(57)【要約】  検出対象である物体への接触または近接を検出するための電子機器が開示されている。電子機器は、ハウジングに囲まれた静電容量センサと、静電容量センサに接続されたコントローラとを備えている。コントローラは、検出対象である物体への接触または近接を検出するように構成され、静電容量センサはセンサ電極付きコンデンサを含む。センサ電極は、ハウジングによってハウジングの外面から分離されている。ハウジングの少なくとも一部が部分的に導電性の材料を含み、センサ電極が部分的に導電性の材料と導電接触するか、またはセンサ電極がハウジングの内面の導電性要素と導電的に接触するか、少なくとも部分的にハウジングに埋め込まれている。
2020520136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器であって、
少なくとも１つのセンサ電極を有するコンデンサを含む静電容量センサと、
前記静電容量センサに結合されたコントローラであって、前記静電容量センサが通電されたときの前記コンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、前記電子機器が物体に接触または近接しているかどうかを判定するように構成された、コントローラと、
前記静電容量センサを囲み、内面と前記内面の反対側の外面とを有するハウジングであって、前記ハウジングの少なくとも第１部分が電気絶縁材料を含み、前記ハウジングの少なくとも第２部分が部分的に導電性の材料を含み、前記少なくとも１つのセンサ電極が、前記ハウジングの前記第２部分と導電接触するとともに前記ハウジングによって前記外面から分離されている、ハウジングと、
を備えた電子機器。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、前記ハウジングの前記内面に配置されている、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記静電容量センサは、
前記コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに備え、前記コントローラは、前記抵抗器に信号を印加して前記静電容量センサを励起するように構成されている、請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記抵抗器の電気抵抗は、前記ハウジングの前記第２部分の前記部分的に導電性の材料の電気抵抗より少なくとも５倍大きい、請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記ハウジングの前記第２部分の前記部分的に導電性の材料は、１×１０５Ω以下の電気抵抗を有し、前記抵抗器は、５×１０５Ω以上の電気抵抗を有する、請求項３に記載の電子機器。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記静電容量センサに通電した後、前記静電容量センサから信号を受信し、
前記受信した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記電子機器が前記物体に接触または近接しているかどうかを判定するようにさらに構成されている、
請求項３に記載の電子機器。
【請求項７】
前記コントローラは、約１００メガヘルツ未満のクロックレートを有するプロセッサを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項８】
前記ハウジングの前記第１部分の前記電気絶縁材料は、非導電性プラスチックを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項９】
前記ハウジングの前記第２部分の前記部分的に導電性の材料は、炭素含浸プラスチックを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、前記ハウジングの前記外面から分離距離だけ離隔されており、前記分離距離は約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートルの間の表面積を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、少なくとも前記ハウジングにおける前記第２部分の厚さだけ前記ハウジングの前記外面から分離されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１３】
電子機器であって、
少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有する静電容量センサと、
前記静電容量センサに結合されたコントローラであって、前記静電容量センサが通電されたときの前記コンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、前記電子機器が物体に接触または近接しているかどうかを判定するように構成された、コントローラと、
