(57)【要約】  この機械的応力検出装置は、第１の主面（１４）を有する第１の電極（１２）と、第１の電極（１２）の第１の主面（１４）に対向配置された第２の主面（１８）を有する第２の電極（１６）と、第１の電極（１２）の第１の主面（１４）と第２の電極（１６）の第２の主面（１８）との間で延びる弾性誘電媒体（２０）と、２つの電極（１２，１６）の端子において静電容量を測定する手段（２２，２４）と、を備える静電容量センサ（１０）を含む。  装置は、機械的応力を補償する手段（３０）をさらに含み、固定部（３２）が、前記第１および第２の電極のうちの一方（１６）に固定接続されており、調整可能な釣合重り（５６，５８，６０，６２，６４，Ｍ）が設けられた、固定部（３２）に対する可動部（３４）が、前記第１および第２の電極のうちの他方（１２）に固定接続されている。
2016510125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量センサ（１０；１０’）を含む機械的応力検出装置であって、前記静電容量センサは、
−  第１の主面（１４；１４’）を有する第１の電極（１２；１２’）と、
−  前記第１の電極（１２；１２'）の第１の主面（１４；１４'）に対向配置された第２の主面（１８；１８’）を有する第２の電極（１６；１６’）と、
−  前記第１の電極（１２；１２'）の第１の主面（１４；１４'）と、前記第２の電極（１６；１６'）の第２の主面（１８；１８'）との間で延びる弾性誘電媒体（２０；２０’）と、
−  ２つの前記電極（１２，１６；１２’，１６’）の端子において、静電容量を測定する手段（２２，２４）と、
を含む、機械的応力検出装置において、
前記装置は、機械的応力を補償する手段（３０）をさらに含み、
固定部（３２）が、前記第１および第２の電極のうちの一方（１６；１６’）に固定接続されており、
調整可能な釣合重り（５６，５８，６０，６２，６４，Ｍ）が設けられた、前記固定部（３２）に対する可動部（３４）が、前記第１および第２の電極のうちの他方（１２；１２'）に固定接続されている、ことを特徴とする機械的応力検出装置。
【請求項２】
前記可動部（３４）は、前記固定部（３２）の軸（４２）を中心として回転（４４）可能であり、かつ、
−  一端（４８）がタッチ感応面（５０）との接触用である、第１の天秤梁アーム部（４６）と、
−  前記調整可能な釣合重り（５６，５８，６０，６２，６４，Ｍ）を備えた第２の釣合重りアーム部（５６）であって、前記第１のアーム部（４６）に対する、前記第１の固定部（３２）の軸（４２）の他方側にて延びる、第２の釣合重りアーム部（５６）と、
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の機械的応力検出装置。
【請求項３】
前記調整可能な釣合重り（５６，５８，６０，６２，６４，Ｍ）は、
−  一部がねじ山を有するロッド（５６）と、
−  螺旋状リンク（６０）により、このロッド（５６）に取り付けられている質量（Ｍ）と、
−  前記ロッド（５６）をその軸線を中心として回転作動（５８）させることにより、前記質量（Ｍ）を前記ロッド（５６）に沿って動かし、摺動によって前記固定部（３２）の軸（４２）により近づけ、または前記軸（４２）から遠ざけることに適した設定先端部（６２）と、
を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械的応力検出装置。
【請求項４】
前記設定先端部（６２）は、制御されたモータを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の機械的応力検出装置。
【請求項５】
前記弾性誘電材料（２０；２０'）は、シリコーン（silicone）またはポリウレタン（polyurethane）を含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の機械的応力検出装置。
【請求項６】
前記２つの電極（１２，１６；１２’，１６’）は円筒形であり、円形の断面部を有し、互いに同軸配置されており、互いに対向する２つの主面（１４，１８；１４’，１８’）は、平面状である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の機械的応力検出装置。
【請求項７】
測定される静電容量に基づき、２つの前記電極（１２，１６；１２'，１６'）のうちの一方（１２；１２’）に対して印加される応力（ｐ）を推定する手段（２６）をさらに含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の機械的応力検出装置。
【請求項８】
機械的応力検出装置のセットであって、
−  請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の複数の機械的応力検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）と、
−  この複数の検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）からの信号を処理する電子モジュール（７２）と、
−  前記検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）のそれぞれからの信号を、前記電子信号処理モジュール（７２）に送信する有線または無線手段（７４）と、
を含むことを特徴とする機械的応力検出装置のセット。
【請求項９】
タッチ感応面（７６；８２）に対するタッチ（Ｐ）を局所化する装置（７０；８０）であって、
−  請求項８に係る機械的検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）のセットと、
−  前記セットの検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）が配置されたタッチ感応面（７６；８２）であって、その補償手段（３０）の前記可動部（３４）は、前記タッチ感応面（７６；８２）に接触しているタッチ感応面（７６；８２）と、
