エラストマシートの対向する角部での相対容量を比較して、センサ機器の変形位置のＸ及びＹ地点を判定する図である。
【図２２】本発明による、センサを環境ノイズからシールドするために付加的なアース電極層を付加する方法を示す。
【図２３】多数の一次元センサが合成された場合の、二次元センサの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
誘電性エラストマセンサが圧接の位置を検知することが可能である場合、これらは、昔ながらのハードトップ及びボタンキーに取って代わる柔らかな代替品を提供し得る。これらのセンサを用いて、キーボードを演奏しているかまたはセンサを用いている間の衝撃荷重を低減させることを助けることができる、ソフトタッチの音楽用キーボードを作成し得る。ソフトキーボードで考えられるさらなる利益は、非常に計量な構造及び高度な堅牢性を含む。また、ＤＥセンサは、多様な形状及びサイズで構成されることができ、ユーザに高レベルのカスタマイズ性をもたらす。例えば、これによって、キーボード演奏者が、彼らの演奏スタイルに合うように、キーを容易に構成することを可能にすることができる。しかしながら、これらのシステムは、ＤＥ内部の局所の変形に関する情報を必要とし、これは予め測定することが可能ではない。本発明の一実施形態では、新規の多周波数容量検知方法を用いて、センサを複数の異なる領域に分割する。
【００９０】
本明細書においては、センサにおける静電容量の検出について広く述べているが、誘電センサの他の特性または刺激信号に対する応答が測定されるかまたは検出されてもよいことが理解されるべきである。特に、検出された特性は、センサに供給されたかまたはセンサから受けた電圧と電流との間の関係であってもよい。例えば、機械学習アルゴリズムが理解することができる他の用語を用いてもよい。好ましくは、触知できる関係性が用いられる。静電容量が好ましいかもしれないが、これは、センサの形状寸法と直接関連付けることが可能であり、他の用語はより触知可能ではない可能性があるためである。一般的な実施形態では、未加工の信号または原信号（例えば電圧及び電流）が測定され、位置を推測するためのモデルを用いて、電気的パラメータ（例えば静電容量、抵抗、インピーダンス）に変換されるかまたはそれらが算出される。好ましい実施形態は、異なる周波数での静電容量の集中値を用いて、誘電性エラストマ１への圧力を推測する。未加工の電流及び電圧レベルが、センサまたは材料の性質と関連付けることが困難である可能性があるのに対して、静電容量は、形状的かつ環境的に安定して管理される。静電容量は、通常は、測定された電圧及び電流レベル（大きさ及び位相の両方）の変化から算出される。
【００９１】
従来技術の誘電性エラストマ装置及び方法における位置情報の損失は、部分的には、図２に示されるような誘電性エラストマセンサを表すために用いられる集中パラメータモデルの結果である。集中パラメータモデルは、システムのすべての抵抗素子及び容量素子をグループ化し、それらを並列抵抗ＲP（膜抵抗）と直列の直列抵抗ＲS（電極抵抗）、及び静電容量Ｃとして定義する。この静電容量Ｃは、比誘電率εを知ることから、ＤＥの総面積（Ａ）及び厚さ（ｔ）を判定することを可能にする。
【００９２】
等価容量の誘電性エラストマセンサは、センサの全ひずみを予測するものとして良好であることが示されているが、これは、センサを単一の容量素子及び抵抗素子として扱うため、局所的な変形またはその位置を特定し損じる。
【００９３】
局所的な変形または接触点等の位置情報が有用である状況の一例は、誘電性エラストマセンサを、センサの電極上での人間の指の接触及び動きを検出することによって、ヒューマンインターフェイス装置として用いることを含む。
【００９４】
通常は、低コストの誘電性エラストマセンサの電極は、高抵抗の炭素ベースの材料から作られる。電極のこの比較的高い抵抗は、センサの静電容量の判定を困難にするとして、問題視されるか、または少なくとも理想的ではないと見られていた。しかしながら、この高い抵抗は、本発明によって、位置的または局所的な近接、触覚、及び／または圧力情報を提供するために利用されている。さらに、時間領域ではなく周波数領域での誘電性エラストマ装置の解析は、たとえあったとしても以前よりあまり考慮されてきておらず、そのため、誘電性エラストマ装置の開発及び実施は、ＤＣ思考または低周波数（例えば１Ｈｚ）の動作に制限されてきた。
【００９５】
一実施形態では、本システムは、負の電圧勾配及び異なる検知周波数の使用に依拠して、ＤＥセンサの静電容量が測定装置に不明瞭になる点を変える局所化方法として広く説明され得る。第１の実施形態では、ＤＥは、原点から測定された集中容量値を構成するコンデンサの割合として表される。パラメータ（例えば、静電容量）は、周波数に依存するため、すなわち、検知信号の到達は、その周波数を変えることによって調整されることができる。代替の実施形態では、パラメータ（またはパラメータに対するセンサの応答）は、他の何らかの刺激成分の特性に依存する場合がある（すなわち、応答はその特性に依存して変化する）。例えば、応答は、誘電センサに印加された電圧または電流のレベルに依存して、代替的には応答の時間もしくは遅延、位相、または他の特性に依存して変化する場合がある。センサに信号を与え、誘電センサの応答を検知して、誘電センサに対する特性の応答の差異を検出することによって、外部結合の位置を検出することができる。本明細書では、周波数は刺激成分特性として記載されているが、代替の特性を用いてもよいことが考慮されるべきである。
【００９６】
本発明の実施形態では、リアクタンスまたはインピーダンス、もしくはインダクタンスを含むパラメータを、静電容量に代えて、または組み合わせて用い得る。一実施形態では、測定されたパラメータは、誘電センサに沿った位置によって値を変化させる任意の電気的変数であってもよい。静電容量は好ましい選択であり得るが、これは、センサの幾何学形状を直接的に相関させることができるためである。これによって、検知周波数を低減させることによって、ＤＥのより多くの部分を漸進的に測定し、そして２つの周波数間の差異を用いて、これらのセクション間の静電容量を推測することが可能になる。