前記静電容量センサを囲み、内面と前記内面の反対側の外面とを有するハウジングであって、電気絶縁材料を含み、前記少なくとも１つのセンサ電極が前記ハウジングによって前記外面から分離される、ハウジングと、
前記ハウジングの前記内面に配置され、前記少なくとも１つのセンサ電極と導電接触する導電性要素と、
を備えた電子機器。
【請求項１４】
前記導電性要素は、前記少なくとも１つのセンサ電極の表面積より大きい表面積を有する、請求項１３に記載の電子機器。
【請求項１５】
前記導電性要素は、前記ハウジングの前記内面にコーティングされた導電性塗料である、請求項１３に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記静電容量センサは、
前記コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに備え、前記コントローラは、前記抵抗器に信号を印加して前記静電容量センサを励起するように構成されている、
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートルの間の表面積を有し、前記少なくとも１つのセンサ電極は、前記外面から約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間の距離だけ離隔されている、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項１８】
電子機器であって、
少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有する静電容量センサと、
前記静電容量センサに結合されたコントローラであって、前記静電容量センサが通電されたときの前記コンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、前記電子機器が物体に接触または近接しているかどうかを判定するように構成された、コントローラと、
前記静電容量センサを囲み、内面と前記内面の反対側の外面とを有するハウジングであって、電気絶縁材料を含み、前記少なくとも１つのセンサ電極が前記ハウジングによって前記外面から分離される、ハウジングと、
前記ハウジングに少なくとも部分的に埋め込まれ、前記少なくとも１つのセンサ電極に電気的に接続された導電性要素と、を備えた電子機器。
【請求項１９】
前記導電性要素は、前記少なくとも１つのセンサ電極の表面積より大きい表面積を有する、請求項１８に記載の電子機器。
【請求項２０】
前記導電性要素は、前記少なくとも１つのセンサ電極よりも前記ハウジングの前記外面に近い、請求項１８に記載の電子機器。
【請求項２１】
前記静電容量センサは、前記コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに含み、前記コントローラは、前記抵抗器に信号を印加して前記静電容量センサを励起するように構成されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのセンサ電極は、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートルの間の表面積を有し、前記少なくとも１つのセンサ電極は、前記外面から約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間の距離だけ離隔されている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]関連出願の相互参照
この出願は、あらゆる目的のために、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年４月２１日に提出された「ハウジング内に静電容量センサを含む電子機器」と題する米国特許出願第１５／４９３，５３８号の優先権を主張する。
【０００２】
[0002]本開示は、一般に、電子機器の静電容量センサを使用して物体への接触または近接を検出することに関し、より具体的には、少なくとも部分的に導電性の部分を有する、または導電性要素を有するハウジングによって囲まれた静電容量センサを使用して物体への接触または近接を検出することに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]ウェアラブル医療機器またはパッチを含む電子機器には、生体認証および生物医学用途向けの様々な電子部品が含まれる場合がある。例えば、電子センサパッチは、感知された状態（ｓｔａｔｅ）、条件（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）、または量（ｑｕａｎｔｉｔｙ）を示す信号を送信するように構成され得る。電子センサパッチによって生成された信号は、信号と基礎となる物理量との相関に基づいて、１つ以上の検出可能な物理量を測定するために処理され得る。電子センサパッチに実装され得るセンサの非限定的な例には、温度センサ、パルスセンサ、電界センサ（脳波センサなど）、湿度センサ、液体流量センサ、磁気センサ、圧電センサ、圧力センサ、光学センサ、化学センサ（血糖センサなど）、およびその他の生物医学センサが含まれる。