−  前記検出装置（７１１，７１２，７１３；８１１，８１２）により供給される信号を用いて推定された応力を、前記セットの電子モジュール（７２）を用いて処理することにより、前記タッチ感応面（７６；８２）に対するタッチ（Ｐ）を局所化する手段（７８）と、
を含むことを特徴とする装置（７０，８０）。
【請求項１０】
前記タッチ感応面（８２）は、起動可能な光源（８４）が線形に分布されるストリップを含み、装置は、
−  前記ストリップ（８２）の各端に配置された１つの検出装置（８１１，８１２）と、
−  タッチ局所化に基づき、光源（８４）を選択する手段（７２）と、
を含む、ことを特徴とする請求項９に記載のタッチ（Ｐ）を局所化する装置（８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量センサを含む機械的応力検出装置に関する。本発明は、また、静電容量センサを含む応力検出装置のセットと、このような検出装置のセットを備える、タッチ感応面に対するタッチを局所化する装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの対象用途は、その材料（木材、ガラス、プラスチック、漆喰等）にかかわらず、かつその形状（平面または浮出し）にかかわらず、任意の面をタッチ感応性にするセンサの使用である。
【０００３】
現在、用いられている技術は、基本的に、容量性フィルムをタッチ感応化すべき表面に配置すること、またはこの表面の回りに赤外線フレームを設置することである。最初のケースでは、計算ユニットに接続された電気的ネットワークがエッチングされたプラスチック膜が、表面に広げられる。指によりタッチされると、測定される静電容量が局所的に分配され、タッチを局所化することを可能にする。しかし、この技術は、電線により網目状になっている膜が配置される表面の透明性を損ない、また浮出しを有する表面におけるこのようなプラスチック膜の配置は、問題となることがすぐに判明するであろう。２番目のケースでは、フレームは、縦横に互いに対向してそれぞれ配置され、表面のグリッドパターンを生成する送信および受信赤外発光ダイオードからなる。指または他の任意の物体が、水平および垂直の光線を破ると、これが局所化される。しかし、この技術は、赤外線を含んだ日光および環境（汚れ）に対して非常に敏感である。さらに、表面は平面でなければならない。その上、上述した両者の場合で、仕入れ値段が高く、またタッチ感応化すべき表面のサイズに応じて急激に上昇する。
【０００４】
さらなる解決策は、複数の機械的応力検出装置を、タッチ感応化すべき表面に、そのサイズとは無関係に配置すること、および、タッチされた際に各検出装置に印加されるそれぞれの応力の測定に基づき、重心計算によって、この測定からタッチの局所化を推測する方法を適用することである。このような方法は、例えば、米国特許第３，６５７，４７５号に開示されている。軸に対するタッチの１次元局所化のために、少なくとも２つの検出装置が必要とされる。矩形の表面の４つの角に配置された検出装置は、十分な全体的安定性を有する申し分ない結果を得ることを可能にすることを考えれば、２次元局所化のためには、少なくとも３つの検出装置が必要とされる。
【０００５】
米国特許第３，６５７，４７５号は、固定の支持部材と、その４つの角におけるタッチ感応面との間に挿入された４つのセンサを述べている。これらのセンサは、応力ゲージまたは圧電センサである。これらは、一方で、タッチ感応面の自重に耐えなければならず、他方で、その力または圧力がこのタッチ感応面の重量に加算されるタッチに対して感応性のままでなければならない。タッチの力は、よって、感度および正確度に関する問題を起こさないように、表面の重量に対して低すぎてはならない。さらに、この文献にて用いられるセンサは、比較的高コストであり、特に圧電センサは、温度変化に敏感である。これらの理由により、本発明は、より具体的には、静電容量センサを含んだ機械的応力検出装置に関する。
【０００６】
米国特許第７，１４８，８８２号において、互いに特定の距離をおいて保持された２つの電極からなる静電容量センサを含んだ機械的応力検出装置が提案されている。静電容量センサは、タッチ感応化すべき表面の下に配置され、上部電極に固定接続されたポイント接続により、表面と接触状態に保たれている。表面をタッチすることは、２つの電極をより近づけ、これにより静電容量値を変える。上部電極の弾性変形は、タッチが起こった際に、静電容量を変えること、そしてタッチが中断された際に、センサをその初期位置に復帰させることを可能にする。このセンサの欠点である、タッチ感応化すべき表面の重量に関するその脆弱さは残る。実際に、表面の重量が大きいほど、上部電極の剛性定数を高くする必要があり、かつタッチにより生成される力に対するセンサの感度は低くなる。１つの解決策は、次に、表面の重量を調整して、表面を可能な限り軽くし、センサの感度を増加させることである。しかし、目的の１つが、タッチ感応面を形成する材料の選択から自由となることである場合、この解決策は不十分である。
【０００７】
また、欧州特許第１３５００８０号にて、誘電体により分離された電極を含んだ静電容量センサが、提案されているが、この誘電体は弾性を有し、タッチのない場合にセンサを初期位置に復帰させることを可能にする。このように、より具体的には、この文献にて提案される静電容量センサは、第１の主面を有する第１の電極と、第１の電極の第１の主面に対向配置される第２の主面を有する第２の電極と、第１の電極の第１の主面および第２の電極の第２の主面の間に延びる弾性誘電媒体と、２つの電極の端子における静電容量を測定する手段とを備える。この静電容量センサは、よって平面キャパシタからなり、ここで、その電極間の可変距離は、その静電容量を、その２つの電極のうちの１つに対して印加される力または圧力の関数として可変にする。しかし、このセンサは、自動車の重量を計る欧州特許第１３５００８０号の文献の背景において、すなわち、測定すべき応力は、接触面の重量よりも著しく大きいような背景において用いられる。
【０００８】
タッチ感応面の背景において、このようなセンサは、上述したような感度または正確度に関する問題をもたらし得る。実際に、タッチ感応面、よってセンサ自体に応力を印加するどのようなタッチもない場合、センサは、それでもなお、タッチ感応面の自重の一部に耐えなければならず、これは、検出すべきタッチに関し、多くの場合無視できないものである。これは、測定可能値の範囲を相応に減少させる。タッチ感応面の重量を減少させることからなる上述の解決策は、明らかに不十分である。