【００９７】
大きな電極抵抗がある場合には、分布型モデルを用いることができるが、これは、これによって静電容量が単一の素子に集中することができる仮定を立てることが可能になるためである。また、ＤＥは、その電極抵抗が高い場合にもこのように挙動することができる。細かいレベルにおいては、これは、はしご型ネットワークに接続された抵抗器及びコンデンサのセクションの連鎖によってモデル化されることができる。このモデルは、センサを数多くのより小さなセンサに効果的に分ける。ＤＥの差分セクションにおける容量変化を測定することによって、我々は、圧迫が生じている地点を判定することができる。本発明の実施形態では、物理的接触がない場合があるか、または物理的接触量（圧力）が変動する場合がある。したがって、従来技術の集中パラメータモデルは、図３に示されるように、離散型の容量素子Ｃ３１及び抵抗素子Ｒ３２によって図に表される、分布型の抵抗及び静電容量の伝送線モデルに分解されてもよい。検知電圧が低いと、膜抵抗ＲPは無視される可能性がある。
【００９８】
この伝送線モデルは、誘電性エラストマ内部での抵抗及び静電容量の連続的な分布を表す。理想的なケースでは、分布は、全体を通して、長さ当たりの抵抗及び静電容量を表すパラメータＲ及びＣと各々同質である。図３の伝送線モデルは、一連のＲＣステージ４０、４１、４２にさらに簡略化されることができ、ここで、図４に示されるように、並行抵抗Ｒ３２が各々単一の値２Ｒ４３にまとめられる。
【００９９】
電気的には、各ステージ４０、４１、４２は、ローパスフィルタを表し、ここで遮断周波数を下回る周波数は容易に通過するが、より高い周波数は、少なくともある程度まで減衰される。ローパスフィルタについての遮断周波数は、式１によって記述される。ローパスフィルタの各ステージは、高周波信号をさらに減衰させる。
2017521656.tif 000003
【０１００】
この一連のローパスフィルタの結果として、高周波信号は、センサ内の深くまで伝搬することができないが、一方で低周波数は、依然としてセンサの端まで楽に伝搬することができる。刺激周波数は、高くなるとさらに減衰され、そしてより一層センサ内に伝搬されなくなる。刺激信号は、その到達範囲を超えて測定することができないため、このことによって、センサ内に異なる量を伝播させる異なる刺激信号を用いることにより、センサの異なるエリアを選択的に「検知する」ための機会を作り出す。すなわち、電圧または他の信号は、ライン上の残りのコンデンサ３１に、それらの静電容量を十分に検出するに足りる電荷を伝送させることをし損じる程に振幅が非常に小さくなる。このステージでは、ＤＥに対するこれらの残りのコンデンサの見かけは最小になり、それによって、結果として見かけ集中容量値がより小さくなる。
【０１０１】
また、図３の伝送線４４は、伝送線モデルを適用してＤＥの内部影響を解析することによって考えられることができる。特に、一次元ストリップに沿った電圧減衰は、電信方程式の対を解くことによって説明されることができる。
2017521656.tif 000004
【０１０２】
大損失の伝送線モデルを適応させて、我々は、ＤＥ１を大損失の伝送線１００モデルの分布直列として表すことができ、ここでＲ′１０２及びＣ′１０１は、図１０に示されるような、単位長さあたりの抵抗及び静電容量をそれぞれ表す。比較的短い長さと、低い検知電圧１０５とを用いることによって、我々は、本モデルにおけるインダクタンス１０３（Ｌ′）及びコンダクタンス１０４（Ｇ′）の項を無視することができる。１つの方法では、微分方程式の対の解は、ラプラス変換を用いて解析的に解くことができる。電圧解の一般的な形式は、
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として表現されることができ、ここで、ωは、入力電圧の角周波数であり、ζは、波動伝播定数である。
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そして、Ｖ＋及びＶ−は、伝送線に沿って前後に進む電圧波の大きさを表す。
【０１０３】
伝送線モデルは、ＤＥ内部の局所的な圧力変化を見分けることが可能であり、それによって多数の離散的なセンサの必要性が取り除かれる。調整可能なパラメータ（周波数）は、検知信号の呼び掛け長さを変えるための制御変数として特定された。しかしながら、数値演算は、通常は本システムを、全体を通して一定の静電容量及び抵抗と本質的に同質であると仮定する。この仮定が正確でない状況では、検知信号の減衰に、急激な不連続性が出現する可能性がある。本発明の一実施形態では、本発明の物理的パラメータにおける変化を本モデルに組み込んで、これらの不連続性を予想し得る。代替的に、その長さに沿って一定のパラメータを備えるＤＥ１は、この問題を低減させるかまたは回避する。垂直方向に急激に低下する、理想的とは言えないフィルタと同様に、検知電圧１０５の衰えは、段階的かつ非線形である。このことは、近接するキーが押圧されたときに、異なる周波数で測定された静電容量間での少量の交差によって示された。これに対処するための１つの解決策は、静電容量を、押圧として確実に記録することによって変化させる必要がある閾値を適用することであった。ＤＥキーボードの実験で１０ｐＦの閾値を用いたが、これはＤＥの相対容量に依存する。
【０１０４】
図１１は、ＤＥ１を、長さ０．１ｍで、Ｒ’＝１ＭＯｈｍ／ｍ１０２及びＣ’＝１ｎＦ／ｍ１０１の性質を備えるとしてシミュレートした例を示す。図１１ａでは、送信周波数１００Ｈｚにおいて、検知電圧は、ＤＥの全長を通して均一である。実際に、センサは、同じ検知信号を同時に見ている。しかしながら、１０ｋＨｚにおいて、静電容量はさらなる効果を有しており、電圧は、振幅が接続点（図１１ｂ）から離れるにしたがって著しく降下する。この電圧降下効果には、電極の抵抗を低減させることによって対処することができる（図１１ｃ）。
【０１０５】