【０００４】
[0004]多くの電子機器はバッテリを必要とするため、バッテリの電力管理は戦略的に制御する必要がある。電子機器の製造中（ファクトリーモードなど）や保管中（シェルフモードなど）など、電子機器がアクティブに使用されていない場合、電子機器の電源管理は重要である。電力を戦略的に管理して、ファクトリーモードおよびシェルフモード中のバッテリ寿命を節約し、低電力モードで機能させることができる。電子機器の電源管理における課題には、電子機器がアクティブモードで使用され、ファクトリーモードまたはシェルフモードではなくなったときの適切な検出が含まれる。電子機器の様々な構成要素の起動と適切な使用またはインストールを検出するための、電力管理における追加の課題が存在する。
【０００５】
[0005]多くの従来の電子機器では、オン／オフスイッチを設けて、電子機器がいつアクティブになったかを判定することができる。ただし、オン／オフスイッチは、誤ってオンになってバッテリ寿命が無駄に消費される場合があり、また、オン／オフスイッチは、誤ってオフになって電子機器の機能を無効にする場合がある。例えば、電子パッチが誤ってオフにされて電子パッチの診断機能が無効になる場合がある。電子機器が「オン」の位置にパッケージされている場合、バッテリの寿命はすぐに消費され、電子機器の寿命は制限される。
【０００６】
[0006]センサを電子機器とともに使用して、電子機器が開梱、設置、配置、または使用されているかどうかを判定できる。電子機器が使用中であると判定すると、様々な目的に役立つ情報を提供できる。静電容量センサ技術を使用して、電子機器が１つ以上の指定された条件を満たしているかどうかを判定できる。電子機器が使用中であると判定すると、貴重な情報を提供でき、電子機器が使用中でないと判定すると、電力消費の削減をもたらすことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]本開示の装置はそれぞれいくつかの態様を有し、そのうちの単一の態様だけが、本明細書に開示された望ましい属性に単独で責任を負うものではない。
【０００８】
[0008]本開示の主題の一態様は、電子機器に実装することができる。電子機器は、少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有する静電容量センサと、静電容量センサに結合されたコントローラと、静電容量センサを囲み、内面および内面の反対側の外面を有するハウジングとを備えている。コントローラは、静電容量センサが通電されたときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器が物体に接触しているか近接しているかを判定するように構成される。ハウジングの少なくとも第１部分は電気絶縁材料を含み、ハウジングの少なくとも第２部分は部分的に導電性の材料を含み、少なくとも１つのセンサ電極はハウジングの第２部分と導電接触するとともに、ハウジングにより外面から分離されている。
【０００９】
[0009]いくつかの実装形態では、少なくとも１つのセンサ電極がハウジングの内面に配置される。いくつかの実装形態では、静電容量センサは、コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに含み、コントローラは、抵抗器に信号を印加して静電容量センサを励起するように構成される。いくつかの実装形態では、抵抗器の電気抵抗は、ハウジングの第２部分の部分的に導電性の材料の電気抵抗より少なくとも５倍大きい。いくつかの実装形態では、ハウジングの第２部分の部分的に導電性の材料は１×１０５Ω以下の電気抵抗を有し、抵抗器は５×１０５Ω以上の電気抵抗を有する。いくつかの実装形態では、コントローラは、約１００メガヘルツ未満のクロックレートを有するプロセッサを含む。いくつかの実装形態では、ハウジングの第２部分の部分的に導電性の材料は、炭素含浸プラスチックを含む。
【００１０】
[0010]本開示で説明する主題の別の革新的な態様は、電子機器に実装することができる。電子機器は、少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有する静電容量センサと、静電容量センサに結合されたコントローラと、静電容量センサを囲み、内面および内面の反対側の外面を有するハウジングと、ハウジングの内面に配置され、少なくとも１つのセンサ電極と導電接触する導電性要素と、を備える。コントローラは、静電容量センサが通電されたときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器が物体に接触しているか近接しているかを判定するように構成される。ハウジングは、電気絶縁材料を含み、少なくとも１つのセンサ電極は、ハウジングによって外面から分離されている。
【００１１】