【０００９】
さらに、静電容量センサにより測定される応力は、その表面に対して垂直である。応力は、よって、傾斜に依存しており、この傾斜は、静電容量センサが配置されるタッチ感応面の傾斜が変化した場合、使用中に著しく変化することがある。
【００１０】
最後に、振動が起こった場合、慣性力が生成され、センサにより供給される測定値を変化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、上述の問題および制約の少なくともいくつかをなくすことに適した静電容量センサを含む機械的応力検出装置を提供することが、求められるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
静電容量センサを含む機械的応力検出装置が提案され、静電容量センサは、
−  第１の主面を有する第１の電極と、
−  第１の電極の第１の主面に対向配置された第２の主面を有する第２の電極と、
−  第１の電極の第１の主面と、第２の電極の第２の主面との間で延びる弾性誘電媒体と、
−  ２つの電極の端子において、静電容量を測定する手段と、
を含み、装置は、機械的応力を補償する手段をさらに含み、固定部が、前記第１および第２の電極のうちの一方に固定接続されており、調整可能な釣合重りが設けられた、固定部に対する可動部が、前記第１および第２の電極のうちの他方に固定接続されている。
【００１３】
このように、静電容量センサの２つの電極のうちの１つと関連付けられた釣合重り機構は、この電極に印加されやすい機械的応力のいくらかを、調整可能なやり方で補償することに適している。次いで、静電容量センサを含む検出装置を配置するためのタッチ感応面の自重を、そのタッチ感応性を増加させるようにして補償することが、特に可能である。しかし、さらにまた、このような機構は、振動または傾斜の変化からセンサを保護し、その測定の正確度も高める。
【００１４】
任意で、可動部は、固定部の軸を中心として回転可能であり、かつ、
−  一端がタッチ感応面との接触用である、第１の天秤梁アーム部と、
−  調整可能な釣合重りを備えた第２の釣合重りアーム部であって、第１のアーム部に対する、第１の固定部の軸の他方側にて延びる、第２の釣合重りアーム部と、
を含む。
【００１５】
また、任意で、調整可能な釣合重りは、
−  一部がねじ山を有するロッドと、
−  螺旋状リンクにより、このロッドに取り付けられている質量と、
−  ロッドをその軸線を中心として回転作動させることにより、質量をロッドに沿って動かし、摺動によって固定部の軸により近づけ、または軸から遠ざけることに適した設定先端部と、
を含む。
【００１６】
また、任意で、設定先端部は、制御されたモータを含む。
【００１７】
また、任意で、弾性誘電材料は、シリコーン（silicone）またはポリウレタン（polyurethane）を含む。
【００１８】
また、任意で、２つの電極は円筒形であり、円形の断面部を有し、互いに同軸配置されており、互いに対向する２つの主面は、平面状である。
【００１９】
また、任意で、本発明に係る機械的応力検出装置は、測定される静電容量に基づき、２つの電極のうちの一方に対して印加される応力を推定する手段をさらに含んでもよい。
【００２０】
機械的応力検出装置のセットが、さらに提案され、このセットは、
−  本発明に係る複数の機械的応力検出装置と、
−  この複数の検出装置からの信号を処理する電子モジュールと、
−  検出装置のそれぞれからの信号を、電子信号処理モジュールに送信する有線または無線手段と、
を含む。
【００２１】
タッチ感応面に対するタッチを局所化する装置がさらに提案され、この装置は、
−  本発明に係る機械的検出装置のセットと、
−  前記セットの検出装置が配置されたタッチ感応面であって、その補償手段の可動部は、タッチ感応面に接触しているタッチ感応面と、
−  検出装置により供給される信号を用いて推定された応力を、前記セットの電子モジュールを用いて処理することにより、タッチ感応面に対するタッチを局所化する手段と、
を含む。
【００２２】
任意で、タッチ感応面は、起動可能な光源が線形に分布されるストリップを含み、装置は、
−  ストリップの各端に配置された１つの検出装置と、
−  タッチ局所化に基づき、光源を選択する手段と、
を含む。
【００２３】
本発明は、単なる例として与えられ、添付の図面を参照する、以下の説明を用いてより明らかに理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る、機械的応力検出装置の概略構造を、断面図で模式的に表す図。
【図２】図１の検出装置の静電容量センサの代替実施形態の概略構造を、断面図で模式的に表す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る、タッチ感応面に対するタッチを局所化するための装置の概略構造を、模式的に表す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る、タッチ感応面に対するタッチを局所化するための装置の概略構造を、模式的に表す図。
【図５】図３および図４の装置のいずれかにより実施されるタッチの局所化の方法の連続するステップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に模式的に表される機械的応力検出装置は、第１の主面１４を有する第１の電極１２を備えた静電容量センサ１０を含む。静電容量センサ１０は、第１の電極１２の第１の主面１４に対向配置された第２の主面１８を有する第２の電極１６を含む。静電容量センサ１０は、第１の電極１２の第１の主面１４と、第２の電極１６の第２の主面１８との間で延びる弾性誘電媒体２０、例えばシリコーンまたはポリウレタンを含む。この弾性誘電媒体２０は、基本的に２つの機能を果たす。１つ目の機能は、互いに対向する２つの主面１４および１８を絶縁することである。２つ目の機能は、２つの電極のうちの１つに応力が印加された際に圧縮され、応力がなくなると初期のアイドル位置に復帰させる、復帰手段を形成することである。最後に、静電容量センサ１０は、２つの電極１２および１６の端子において静電容量を測定する手段２２，２４を含む。これらの手段２２，２４は、その端子において可能なインピーダンス測定装置２４を用いて静電容量を測定できる、少なくとも２つの導線２２を含む。