したがって、センサの長さと感度との間にはトレードオフが存在する場合があるが、それは、高いＲは感度をもたらすが、電圧はさらに急速に衰えるためである。同様に、高周波数を用いることができる状況では、より低い抵抗を用い得る。代替のパラメータを用いた場合、トレードオフは、パラメータと、ＤＥ１の代替の特性または材料性質の間であるかもしれず、またさらには抵抗であるかもしれない。このシミュレーションは、抵抗パラメータＲ′１０２が、検知電圧の減衰に強力な影響を有することを示す。しかしながら、検知信号の周波数は、高抵抗に対するつり合わせとして機能し、浸透レベルを調整するための方法としての役割を果たすことができる。また、最終的には、検知電圧では、サイズが重要ではなくなり、ライン上の残りのコンデンサの測定において無効にされることが明白である。一実施形態では、この電圧減衰は、異なる検知周波数を用いて、検知信号の到達範囲を変えることによって利用される。電極の長さに沿って明らかである負電圧は、検知電圧の振幅が、接続点からさらに離れるにしたがってより小さくなることを意味する。ある時点で、電圧は、ライン上に残っているコンデンサ上に、それらの静電容量を十分に検出するに足りる電荷を推し進め損ねる程に振幅が小さくなる。この状態では、これらの静電容量の寄与は最小限になり、そのため集中コンデンサモデルにおいて過少評価され、結果として総静電容量測定値がより小さくなる。
【０１０６】
電極の抵抗は、予め「不良な電極」の好ましくない特性として見なされた。しかしながら、この手法では、高抵抗の伝送線は、測定された静電容量の頻繁な低減をもたらす電圧勾配をもたらす。十分に「不良な」電極を用いることによって、我々は、周波数帯域幅をより低い周波数にシフトさせて、高周波数でますます大きくなる誘電（及びＲＦ）の影響を回避することに加えて、サンプリング要件を緩和させることができる。すなわち、ある位置が押圧されるかまたは近接が検出されると、さらなる抵抗誘電は、静電容量により大きな変化を与える。
【０１０７】
例えば、センサ５０は、複数のセグメントＡ〜Ｄに分割されることができ、ここで複数の異なる刺激周波数ｆ1〜ｆ4を用いて、異なるセグメントを測定することができる。４つの位置のシステムが、図５に図示される。本装置は、本明細書に記載されたような４または５つの位置に限定されず、より多いかまたはより少ない位置を有してもよいことが理解されるべきである。異なるキーのサイズまたは位置は、検知信号（例えば周波数）を、連続したセンサの任意の点で受信可能であるかまたは検知可能であるように、検知可能に調整することによって達成され得る。感度の実現は、センサの非均質性によって、または隣接する位置に分離する能力によって制限される場合がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、実質的に連続した測定値が得られ得る（またはキーは、測定値が連続して出現し得るようなサイズであってもよい）。したがって、いくつかの実施形態では、センサを複数の領域に離散化するかまたは分割することが有利である。この分割は、物理的であるか、または単に処理された応答においてであるか、もしくはこれらの組み合わせであってもよい。この例では、センサ機器は、細長いストリップセンサとして、一次元誘電性エラストマ装置を備える。刺激信号を供給する電源１０５と、誘電性エラストマ装置の電気パラメータの測定を行うセンサとは、好ましくは、細長い電極の一端で、端子１１１に結合される。
【０１０８】
図６は、刺激周波数の範囲を用いた測定値から算出された、名目上は２５０ｐＦの静的誘電性エラストマ装置の静電容量を図示する。刺激周波数が増大するに従って、それが測定する静電容量６０の量が低下することが理解できる。電極抵抗及び静電容量分布の初期モデルを用いて、刺激周波数の適切な選択を判定することができる。最も低い周波数成分ｆ1は、センサ全体の全静電容量を測定することが可能であるべきである。誘電性エラストマのこの静電容量は、基準信号を用いて集中容量モデルの特定を得て判定されることができる。ＤＥ１は、正弦波信号によって励起され、電圧と電流との間の関係を用いて、電気的パラメータを判定することができる。図１３は、電圧と電流との間の関係を示し、これは式
2017521656.tif 000007
にまとめられる。
【０１０９】
この数式の合成大きさ及び位相角度を等しくすることによって、ＤＥの集中容量のための式に至る。
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【０１１０】
検知信号を特定して各領域を測定するために、調整可能なＬＣＲメータを用いて、ＤＥの直列容量の周波数掃引（１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ）を行うことができる。図６は、低周波数での安定した測定値を示し、ＤＥ１の公称静電容量を表しており、続いてコーナー周波数または遮断周波数６１を超えて急激に低下する。これらの試験を、低電圧で、ＤＥの形状寸法における物理的変化なしに行ったため、測定された静電容量降下は、人為的な集中パラメータの仮定であり、ＤＥの総静電容量における実際の変化のためではないことに留意することが重要である。すなわち、静電容量は、センサの形状寸法的及び材料的性質によって、少なくとも部分的に画定される。周波数変化に伴って測定された静電容量の変化は、ＤＥの静電容量の実際の変化ではないが、静電容量が周波数とともに一定であるという集中容量の仮定によってもたらされる。この実施形態では、異なる周波数での見かけ容量の変化を用いて、例えばセンサとの接触によって生じる静電容量の局所的変化を推測する。
【０１１１】
一実施形態では、各周波数で測定された静電容量は、等価集中コンデンサとして表される。これは、伝送線内のコンデンサ数の一部を表すとして考えられ得る（ここで、センサ／伝送線は、図４の並列コンデンサ列として考えられる）。一実施形態では、検出は、ある範囲、または特定の範囲の検知信号特性（例えば、さまざまな周波数での静電容量）に対するセンサの応答特徴付けをもたらすことによってもよい。これは、各周波数で測定されている伝送線内の多くのコンデンサとして解釈され得る。プロセッサを用いて、電源及び受信機の電圧及び電流間の関係を判定してもよい。例えば、電圧及び電流信号から集中値容量を算出するアルゴリズムである。考えられる方法は、超平面を用いる。他の実施形態では、方法は、正弦波信号からのゲイン／位相のずれ、またはコンデンサに転送された電荷量を判定するための電流の積算を含む。