[0011]いくつかの実装形態では、導電性要素は、少なくとも１つのセンサ電極の表面積より大きい表面積を有する。いくつかの実装形態では、導電性要素は、ハウジングの内面にコーティングされた導電性塗料である。いくつかの実装形態では、静電容量センサは、コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに含み、コントローラは、抵抗器に信号を印加して静電容量センサを励起するように構成される。
【００１２】
[0012]本開示で説明する主題の別の革新的な態様は、電子機器に実装することができる。電子機器は、少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有する静電容量センサと、静電容量センサに結合されたコントローラと、静電容量センサを囲み、内面および内面の反対側の外面を有するハウジングと、少なくとも部分的にハウジングに埋め込まれ、少なくとも１つのセンサ電極に電気的に接続された導電性要素と、を備えている。コントローラは、静電容量センサが通電されたときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器が物体に接触しているか近接しているかを判定するように構成される。ハウジングは、電気絶縁材料を含み、少なくとも１つのセンサ電極は、ハウジングによって外面から分離されている。
【００１３】
[0013]いくつかの実装形態では、導電性要素は、少なくとも１つのセンサ電極の表面積より大きい表面積を有する。いくつかの実装形態では、導電性要素は、少なくとも１つのセンサ電極よりもハウジングの外面に近い。いくつかの実装形態では、静電容量センサは、コンデンサと電気的に直列に接続された抵抗器をさらに含み、コントローラは、抵抗器に信号を印加して静電容量センサを励起するように構成される。
【００１４】
[0014]本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、特許請求の範囲の例示的な実施形態を示し、上記の一般的な説明および以下の詳細な説明とともに、特許請求の範囲の特徴を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】いくつかの実装によるハウジングおよびベースを含む例示的な電子機器の概略図である。
【図２】いくつかの実装による、ファクトリーモード、シェルフモード、およびアクティブモード中の電子機器の様々な電子部品の電力消費を示すタイミング図である。
【図３Ａ】いくつかの実装によるリモート機器と通信する例示的な電子機器のブロック図表現である。
【図３Ｂ】いくつかの実装による、物体に近接する例示的な電子機器のブロック図表現である。
【図３Ｃ】いくつかの実装による電子機器の静電容量センサの回路図およびタイミング図を有する例示的な電子機器のブロック図表現である。
【図３Ｄ】いくつかの実装による例示的な電子機器の静電容量センサの動作を示す回路図およびタイミング図である。
【図４】いくつかの実装形態による、少なくとも部分的に導電性である部分を有するハウジングを備えた電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。
【図５】いくつかの実装形態による、ハウジングおよびハウジングの内面上の導電性要素を備えた電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。
【図６】いくつかの実装形態による、ハウジングおよびハウジングに埋め込まれた導電性要素を有する電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0024]様々な図面の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示している。
【００１７】
[0025]添付の図面を参照して、様々な実施形態を詳細に説明する。可能な限り、同一のまたは類似の部品を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。特定の例および実装に対する参照は、例示を目的とするものであり、特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。
【００１８】
[0026]説明された実装は、センサシステムを含む任意の機器、装置、またはシステムで実装され得る。本明細書で使用される「電子機器」および「電子センサ機器」は、交換可能に使用され得る。いくつかの実装形態では、電子機器は、生物医学または生体認証機器であり得る。いくつかの実装形態では、電子機器は、ユーザが着用する電子パッチなどのウェアラブル機器であり得る。ウェアラブル機器の非限定的な例には、パッチ、ブレスレット、アームバンド、リストバンド、リング、ヘッドバンド、ベルトなどが含まれる。電子機器は、検出可能な物理的現象または量を感知または測定するための１つまたは複数のセンサを含み得る。例えば、１つまたは複数のセンサを使用して、患者の体の測定値または測定結果を取得できる。電子機器は、測定または検知された状態、条件、または量を示す信号を送信するように構成され得る。センサによって生成された信号は、信号とそれに内在する物理現象または物理量との間の相関に基づいて、検出可能な物理現象または物理量を測定するために処理され得る。電子機器に実装され得るセンサの非限定的な例には、温度センサ、パルスセンサ、電界センサ（脳波センサなど）、湿度センサ、液体流量センサ、磁気センサ、圧電センサ、圧力センサ、光学センサ、化学センサ（血糖センサなど）などが含まれる。