【００２６】
具体的には、２つの電極１２および１６は、円筒形の概略形状を有してもよい。より具体的には、製造を簡素化するために、２つの円筒形電極１２および１６は、円形断面を有し、互いに対して同軸に配置されており、互いに対向する２つの主面１４および１８は、平面状である。
【００２７】
２つの電極の自由面のいずれか、例えば第１の電極１２の自由面に、誘電媒体２０の弾性により応力が印加されると、互いに対向する２つの主面１４および１８は、共により近づく。このように、静電容量センサ１０は、可変静電容量平面キャパシタとして機能する。
【００２８】
この可変静電容量は、次のように表してもよい。
【００２９】
【数１】
2016510125.tif 000003
ここで、ε１は、誘電媒体２０の誘電率、Ａは、互いに対向する２つの主面１４および１８の共通表面積、ｄは、２つの主面を離間させる距離を表し、この距離は、第１の電極１２に印加された応力に基づき可変である。
【００３０】
このように、２つの電極１２および１６が、応力の効果下でより近づくと、ｄは減少し、よってＣは増加する。一方で、２つの電極１２および１６が、応力が消えた際に静電容量センサ１０のアイドル位置に弾性復帰する効果の下で、互いから離れると、ｄは増加し、よってＣは減少する。
【００３１】
実際に、静電容量センサ１０のアイドル位置に対応する距離ｄ０は、アイドル状態の際も、測定装置２４によって（１０ｐＦの領域で）測定可能とするのに十分に高い静電容量を有するために、かつ、２つの電極１２および１６を共にわずかに近づけた際に、可能な最大の変化を有するために、十分に小さくすべきことが留意される。
【００３２】
実際に、また、電極１２に対して印加した応力が、静電容量センサ１０に対して十分な力または圧力を生じるように、互いに対向する２つの主面１４および１８の共通表面積Ａは、制限すべきである。
【００３３】
実際に、また、Ｃの変化は、ｄの変化に基づき、線形ではないことが留意される。これは、静電容量センサ１０の反応を可能な限り線形にするために、考慮に入れるべきである。
【００３４】
実際に、また、選択された弾性誘電媒体２０に基づいて、その最大の圧力は限定され、距離ｄの変化と静電容量Ｃの変化との間の前述の関係Ｃ＝ｆ（ｄ）に、電極１２に対して印加される応力ｐと、変数ｄにより定義される、用いられる材料の固有の変形との間の関係ｄ＝ｇ（ｐ）を関連付けて、この印加応力ｐと、静電容量センサ１０の端子にて測定される静電容量Ｃとの間の実際の関係Ｃ＝ｆｏｇ（ｐ）を決定する必要がある。この関係ｆｏｇがひとたび既知となれば、例えば測定装置２４に接続される応力計算機２６の形態で、その逆を実施することが可能であり、これにより、測定される静電容量Ｃに基づき、２つの電極１２および１６のうちの１つに対して印加される応力ｐ、力または圧力を推定するための機能を果たす。
【００３５】
測定装置２４および応力計算機２６は、静電容量センサ１０、より一般的には検出装置の、単なる任意の部品であることに留意すべきである。これらは実際には、別の計算手段においてオフセットさせてもよい。
【００３６】
このような静電容量センサ１０の製造コストは、ごくわずかであることに最終的に留意すべきである。しかし、その特徴にもとづき、達成すべき測定スケールと、要求される正確度との間で、妥協を行ってもよい。広い測定スケールと非常に良好な正確度との両方を有するセンサを、低コストで製造することは、実に困難である。例として、応力を質量で表すことにより、このようなセンサに、１グラム以内の感度を印加する間、０〜１ｋｇの測定スケール範囲を持たせることは困難である。
【００３７】
図１に模式的に表される機械的応力検出装置は、機械的応力を補償する手段３０をさらに含み、ここで、固定部３２は、前記第１および第２の電極のうちの一方に固定接続され、調整可能な釣合重りが設けられている、固定部３２に対する可動部３４は、前記第１および第２の電極のうちの他方に固定接続される。より具体的には、この例では、第２の電極１６は固定され、補償手段３０の第１の固定部３２に固定接続される一方で、第１の電極１２は移動可能であり、補償手段３０の可動部３４に固定接続される。
【００３８】
固定部３２は、フレーム３６に固定接続される。フレームは、取り付け先である第２の電極１６を保持する第１のアーム３８と、可動部３４を保持する第２のアーム４０とを概略的に含み、前記可動部は、第２の保持アーム４０の終わりにある軸４２の軸線沿いにのみ回転自在である。軸４２のみを中心とし、この軸に沿って平行移動することのない、回転する可動部３４のこの移動の自由は、要素４４によって符号化されている。
【００３９】
可動部３４は、軸４２の軸線から、タッチ感応面５０に対する保持点終端４８まで延びる、天秤梁アーム部４６を含む。この保持点４８は、軸４２の軸線からの距離Ｄ１に位置する。第１のアーム部４６は、また、静電容量センサ１０の第１の電極１２に対する取付部５２を含む。この取付部５２は、軸４２の軸線からの距離Ｄ２に位置し、Ｄ２は、Ｄ１よりも短い。このように、保持点４８における表面５０に対して印加された応力の寄与Ｐは、取付部５２による圧力または力ｐの形態の天秤梁効果によって、第１の電極１２に対し伝達され、第１の電極１２は、弾性誘電媒体２０を圧縮することで、第２の電極１６により近づく。
【００４０】
可動部３４は、第１の天秤梁アーム部４６に対する、軸４２の他方側にて延びる第２の釣合重りアーム部５４を含む。この第２のアーム部５４は、その長手方向軸を中心として回転自在であるロッド５６を保持し、この回転の自由は、要素５８により符号化されている。ロッド５６は、螺旋状リンク（要素６０により符号化）により質量Ｍが取り付けられている、ねじ山を有する部分を含む。ロッド５６の端のうちの１つは、ロッド５６をその軸線を中心として回転させることにより、さらには回転停止機構６４により、質量Ｍを、ロッド５６に沿って動かし、摺動により軸４２により近づけ、または軸４２から遠ざけるための手動設定先端部６２が設けられている。質量Ｍは、よって、軸４２の軸線からの、可変かつ調整可能な距離Ｄ３にある。