【０１１２】
多数の刺激信号コンポーネントは、刺激信号、例えば誘電性エラストマ装置１の入力部または電極に同時に適用される電気チャープまたはインパルスに合成７１されることができ、これらは、図７に示されるような異なる周波数ｆ1〜ｆ4のコンポーネントを合計することによって表され得る。代替的に、多数の周波数成分の振動的または非振動的波形、例えば方形波、三角波、または鋸歯状波を、刺激信号として用いることができる。
【０１１３】
刺激信号１５２は、誘電性エラストマセンサがソースであるとき、異なるように応答するかまたはそれら自体を差別化する複数の刺激成分７２を有する（これらは、時間または周波数で分離され得る）。刺激成分７２は、刺激信号に対するセンサの応答を生じさせるかまたはそれに影響する異なる特性（例えば周波数）を有する。異なる特性を備える複数の刺激成分を有することによって、これらの特性の各々について応答を測定することができ、応答の変化の変動または比較によって、外部結合及び外部結合の位置の検出を可能にすることができる。
【０１１４】
誘電性エラストマ装置の電極に結合された電圧または電流センサによって検知された、結果として得られる出力または検知信号７４は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはフィルタ７３によって、異なる刺激成分７２または周波数成分に分離され、時間領域から周波数領域までの測定値を変換することができる。そして、分離された検知信号は、プロセッサ７３によって、好ましい読み取り形式、例えば静電容量に処理され得る。
【０１１５】
好ましい例では、多数の刺激信号コンポーネント７２は、単一の検知信号または合成信号に合成され、その後高速フーリエ変換（ＦＦＴ）１５３を適用して、各周波数の振幅（Ａ）及び位相（φ）を分解してそれぞれの静電容量を算出することができる。ＦＦＴ１５３システムが好ましいが、周波数領域と時間領域との間で変換するためのあらゆるシステム、例えば離散フーリエ変換が許容可能である。同様に、非周波数刺激成分のために、他の技術を用いてもよく、各コンポーネントを取り出すように適合された技術を用いてもよい。この方法は、周波数を通して掃引するよりも著しく高速であり、また、電気的システムが検知周波数の全体に同時に呈されることを保証する。これは、ＬＣＲメータの静電容量掃引が、一度に１つの検知信号１５２のみを測定することができることに制限されているためである。キー押圧を判定することは、多数の周波数の比較を必要とするため、このことは、センサが前の波形が終わる前に変更された場合に、時間経過誤差につながる可能性がある。順次の１５０測定技術と並行した１５１測定技術との間の比較が、図１５に示される。図１５には特定の波形が示されているが、これは固定されるものではなく、対象となる周波数、必要とされる感度または精密度に依存して変動し得る。可能性のある波形は、所望の周波数成分を備える任意の信号を含み、インパルス（ディラックのデルタ関数）、階段関数等の広範囲の周波数信号、または白色雑音信号を用いてもよい。ＦＦＴ法のさらなる利点は、周波数のすべてを、ちょうどまたはほぼ同時に測定することによって、変形の多数の点を判定することができることである。
【０１１６】
図１５に示された本システムの特定の例では、集中容量でおよそ２５％増加させた４つの周波数７２（１ｋＨｚ、８ｋＨｚ、１４ｋＨＺ、３０ｋＨｚ）を選択して、図１４に示されるような装置１のキー１４１の各々での圧力を検出した。例えば、周波数１は、センサの最初の１／４の長さを測定し、そして周波数２は、さらなる１／４を測定した。これらの周波数信号を、まとめて合計した（例えば、ＬＡＢＶＩＥＷ等のコンピュータプログラムにおいてであるが、これは、マイクロチップ、ＦＰＧＡ、論理回路または同様の装置で行われることができる）。電流ドライバ（例えばＯＰＡ２１４１）は、センサへの信号を増幅し、データ取得カード（例えばＮＩＵＳＢ６３５１）は、検知抵抗器を介して還流電流を測定した。ＬＡＢＶＩＥＷに戻ると、ＦＦＴルーチンによって、選択された周波数成分及び算出された対応する集中容量値についての振幅及び位相角度を、周波数ごとに解した。４つの周波数を用いて測定された静電容量のマッチングアルゴリズムを適用して、どのキーが押圧されて対応する音がラウドスピーカ１６０を介して再生されたかを判定した。本システムの動作フローチャートを、図１６に示す。
【０１１７】
静電容量は、任意の好適な方法（例えば、ＷＯ２０１０／０９５９６０またはＷＯ２０１２／０５３９０６等に開示されているもの）を用いて算出されて、外部の機械的または電気的結合なしに、選択された周波数の各々について記録され、基準容量が提供される。ＷＯ２０１０／０９５９６０及びＷＯ２０１２／０５３９０６の内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０１１８】
特定の例では、ＤＥ１のキーボード１４０を、図１４に示されるように、厚さ１００μｍのシリコーン誘電膜１０を、シリコーンに埋め込まれた導電性の炭素粒子を包含する２つのコンプライアント電極１１ａ、ｂ間に挟み込んで構成した。結果として得られたシートを、面積およそ０．１ｍ×０．１４ｍに切断し、金属端子を各電極の一端に作成した。センサの公称静電容量及び電極抵抗を測定した。４つの領域１４１（１〜４）を、中間を通って印をつけ、再生キーに対応付けた。図１７は、フレーム１４２を用いて、ひずみを特定の領域１４１に隔離し得ることを示す。フレームは、リブ１４４を備えるアクリル樹脂から作成して、特定の点での伸長が空間的に制限されることを可能にしてもよい。代替のフレームワークまたは支持体１４４を用いて、別個の位置エリアまたはキー１４１を分離させてもよく、ここで、フレームまたは支持体を用いて、次の位置が押圧されると特定のセクションの伸長を制限する。センサ１４０は、プラスチックフレーム内に固定されて、ひずみを局所領域に隔離してもよい。しかしながら、代替のシステムは、フレームを有していない場合があり、近接する領域での関連のある静電容量変化を用いて、押圧された領域を特定してもよい。