【００４１】
このようにして、質量Ｍの位置をロッド５６に沿って調整することにより、例えば、第１の電極１２に対するタッチ感応面５０の自重の効果を補償することが可能である。このやり方で、タッチ感応面５０に対するタッチがない場合、静電容量センサ１０には応力が印加されない。このセンサにより行うことができる測定のスケールは、よって、タッチ感応面５０に対して応力Ｐを印加するタッチの検出のために、完全に用いられ、これはその正確度を高める。
【００４２】
任意で、第１の天秤梁アーム部４６に、当接部を置き、タッチ感応面５０に対して印加される過度な圧力に対して、静電容量センサ１０を保護してもよい。
【００４３】
あるいは、手動設定先端部６２は、制御されたモータを用いた電動の設定先端部に置き換えてもよい。これは、前記表面の重量が変化し得る場合（例えば物体が配置または除去され得るテーブルのタッチ感度）、タッチ感応面５０を自動的に調整することが求められるような用途において、特に好適である。
【００４４】
また、代替案として、静電容量センサ１０は、軸４２のもう一方の側、すなわち、釣合重りの側に配置することもできる。このように、装置は、圧力下しかしトラクション下では、タッチ感応性ではなくなるであろう。
【００４５】
図１の検出装置により、その保持点４８にて支持されるタッチ感応面５０の自重を、ｍとして表した場合、前記質量は、次の関係が真であれば、釣合重り質量Ｍによって完全に補償される。
【００４６】
【数２】
2016510125.tif 000004
ここで、ｇは重力定数であり、すなわち次式となる。
【００４７】
【数３】
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この構成において、静電容量センサ１０は、タッチがない場合はアイドル位置にあり、どのような応力も測定しない。
【００４８】
タッチされると、これにより印加される応力は、保持点４８にて力Ｐをもたらし、軸４２の軸線に生じるトルクの合計をＣｐとして表した場合、これは、前述の関係を考慮した次式を与える。
【００４９】
【数４】
2016510125.tif 000006
このトルクＣｐは、静電容量センサ１０に渡され、これにより、第１の電極に対して印加される結果としての圧力ｐは、次の関係が真であることを意味するようになる。
【００５０】
【数５】
2016510125.tif 000007
これら全ての関係を考慮し、静電容量センサ１０の感度を増加させるために、Ｄ１およびＤ２を、Ｄ１＞＞Ｄ２となるように選択することが好適であり、質量Ｍの大きさを制限するために、Ｄ１およびＤ３を、Ｄ３＞＞Ｄ１となるように選択することが好適である。これは、次の好適な関係、Ｄ２＜＜Ｄ１＜＜Ｄ３を、結果としてもたらす。
【００５１】
検出装置に印加される力の平衡に対する、変化の影響に関して、これらは、重力場ｇに重畳される加速度ａｖにより、表してもよい。さらに、振動が、慣性力として、タッチ感応面５０に対するタッチにより印加される応力に対する影響を持たないので、これはゼロとみなされる。よって、軸４２の軸線にて生じるトルクの合計Ｃｐは、次式のようになる。
【００５２】
【数６】
2016510125.tif 000008
これは、補償手段３０を用いると、振動は、静電容量センサ１０により行われる測定を乱さないことが証明される。
【００５３】
同様に、補償手段３０を用いると、タッチ感応面５０の傾斜の変化は、同様に、静電容量センサ１０の測定を乱さないことが証明される。実際に、質量Ｍはタッチ感応面５０と同じ慣性力に晒されて、天秤梁補償手段３０は、このような傾斜の変化に対して自然に適合する。
【００５４】
さらに可能な実施形態（図示せず）において、質量Ｍは、電磁石により置換することができ、これにより、追加的なレバーアームを回避することが可能となる。しかし、この場合、電磁石の補償力は、事実上、慣性をもたないため、振動または傾斜の変化は、静電容量センサ１０の測定を妨害する。しかし、実際には、先に導入された補償関係に完璧に準拠することができない場合は、フレーム３６に固定接続された低コストの加速計を一体化して、慣性変化を最適に補償することが可能である。
【００５５】
さらに、図１における検出装置におけるタッチ感応面５０の重量を制限するために、このような検出器の数を増加させて、その持ち運びを減少させることも可能である。
【００５６】
さらなる静電容量センサ１０’を、これより詳述するが、この静電容量センサは、図１の検出装置の静電容量センサ１０の代わりとしてもよい。図２に断面図で示す、このさらなる静電容量センサ１０’は、第１の主面１４’を有する第１の電極１２’と、特定の厚さＥの端１５’とを含む。静電容量センサ１０’は、第１の電極１２’の第１の主面１４’に対向配置された第２の主面１８’を有する第２の電極１６’を含む。静電容量センサ１０は、第１の電極１２’の第１の主面１４’と、第２の電極１６’の第２の主面１８’との間で延びる弾性誘電媒体２０’、例えばシリコーンまたはポリウレタンを含む。この弾性誘電媒体２０’は、弾性誘電媒体２０と同じ機能を果たす。最後に、静電容量センサ１０’は、静電容量センサ１０と同じ測定手段２２，２４を含む。
【００５７】
静電容量センサ１０’を、上記のものと区別する点は、弾性誘電媒体２０’がアイドル位置にある場合、すなわち一時的応力が２つの電極のうちの１つに対して力または圧力を印加しない場合、第２の電極１６’は、その第２の主面１８’の周囲に、第１の電極１２’の端１５’に対して、その厚さＥの一部ｈ０上のみで延びるリム１７’をさらに有することである。この弾性誘電媒体２０’のアイドル位置において、２つの電極１２’および１６’の第１および第２の主面１４’および１８’は、互いに平衡距離ｄ０にある。さらに、誘電材料、例えばセラミックスで作られたガイド２８’を、第１の電極１２’の端１５’と、第２の電極１６’のリム１７’との間に好適に挿入して、電気絶縁体機能を果たすことができる。
【００５８】