【０１１９】
誘電性エラストマ装置の静電容量は、装置１４０との外部結合１４３によって修正されてもよく、静電容量におけるその変化の位置は、本発明の機器及び方法によって判定されることができる。外部結合は、誘電膜１の変形を生じさせる機械的結合、例えば誘電層の領域を圧縮する隔離圧力を含んでもよく、これは、その領域における電極間の静電容量を増大させる。いくつかの実施形態では、近接及び物理的接触に対するセンサの感度を考慮することが重要である。すなわち、手または道具１４３の近接は、物理的接触がなされる前のセンサの静電容量に影響する場合がある。これは、電荷が人体容量に転送される結合の効果に起因する。いくつかの実施形態では、センサの静電容量におけるこの増大は、物理的タッチとして記録され得る。物理的ひずみが発生すると、静電容量はさらに増大する。センサ活性化因子の近接の効果は可変であってもよく、例えば、人体の静電容量は、履き物及び衣類等に起因して可変である。センサ活性化因子からセンサをシールドすることによって、近接効果を低減させるかまたは隔離して、センサの読み取りに対するあらゆる影響を制限するかまたは改善することができる。図２２は、シールディング２２０の実施形態を示し、ここでは、外部の対の設置電極２２１、２２３を、センサ電極２２２を外部ノイズから隔離する助けとして用いている。ＤＥ１の自己静電容量を増大させることによって、環境的影響を受けにくくすることができる。
【０１２０】
代替的に、または付加的に、外部結合は、外部静電容量の装置との電気的結合、例えば電極にきわめて近接しているかまたはタッチしている人間の指を含み得る。人間の体は、電荷を蓄積して放電経路を提供する能力を備える絶縁導体として考えられることができ、また１．５ｋΩの抵抗器と直列接続された１００ｐＦのコンデンサとしてモデル化されることができる。ある人が誘電性エラストマセンサ等の荷電面と接触すると、それらは外部静電容量を回路に結合している。人間の指が、誘電性エラストマセンサの面と接触すると、人体容量がシステムに結合されて、アースへの別の経路を提供する。この経路は、電流が電源に戻ることを回避させ、このことは、電流の降下及び電圧の上昇を生じさせる。本明細書では、接触の圧力または位置について述べてきたが、このことは、物理的接触によるセンサの変形と、センサに結合するが、センサを物理的には変形させないかもしれない近接またはわずかな接触との両方を含むことが理解されるべきである。例えば、人体は、電流をアースに流すための別経路の役割を効果的に果たし、それによってセンサから離れている電荷を「奪う」ことがある。いかにして電極抵抗及び膜静電容量をセンサにそって分布させて、電流または電圧の変化を測定するかを知ることによって、接触の地点を予測することが可能である。
【０１２１】
本発明の機器及び方法は、好ましくは、機械的または電気的結合の一方を検知するように適合される。例えば、電気的結合は、誘電性エラストマ装置を絶縁することによって防止されるかまたは最小限にされてもよく、または付加的な静電容量は、比較的重要ではなく無視されてもよく、または機械的結合の位置の判定において考慮されてもよい。代替的に、本機器は、機械的及び電気的結合アルゴリズムで、または付加的なセンサを用いて区別するように構成され、それによって、外部の機械的及び電気的結合の両方の位置を判定することができるようにしてもよい。
【０１２２】
誘電性エラストマ装置１４０に適用された近接、タッチ、及び／または圧力の位置は、図８のフローチャートに示されるように、５つの刺激周波数ｆ1〜ｆ5の各々によって測定された算出された静電容量（Ｃ1〜Ｃ5）における変化を、対応する基準容量に対して順次比較することによって、判定されることができる。図８は、先に考慮された４つの代わりに、５つの位置及び周波数を有するＤＥＤを考慮していることに留意すべきである。代替的に、第１及び第２のセクションまたは地点と関連付けられた第１の周波数と第２の周波数との間の差異を用いて、当該地点またはセクション間の静電容量を算出してもよい。
【０１２３】
図１２は、差分式の基準１２１としてラベル付けされた２つのセクション間の周波数の差異を算出する方法を示す。差分基準１２１を用いることによって、ＤＥ１２４の最初から静電容量を含むことに代えて、測定された静電容量が領域境界１２２、１２３にある場合に、信号内のノイズを低減させ得る。すなわち、残りのセンサ全体のノイズは、両方の測定値に少なくとも部分的に含まれるため、無効にされる。両方の方法において、セクションごとの差分静電容量に対して閾値を適用して、著しい変化が記録されたかを判定することができる。さらなる実施形態では、図８のフローチャートに示されたステップを、ほぼ同時に適用して、検知速度を向上させ得る。また、本方法は、２つの周波数間の静電容量の差異を用いて、セクションの中間の静電容量の量を推測することと（すなわち、周波数が、センサに沿ったある一定の距離を測定し、測定された静電容量間の差異が、そのセクションの静電容量に対応する；既知の位置に関連付けられた単一の周波数で測定された静電容量を用いることと（すなわち、周波数が特定の接触点に対する静電容量を測定する）として理解され得る。
【０１２４】
第１のステップ８０では、刺激信号の最も低い周波数成分ｆ1から算出された静電容量が、対応する基準容量に対して変動するかに関しての判断がなされ、これは、誘電性エラストマ装置との外部結合がない場合に予想される静電容量を表す。離散化誤差等のノイズの影響を最小限にするために、そのような変動が判定されると考えられる前に、基準に関するマージンまたは閾値があってもよい。変動が検出されない場合、装置のどこにも外部結合がないが、これは、最も低い周波数刺激信号が、好ましくは誘電性エラストマ装置を通して全面的に伝搬するためである。したがって、アルゴリズムは、この時点で停止してもよく、またはより好ましくは、外部結合が検出されるまでこのステップを繰り返してもよい。変動が検出された場合、外部結合が存在するが、位置はまだわからない。
【０１２５】
第２のステップ８１では、２番目に低い周波数ｆ2から算出された静電容量が、対応する基準容量に対して変動したかに関しての判断がなされる。この周波数は、概ね領域Ｄと領域Ｅとの間で誘電性エラストマ装置によって減衰されるため、算出された静電容量は、領域Ａ〜Ｄに対応する誘電性エラストマアクチュエータの一部エリアを表す。基準容量からの変動または変化がないことは、領域Ｅで外部結合が発生したに違いないことを示す。したがって、アルゴリズムは、この時点で停止するか、最初から繰り返すか、または異常がないことを確認し続け得る。変動が検出された場合、外部結合は領域Ａ〜Ｄ内部のどこかであり、第３のステップ８２に続くことによって、位置がさらに正確にされ得る。
【０１２６】
ステップ８２及び８３では、同じ判定が、周波数ｆ3及びｆ4、それぞれに対して順番に繰り返される。
【０１２７】
最後のステップ８４では、もっとも高い周波数ｆ5での刺激成分に対応する静電容量Ｃ5に変化が検出されない場合、外部結合は領域Ｂにあると判定される。変動がある場合、外部結合は、領域Ａにあると判定される。
【０１２８】
作用する圧力の大きさ及び外部結合の度合は、算出された静電容量のそれぞれの基準容量からの変動の度合から判定されることができる。一実施形態では、このことは、外部結合の検出の時間履歴、例えば静電容量を記録することによって可能にし得る。例えば、初期の増大と、その後に続く別の増大は、最初に結合を知らせ、そして加えられた機械的変形を知らせる場合がある。
【０１２９】
前述のプロセスから、位置情報の解決が、誘電性エラストマ装置のサイズと、解析された異なる周波数の数との両方に依存することが明らかであろう。本発明の本質から逸脱することなく、特定的な要件に依存して、任意の数の周波数を用いてもよい。
【０１３０】
記載されたプロセスは、本発明による外部結合の位置を判定するために用いられ得るアルゴリズムの単なる一例である。さらなる例による代替の実施形態では、周波数ｆ1〜ｆ5についての静電容量のすべてが算出されて、対応する基準容量と比較されてもよく、外部結合の位置（もしあれば）は、それぞれの基準値から変動した算出された静電容量数のみに基づいて判定される。
【０１３１】
図１８は、図１４に示されるような装置上での単一及び多数のタッチ位置の静電容量周波数応答を示す。同じセンサ内部の多数の領域を検知するために、４つの検知周波数をともに混合して、ＤＥに適用した。ＦＦＴアルゴリズムを用いて、各周波数成分の振幅及び位相を同時に抽出し、その対応する静電容量を算出した。曲線は、異なるキーの押圧がユニークな特性プロファイルまたは曲線を提供することを示し、この例では、曲線は静電容量周波数応答である。すなわち、特性曲線は、センサ上の複数の圧力について創出される。センサ上の２つの異なる地点を押圧することは、周波数応答に異なるように影響した。すなわち、誘電性エラストマ上で同時に多数の変形を検知すること、例えばマルチタッチセンサのケースでは、ユニークな静電容量周波数応答プロファイルを用いて、どの領域が変形したかを特定することができる。多数の周波数データ点を収集して、これらを所定の較正曲線に対してマッチングさせることによって、変形した領域の組み合わせを特定することができる。この情報を、ルックアップテーブルに供給して、外部結合の位置の検出を可能にし得る。一実施形態では、電気的性質Ｒ’（例えば、４点プローブ試験による）及びＣ’（誘電層の厚さの近似による）の近似を、制限された測定なしに、またはそれによって得てもよい。これらの測定の両方をそれぞれの単位／長さで記録するため、これらを装置または誘電体１の長さに外挿することができる。
【０１３２】
まず図１８ａを見ると、同時に押圧されている多数のキーの効果を示し、最も低い周波数信号（例えば１００Ｈｚ）（図中の左手側（ＬＨＳ））は、４つすべての押圧地点の影響を受けた一方で、ＲＨＳ（右手側）のより高い周波数（ＤＥのインピーダンスによって減衰される）は、さらに離れると感度がさらに低下した。したがって、低周波数は、キーの総押圧数に関する良好な表示を提供することができる。図１８ｂは、センサ上の異なるキーまたは位置を押圧する効果を示す。ここで、より高い周波数、例えば１０ＫＨＺは、位置間のより大きな差異を示し、位置１でセンサを押圧することによって、位置４が押圧されたときのわずか５ｐＦと比較して、およそ１５ｐＦの静電容量の変化を引き起こす。図１８ｃは、２つの地点の組み合わせが押圧されたときのより高い周波数で観測可能な差異を示し、図１８ｄは、３つのキーの組み合わせが押圧されたときの差異を示す。一実施形態では、低周波数を用いて、検知された位置数と高周波数とを判定し、後に適切な曲線の範囲を狭めることができる。さらなる実施形態では、周波数曲線は、全体として。所定の曲線に最も良好なマッチングを提供するとして検証され得る。
【０１３３】
事実上、特徴的なフットプリントは、デジタルバーコードと同様であり、ここで各周波数は、センサ上のどこが押圧されたかに関するいくらかのさらなる情報を明らかにする。したがって、複数の周波数を用いることによって、キー押圧に関するさらなる情報を、例えば高周波数及び低周波数を組み合わせることによって、または周波数のいくつかのセット、範囲または組み合わせによって提供し得る。代替的に、周波数測定を用いて、曲線６０を生成してもよく、曲線の１つまたは複数の特性を用いて、圧力を区別してもよい。例えば、マッピング技術を用いて、ＤＥセンサ上の押圧された位置を判定することができ、対応する音がラウドスピーカを介して再生される。マッピング技術は、測定結果を、予め較正された値と相関させ得る。何らかの形式の統計または回帰分析、例えば最小二乗回帰を用いて、マッピング技術を向上させてもよい。キーボード１４０を説明してきたが、キーの押圧または地点は、広範な使用の可能性を有し、マイクロプロセッサまたは同様のものに供給されてもよい。
【０１３４】