具体的には、２つの電極１２’および１６’は、円筒形の概略形状を有してもよく、第２の電極１６’は、凹部を有し、この凹部に、第１の電極１２’は部分的に、すなわちｈ０＜Ｅと等しい深さまで収容される。より具体的には、製造を簡素化するために、２つの円筒形電極１２’および１６’は、円形断面を有し、互いに対して同軸に配置されており、互いに対向する２つの主面１４’および１８’は、平面状である。この場合、誘電材料で構成されるガイド２８’は環状であり、第２の電極１６’のリム１７’の内面全体を覆う。これは、応力の影響下で、その共通軸線に沿って、第２の電極１６’に対する第１の電極１２’の平行移動をガイドすることに適している。
【００５９】
このような応力が、２つの電極の自由面のいずれか、例えば第１の電極１２'の自由面に印加される場合、誘電媒体２０'の弾性により、互いに対向する２つの主面１４'および１８'は、共により近づき、それに対して第２の電極１６'のリム１７’が延びる、第１の電極１２'の厚さＥの一部は増加する（ｈ＞ｈ０）。このようにして、静電容量センサ１０'は、一方で平面、他方で円筒形の、２つの可変静電容量キャパシタの並列の組み合わせとして機能し、このハイブリッド型の可変静電容量センサの平面寄与は、共に近づく、互いに対向する２つの主面１４'および１８'により提供され、円筒形寄与は、増加する端１５’に対向するリム１７’の内面により提供される。
【００６０】
可変静電容量センサ１０'の平面寄与は、次のように表してもよい。
【００６１】
【数７】
2016510125.tif 000009
ここで、ε１、Ａおよびｄは、前述の例と同じ意味を有する。
【００６２】
可変静電容量センサ１０'の円筒形寄与は、次のように表してもよい。
【００６３】
【数８】
2016510125.tif 000010
ここで、ε２は、誘電材料で作られたガイド２８’の誘電率を、ａは、第１の電極１２'の半径（これは、円筒形キャパシタの内側の半径を形成）を、ｂは、第２の電極１６'のリム１７’の内側の半径（これは、円筒形キャパシタの外側の半径を形成）を、ｈは、第２の電極１６'内の第１の電極１２'の挿入深さを表す。
【００６４】
静電容量センサ１０'の合計可変静電容量は、次の形態をとる。
【００６５】
【数９】
2016510125.tif 000011
距離ｄと深さｈは、完全に相関する変数であることが留意される。実際に、合計ｄ＋ｈは、ｄ０＋ｈ０と常に等しい。よって、ｄが減少すれば、ｈはそれに応じて増加する。その結果、静電容量Ｃは、以下の数式に従う単独の変数ｄの関数である。
【００６６】
【数１０】
2016510125.tif 000012
このように、２つの電極１２’および１６’が、応力の影響下で互いにより近づいた場合、ｄは減少し、よってＣ１およびＣ２は共に増加するため、Ｃはいっそう増加する。対照的に、２つの電極１２’および１６’が、応力がなくなった際のアイドル位置への弾性復帰の影響下で、互いから離れた場合、ｄは増加し、よってＣ１およびＣ２は共に減少するため、Ｃはいっそう減少する。その第２の電極１６'の特殊な構造によりハイブリッド型となった、リム１７’が部分的に第１の電極１２'の端１５’を囲む、静電容量センサ１０'の感度は、よって、静電容量センサ１０の感度に関連して強化される。
【００６７】
実際に、Ｃ２の変化が、ｄおよびｈの変化に基づき真に線形である一方、これは、Ｃ１の変化では必ずしもそうではないことが認められる。これは、静電容量センサ１０'の反応を可能な限り線形にするために考慮に入れるべきである。
【００６８】
実際に、また、前述の関係Ｃ＝ｆ’（ｄ）に、電極１２’に対して印加される応力ｐと、変数ｄにより定義される、用いられる誘電材料２０'の固有の変形との間の関係ｄ＝ｇ（ｐ）を関連付けて、この印加応力ｐと、静電容量センサ１０'の端子にて測定される静電容量Ｃとの間の実際の関係Ｃ＝ｆ’ｏｇ（ｐ）を決定する必要がある。この関係ｆ’ｏｇがひとたび既知となれば、応力計算機２６の形態で、その逆を実施することが可能である。
【００６９】
この例において、測定装置２４および応力計算機２６は、静電容量センサ１０'、よって検出装置の、単なる任意の部分であることに留意すべきである。これらは実際には、別の計算手段においてオフセットさせてもよい。
【００７０】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る、タッチ感応面に対するタッチを局所化する装置７０における、図１の検出装置（図１では静電容量センサ１０または図２では１０’を有する）などの、複数の検出装置の使用を示している。
【００７１】
この装置７０は、まず、検出装置のセットを含み、このセットは、
−  図３において参照符号７１１、７１２および７１３により識別される、図１の検出装置などの複数の検出装置と、
−  これらの検出装置７１１、７１２および７１３からの信号を処理する電子モジュール７２と、
−  検出装置７１１、７１２および７１３のそれぞれからの信号を、電子信号処理モジュール７２に送信する有線または無線手段７４と、
を含む。
【００７２】
タッチを局所化する装置７０は、
−  検出装置７１１、７１２および７１３が配置されたタッチ感応面７６であって、その補償手段３０の可動部３４、より具体的にはその保持点４８は、タッチ感応面に接触しているタッチ感応面７６と、
−  検出装置７１１、７１２および７１３により供給される信号を用いて推定された応力、力または圧力を、電子モジュール７２を用いて処理することにより、タッチ感応面７６に対するタッチを局所化する手段７８と、
をさらに含む。
【００７３】
図３の例において、タッチ感応面７６は、任意の形状および浮出しを有する。タッチ感応面７６は、固定の支持部材に載置されている。
【００７４】
３つの検出装置７１１、７１２および７１３が、さらに考えられ、これらは、このタッチ感応面７６に対するタッチの２次元局所化を行うために必要な最低限のものに対応する。一般的には、４つの検出装置が好ましい。例えば、タッチ感応面７６が、４つの脚からなる固定支持部材に載置されている平面矩形テーブルである場合、テーブルの各角に１つの検出装置が考えられ、より具体的には、テーブルの各脚の上部と底面との間に挿入される。各検出装置について、電極のうちの１つ、例えば第２の電極１６または１６’は、固定支持部材に載置されるのに対し、他の電極、例えば固定電極に対して軸方向に平行移動可能な第１の電極１２または１２’は、補償手段３０を介して、タッチ感応面７６に固定接続される。