図１９は、一連のキー１４１が押圧されて４つの異なる周波数で測定されたときの、経時変化する静電容量の図表を示す。この例では、位置４は、センサ測定位置から最も離れている。位置４が押圧されると、最も低い周波数１９１において静電容量の変化が発生し、二番目に低い周波数１９２においてより小さな変化が発生する。地点１が押圧されたときと比較して、３番目１９３及び４番目に高い周波数１９４を含む周波数のすべてが反応する。このことは、図１８ｂに示された曲線に対応し、図表では、３０ＫＨＺにおいて、３あるいは４のいずれかが押圧されたときにはわずかな変化を見せ、１または２が押圧されたときには、はるかに大きな変化を見せる。また、このことは、各押圧が最も低い周波数で同様の効果を有することで一致する。信号の振動性は、スイッチの周期的な押圧を表す。より早いハードウェア及び／またはソフトウェアを用いることによって、測定間の時間を低減させることが可能になり得る。
【０１３５】
図９には、本発明によるセンサ機器９０のコンポーネントを図示するシステム図が示される。広く言えば、本機器は、誘電性エラストマ装置９１と、誘電性エラストマ装置の電極に結合されて、電極間に刺激信号を適用する電源９２と、電極に結合されて、誘電性エラストマ装置の周波数応答を示す検知信号を得るセンサ９３と、センサに結合されて、検知信号を受信して処理するプロセッサ９４とを備える。少なくともいくつかの実施形態では、プロセッサは、さらに電源に結合されて、刺激信号の適用を制御してもよい。
【０１３６】
誘電性エラストマ装置１は、好ましくは、抵抗電極１１ａ、１１ｂ間に挟み込まれた、容積測定的に非圧縮性の柔らかな誘電膜１０を備える。電極は、欠陥のある導体の抵抗は、一般的にはほとんどの用途に対して望ましくない点において理想的でないと考えられるが、この理想的でない性質は、上記したように、本発明によって利用される。
【０１３７】
用語「プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」９４は、広義で用いられ、検知信号を処理して外部結合の状況、度合、及び／または位置を判定するいずれか及びすべてのソフトウェア及び／またはハードウェアコンポーネントを包含する。図８のフローチャートの方法を行うためのハードウェアベースのフィルタ及び一連の電圧コンパレータを備えてもよく、例えば、プログラム可能なハードウェア及びソフトウェアフィルタ等の必要性を完全に取り除く。代替的に、プロセッサ９４は概して、組み込み型の再構成またはプログラム可能なハードウェアコンポーネント、例えばプログラマブルロジック装置（ＰＬＤ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を、またはより好ましくは、本システムを実施して、本明細書に記載された本発明の方法を行うようにプログラムされた組み込みソフトウェアを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）及び／またはマイクロコントローラを備え得るデジタルプロセッサを用いて、ソフトウェアで少なくとも部分的に実施される。しかしながら、もっとも一般的には、プロセッサ９４は、ソフトウェア及び離散ハードウェアコンポーネントの組み合わせを用いて、組み込みシステムとして実施されることが期待される。
【０１３８】
いったんこれらが、本発明の方法を実施するプログラムソフトウェアからの命令に従って特定の機能を行うようにプログラムされると、そのようなデジタル論理及び／またはデジタルプロセッサ装置は、事実上本発明の方法に特定的な専用コンピュータになる。このことに要する技術は、組み込みシステムの分野における当業者には周知である。
【０１３９】
本発明は、例示を目的とし、その可能性のある実施形態を参照して記載されてきたが、本発明の本質から逸脱することなく、それらに改変または向上がなされてもよいことが理解されるべきである。例えば、多数の刺激信号２０４及び三角測量技術を用いる二次元または三次元のセンサ機器等を形成することが可能であってもよい。代替的に、または付加的に、誘電性エラストマ装置は、センサ及びアクチュエータの両方と同時に用いられて、例えば触覚フィードバックを提供し得る。
【０１４０】
図２０は、誘電性エラストマの幅がその長さと比較して小さくない場合に生じる二次元検知システムを示す。誘電性エラストマセンサシート２００等の二次元のケースでは、変形のＸ−Ｙ位置２０１は、第２の戻り電極２０２、２０３を追加してそれぞれの静電容量を比較することによって推測されることができる。一実施形態では、戻り電極２０２、２０３は、第１の及び第２の分離した位置に位置付けられて、検知信号、例えば電流（電流Ｙ及び電流Ｘ）を測定する。好ましくは、これらの位置は、シート２００の対向する角部であるが、他の位置が可能である。これらの点で静電容量を算出することによって、我々は、変形が生じた二次元位置を判定することができる。例えば、対称線２０５に沿って、あらゆる変形が、出力部Ｘ及びＹ２０２、２０３での静電容量において同じ変化を引き起こす。この静電容量変化の大きさは、変形が生じた原点からの半径距離の測定を提供する。図２１に示されたものと同様のルックアップテーブル２１０は、Ｘ及びＹ間の相対変化を用いて、変形が対称線２０５の左側または右側に発生したかを判定することができる方法を示す。一実施形態ではこれは、並行な一連の二次元システムを組み合わせる（例えば、立方体の辺を形成するか、または第３の軸に沿って取り付けられた第３のセンサを有することによって、三次元システムに拡張されることができる。
【０１４１】
図２３は、二次元検知誘電装置２２０の代替の実施形態を示し、ここでは多層の一次元センサが積み重ねられている。すなわち、３つの電極２２１、２２２、２２３がある。図２３ａは、背中合わせで積層させた２つの独立したセンサの代替の配置である。各センサは、検知信号入力部２３０、２３１（及び、戻り電極または出力部）を有し、これらは、図２３ｂに示されるように、互いに対して略直交して、または９０度で配置される。これらの方向の各々に沿って位置を検出することによって、各軸に沿った位置を判定する。他の実施形態では、スイッチ形状寸法をよりよく反映する代替の軸を用いてもよい。独立したセンサは、機械接合（ひずみを結合するため）されてもよく、互いに対しておよそ９０度で構成されてもよい。各センサは、一次元に沿った位置を効果的に測定する。このことは、３層の電極と、それらの間の２層の誘電体とで構成される５層のセンサを用いて達成されることができる。図２３ｃは、中間電極を共通の接地２３２として備える２つの電極２３０、２３１外部に適用された検知信号を示す。記載された一次元での伝送線理論は、各層に適用される。このシステムは、例えば１０または２０層、もしくはそれ以上を有する電極のスタックを構築することによって、三次元の検知システムを提供し得る。代替的に、シールドを目的として、さらなる層を含むことができる。