【００７５】
図３の例において、また、測定装置２４と、応力計算機２６とは、検出装置から電子モジュール７２までオフセットされており、送信手段７４は、次いで導線２２からなることが提案される。
【００７６】
実際には、検出装置７１１、７１２および７１３からの信号の取得を行うこと、任意にさらなるセンサによって信号を合成（例えば、静電容量センサにより測定される何らかの寄生振動を補償する加速度計が考えられる場合）して、これらの信号を処理すること、およびこの処理の結果を、タッチ感応面を用いたホームオートメーションおよび／または装置の制御に関する用途のために、別の装置に対してネットワーク上で、または直接伝達すること、に適した電子部品を、電子モジュール７２は含む。これらの良く知られた動作を実行するために、低コストな構成部品が利用可能である。
【００７７】
より具体的には、測定装置２４は、例えば、最大で１３個のセンサまで処理し、その静電容量を並列に測定し、かつこの静電容量を１６ビットにデジタル変換することが可能なコントローラを含む。ローパス平均化フィルタを起動して、測定正確度を高めてもよい。１０ｍｓで、図１に示した検出装置などの４つの検出装置を、このように処理し、かつフィルタリングしてもよい。装置２４により測定およびデジタル化された静電容量は、次いで、データ送信バス、例えばＳＰＩまたはＩ２Ｃを介して、応力計算機２６が利用できるようになる。
【００７８】
応力計算機２６は、検出装置７１１、７１２および７１３のうちの１つからの各静電容量値に関し、タッチ感応面７６に印加される、図３にＰとして表されるタッチの間に、装置に印加される、対応する応力値を推定する。これらの応力に対する反応は、図３の検出装置７１１、７１２および７１３に関して、それぞれＰ’１、Ｐ’２およびＰ’３として表される。検出装置のうちの１つにタッチが近いほど、その印加される応力は大きくなることが留意される。応力値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）は、次いで、応力計算機２６により、データ送信バス、例えばＳＰＩまたはＩ２Ｃを介して、局所化手段７８が利用できるようになる。
【００７９】
局所化手段７８は、検出装置７１１、７１２および７１３の応力値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を用いて検出されたタッチの局所化を決定するように設計されている。このために、これらは、重心計算に基づく、米国特許第３，６５７，４７５号に開示されるような方法を実施する。この方法は、図５を参照して詳述される。
【００８０】
応力計算機２６および局所化手段７８は、例えば、データファイルおよびコンピュータプログラムを記憶するための１つまたは複数のメモリと関連するプロセッサを含んだ従来のコンピュータなどの計算装置にて用いてもよい。その機能は、少なくとも部分的には、専用の集積回路にマイクロプログラミングまたはマイクロ配線されてもよい。特に、１０ｍｓごとに処理動作を実行可能な１６ビットまたは８ビットマイクロコントローラであればよい。
【００８１】
タッチ感応面７６を用いてタッチを局所化する装置７０を、対象用途に応じて異なるやり方で用いてもよい。特に”絶対モード”において、タッチ感応面７６に対するタッチの絶対位置を、固定の基準点に相対して求める。画像を、次いで、タッチ感応面７６に投射して、タッチ動作と行われるべき機能との間の結合を可能にしてもよい。”相対モード”においては、タッチの正確な局所化は、必ずしも重要ではないが、その経時変化は、ジェスチャーまたはアクションの認識のために重要である。さらに、装置７０は、タッチにより印加される応力振幅に感応し、これは、ユーザにより印加される力の振幅に関する情報を直接得ることを可能にする。この情報は、次いで、センサにより供給されるデータを処理する、高レベル解釈ソフトウエアにおける追加的入力を構成してもよい。
【００８２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る、タッチ感応面に対するタッチを局所化する装置８０における、図１の検出装置（図１では静電容量センサ１０または図２では１０’を有する）などの、複数の検出装置の使用を示している。
【００８３】
装置８０は、まず、検出装置のセットを含み、このセットは、
−  図４にて参照符号８１１および８１２により識別される、図１の検出装置などの２つの検出装置と、
−  上述した電子モジュール７２と、
−  検出装置８１１および８１２のそれぞれから電子モジュール７２に信号を送信する、有線または無線手段７４と、
を含む。
【００８４】
タッチを局所化する装置８０は、検出装置８１１および８１２が配置されたタッチ感応面８２であって、その補償手段３０の可動部３４、より具体的にはその保持点４８がタッチ感応面８２に接触している、タッチ感応面８２をさらに含む。
【００８５】
図４の例において、タッチ感応面８２は、より具体的には、主軸Ｄを有するストリップであり、このストリップに沿って、起動可能な光源８４、例えば発光ダイオードが直線形に分配されている。２つの検出装置８１１および８１２は、ストリップ８２の両端に配置される。好適には、この実施形態において、電子モジュール７２は、２つの検出装置８１１および８１２により供給される信号に基づき、その局所化手段７８により決定されるタッチ局所化から、光源８４の少なくとも１つを選択するようにプログラムされている。例えば、検出されたタッチの局所化に最も近い光源が起動される。この例において、タッチ局所化は、軸Ｄに沿って１次元であることが留意され、これは、ストリップ８２の両端に配置される２つの検出装置がなぜ必要かつ十分であるかを説明している。
【００８６】
手段７８により用いられる局所化方法を、図５を参照して、これより詳述する。
【００８７】
その間にタッチ感応面に対してタッチが印加されない、検出装置を初期化する第１のステップ１００の間、各検出装置の静電容量Ｃ０は記録され、それぞれのアイドル基準値を表す。各検出装置向けに、そのロッド５６に沿った質量Ｍの配置を、さらに調整して、この検出装置により支持されるタッチ感応面の自重を完全に補償するようにしてもよい。
【００８８】
続く閾値化ステップ１０２の間、値Ｐｔ＝ΣｉＰｔｉ、すなわち、タッチ感応面に対するタッチにより印加される応力Ｐを直接示す、検出装置のセットにより検出される応力Ｐｔｉの合計を、閾値ＰＳと比較する。
【００８９】
次いで、ステップ１０４の間、Ｐｔ＜Ｐｓである場合、測定された応力は、低すぎるとみなされ、雑音またはドリフトの開始と関連付けてもよい。方法は、次に、ステップ１００に戻り、この測定に基づき検出装置をリセットおよび／または調整する。
【００９０】
ステップ１０４の間、Ｐｔ＞Ｐｓである場合、タッチＰが、タッチ感応面にて検出されたとみなされ、方法は、このタッチＰの局所化の重心推定のためのステップ１０６に進む。
【００９１】
【数１１】
2016510125.tif 000013
【数１２】
2016510125.tif 000014
上記数式１１を用いて、推定されたタッチの局所化を表し、上記数式１２を用いて、検出装置Ｘｉ（Ｘｉ＝７１ｉまたは８１ｉ）の局所化を表した場合、重心推定ステップ１０６は、以下の計算を行うことからなる。
【００９２】
【数１３】
2016510125.tif 000015
検出装置の位置は、その間に例えば連続するタッチが、タッチ感応面の所定かつ既知の位置に印加される、従来の調整ステップの間に得てもよいことに留意すべきである。
【００９３】
最後に、最後のフィルタリングステップ１０８において、このようにして計算されたタッチ局所化は、固定サイズの円形バッファメモリに配置される。第１の平均値を、次に、バッファメモリ（その初期化後）に記録された１組の値に関して計算し、次いで、平均から遠すぎると考えられる”外側”の値を除去した後に、更新される。調整可能な閾値（バッファメモリのサイズおよび外れ値閾値）を用いて、フィルタリングが構成される。
【００９４】
全ての形状および全ての材料のタッチ感応面の大部分に対して、非常に容易に適合可能である、上述したうちの１つなどの、静電容量センサを含む検出装置は、高感度かつ安価なタッチ感応面タッチ局所化装置の設計を想像可能にすることは明らかであろう。その適用は多様である。
【００９５】
まず、図１および図２に示されるものなどの静電容量センサを含む、２つ、３つ、４つ（またはそれ以上）の検出装置のセットを、任意のタッチ感応面から独立して、上述の電子モジュール７２などの電子信号処理モジュールと、検出装置のそれぞれから電子モジュールに信号を送信する有線または無線手段とを含んで提供してもよい。よりコンパクトな設計のためには、電子モジュールは、このセットの検出装置のうちの１つに一体化してもよく、前記装置は、それら自身の電源をさらに有し、無線または有線リンクを介して、互いに通信することが可能である。このセットは、ネットワークまたは周辺装置に対し、無線または有線リンクを介して接続してもよい。ユーザは、次いで、ユーザの要求や希望に応じて、木製ボード、窓ガラス、フレーム、スイッチ等、任意の表面を自由にタッチ感応性にすることができる。
【００９６】
さらに上述したように、１つの可能な応用は、テーブルをタッチ感応性にすることからなり、これは、このテーブルと、テーブルが載せられる脚の上部との間に、検出装置を挿入することによる。次いで、例えば、特に局所化装置の”相対動作モード”にて、テレビを制御すること、および／またはその内容を扱うことが可能となる。
【００９７】
自動車産業において、このような技術の利点は、拡張設計を有する３次元対話型のダッシュボードを作り出す可能性であり、これは、浮出しに対する運転者の指の明確な識別を可能にする。このようにして、運転者の注意は、現在行っているコマンドに集中することがより少なくなり、道路に集中し続ける。
【００９８】
最終的に、自動車産業においても、図４に示されるような局所化装置を、車室内天井にて車両の前部から後部まで延びる発光ダイオードストリップとして用いてもよい。ユーザが、ストリップの特定位置を押圧すると、最も近いダイオードが点灯するか、または消灯される。
【００９９】
自動車産業におけるこのような適用に関して、補償手段３０は、車両内で頻繁に起こる、無視できないものである振動の効果を補償するのに、特に有用であることに留意すべきである。上述したように、加速度計の使用を考えることが、さらに好ましい場合もある。この場合、加速度計により行われる補償は、検出装置により供給される未処理データに対して直接行われる。
【０１００】
また、この発明において提案される技術は、他の既知の技術を補足するものであることが証明され得ることにも留意すべきである。提案される検出装置のごくわずかなコストに鑑みると、検出装置を、既に成熟している技術と組み合わせて、それら技術の欠点を埋め合わせ、その堅牢さを高め、その信頼度を高めることが実際に考えられる。例えば、タッチ感応面の周りに、赤外線フレームを設置して、過度に明るい環境に置かれた場合にタッチ感応面を強化することからなる技術や、静電容量膜を配置することからなる技術と組み合わせてもよい。
【０１０１】
温度に対して、かつ装着条件に対して、安定性が非常に敏感な学習セットを用いる、仏国特許第２９４８７８７号に採用されているものなどの、さらに将来性のある技術を補うことも証明され得る。
【０１０２】
本発明は、上述の実施形態に限定されないことに、さらに留意すべきである。当業者には、本明細書に述べられた教示を考慮し、上述の実施形態に対して様々な修正を行ってもよいことが、実際に明らかとなるであろう。以下の特許請求の範囲において、用いられる用語は、特許請求の範囲を、本明細書に開示される実施形態に限定するものと解釈すべきではなく、その表現により特許請求の範囲に含まれることを意図し、かつ本明細書に開示される教示の実施に一般的知識を適用することで当業者が想像できるどのような均等物も、これに含むものと解釈すべきである。
【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５】
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【国際調査報告】
2016510125.tif 000021
2016510125.tif 000022
2016510125.tif 000023
2016510125.tif 000024