【０１４２】
本発明によって受信されて処理されたユーザ入力は、発光ダイオード（ＬＥＤ）をオンオフするかまたはその明るさを調節するような単純な目的のために、または例えばコンピュータディスプレイ上のカーソルの位置を制御すること等のさらに複雑な用途のために用いられ得る。本二次元システムは、タッチパッド、キーボード、電話ボタン及び他の入力システム等の適用を提供することができる。誘電性エラストマが、屈曲自在であるかまたはフレキシブルなセンサとして製造されることができるため、外部結合を、曲面または円錐面を含む不均質な面の周囲に定めることができる。特定の実施形態では、二次元シートを、対象物または物体の周囲に巻き付けて、動きを判定することができる。一例では、センサを、人間または動物の体の一部、例えば人間の膝関節のまわりに巻き付けることができる。センサは、動きが生じている場合に人間の膝関節の動きを検知することが可能である。
【０１４３】
本発明の上記の実施形態は、電極及び誘電膜が、それらの全面積にわたって略均一な厚さを各々有する、略平面な誘電性エラストマ装置を使用する。しかしながら、本発明の本質または範囲から逸脱することなく、本装置の数多くの変形が可能である。例えば、抵抗性及び／または容量性は、以下によって変化させることができる。
【０１４４】
１．形状寸法を変更することによって静電容量を変化させる。これは、誘電層の厚さを段階的に変更することによって、または電極の重複エリアを変化させて、誘電性エラストマ装置の作用面積を低減させることによって、それぞれ達成することができる。これは、センサの局所的な静電容量プロファイルを変化させる。厚さ（またはセンサの他の形状寸法）を変化させることは、所与の伸長から検出された変化を増幅させることが可能である場合があり、感度を増大させるために有用である可能性があった。
２．装置内部で誘電定数を変化させることによって静電容量を変化させる。これは、異なる誘電材料の使用によることができる。
３．装置の形状寸法を変化させることによって電極抵抗を変化させる。これは、電極の断面積または長さの変化または変動である可能性がある。
４．センサに沿って電極抵抗勾配を変化させる。これは、図１３に示されるように同じ材料の異なる濃度を用いることによって、または電極のための異なる材料を用いることによって達成されることができる。及び／または
５．外部インピーダンスを直列または並列に付加して、センサの入力インピーダンスを変化させる。例えば、センサの上部に導電メッシュを載せることで、その有効電極抵抗を低減させる。
【０１４５】
さらなる抽象化及び速度の向上を可能にする代替の実施形態では、ＦＦＴ手順を、ＦＰＧＡを用いてハードウェアで実施して、専用のゲイン及び位相検出器ＩＣ、例えばＡＤ８３０２と同様の機能を達成することができる。ＦＦＴを行うことのさらなる利点は、これが本来的にはバンドパスフィルタであり、ここで目標の信号周波数のみが取り出されて算出されることである。これによって、スペクトルノイズが対象の信号に入り込むことを回避する。
【０１４６】
さらなる実施形態では、触覚検知アプリケーションは、何らかの浮遊容量等の電気ノイズを除去することによって向上され得る。人体容量（ＨＢＣ）は、１００ｐＦのコンデンサと等価であり、履き物及び床断熱材に依存して、４００ｐＦの大きさである可能性がある。比較的大きな静電容量（例えば、人間の指）を直接結合することは、静電容量マッピングプロセスの有効性に著しく影響する可能性がある。大きな静電容量は、ＤＥ自体の静電容量及び感度を増大させ、環境的外乱をより発生させにくくすることができる。一実施形態では、例えば一対の外部設置電極の形式のシールドは、図２２に示されるように、環境ノイズからセンサを隔離することを助けることができる。
【０１４７】
さらに、本発明は広義には、本出願の明細書において個別にまたは一括して言及されるかまたは示された部品、素子及び特徴、該部品、素子または特徴の２つ以上のいずれかまたはすべての組み合わせに存すると言うことができる。さらに、周知の等価物を有する本発明の特定のコンポーネントまたは整数値について述べられている場合、そのような等価物は、個別に述べられているように本明細書に組み入れられる。
【０１４８】
前述から、ヒューマンコンピュータインタラクション及び／または他の電子装置の制御のための誘電性エラストマ装置の使用を可能にするタッチ検知誘電性エラストマ装置及び方法が提供されることがわかる。誘電性エラストマタッチセンサは、いくつかの利点、特に軽量かつソフト（すなわち、フレキシブルまたは柔軟）であり、及び／または伸縮自在であるという利点をもたらす。
【０１４９】
文脈上明らかに他を意味しない限り、記載全体を通して、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等は、排他的または網羅的な意味とは反対の包括的な意味で、すなわち、「含むが、限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」の意味で解釈される。
【０１５０】
本明細書全体を通しての従来技術のあらゆる記述は、決してそのような従来技術が広く知られているか、または当分野における技術常識の一部を形成することを認めるものとして考えられるべきではない。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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