【００１９】
[0027]本開示は、一般に、ハウジングによって囲まれた静電容量センサを備えたシステムまたは機器に関する。機器の制約により、センサ面積が小さいなど、静電容量センサのサイズが制限される場合、静電容量の変化の範囲は小さく、検出分解能は小さくなる。さらに、ハウジングが静電容量センサのセンサ電極と検出対象物との間で静電容量センサを分離しているため、静電容量センサの感度および範囲が低下する。
【００２０】
[0028]本開示の電子機器は、静電容量センサおよびハウジングを備えている。静電容量センサは、物体への接触または近接を検出するように構成されており、静電容量センサはセンサ電極を含む。ハウジングは静電容量センサを囲み、センサ電極を外面から分離する。ハウジングは、部分的に導電性の材料で作られた部分を含むか、ハウジングの内面に導電性要素を有するか、または少なくとも部分的にハウジングに埋め込まれている。いくつかの実装形態では、センサ電極は、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートルの間の表面積などの小さな幾何学形状を有する。いくつかの実装形態では、センサ電極を外面から分離するハウジングの厚さは、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間の厚さなど、静電容量センサの検出分解能に影響を与えるのに十分な大きさである。
【００２１】
[0029]本開示で説明する主題の特定の実装を実施して、以下の潜在的な利点のうちの１つまたは複数を実現することができる。小さい形状の静電容量センサを使用すると、電子機器を小さなサイズにパッケージ化して、機器の制約を満たし、ユーザの負担を軽減できる。十分に厚いハウジング内に囲うことは、構造的なサポートを提供し、環境または外力から保護する。部分的に導電性の部分または導電性要素を備えたハウジングは、センサ電極のサイズを効果的に大きくする、および／またはセンサ電極をハウジングの外面に近づけることにより、静電容量センサの感度を高める。感度の増加により、静電容量センサのサイズを大きくしたり、ハウジングの厚さを小さくしたりする負担なしに、物体を検出できる範囲が広がる。さらに、電子機器の電力消費を増加させ得るプロセッサの速度（例えば、周波数）を増加させる負担なしに、感度の増加を達成することができる。いくつかの実装では、電子機器が複数の静電容量センサまたはセンサ電極を互いに近接して含む場合、センサ電極は互いに重なり合い、ある領域を別の領域から識別する際に問題を引き起こす可能性がある。ただし、センサ電極をハウジングの外面に効果的に近づけることにより、静電容量センサの妥当な性能を維持しながら、隣接する静電容量センサ間の相互作用を減らすことができる。
【００２２】
[0030]図１は、ハウジングおよびベースを含む例示的な電子機器の概略図である。電子機器１００は、物体１３０が近くにあるときを検出するように構成され得る。いくつかの実装形態では、電子機器１００は、患者の体の皮膚など、患者に適用され得る。図１の電子機器１００は、ハウジング１１０と、ハウジング１１０上に配置されたベース１２０とを含み、ベース１２０は、ハウジング１１０の物体１３０に面する側に配置することができる。ハウジング１１０は、様々な回路、電子部品、センサ、および制御システムを含む電子パッケージの一部として機能し得る。いくつかの実装形態では、ハウジング１１０は、回路基板およびセンサを囲んでいてもよく、回路基板はコントローラを含み、センサは静電容量センサを含む。静電容量センサは、電子機器１００が患者の体などの物体１３０に近接しているか接触しているかを判定するように構成され得る。他のセンサは、温度、脈拍数、血圧、血糖値など、検出可能な物理現象または他の量の測定に役立つ。ベース１２０は、ハウジング１１０上に配置されてもよく、またはその逆であってもよく、ハウジング１１０から取り外すことができるものであってもよい。いくつかの実装形態では、ベース１２０は、ハウジング１１０の保護層またはカバーとして機能し得る。いくつかの実装形態では、ベース１２０は電気絶縁材料を含む。例えば、ユーザは、ハウジング１１０を把持し、取り外し力を加えて、ハウジング１１０をベース１２０から取り外すことができる。
【００２３】
[0031]いくつかの実装形態では、電子機器１００は、電子パッチまたは電子センサパッチである。電子パッチは、様々な生体認証または生物医学的用途の実行に適していてもよい。そのような実施形態におけるハウジング１１０は、ベース１２０から剥がされてもよく、またはベース１２０がハウジング１１０から剥がされてもよい。ハウジング１１０の側面は露出しており、ハウジング１１０からベース１２０を取り外した後、患者の体などの物体１３０に貼り付けることができる。電子機器１００の１つまたは複数のセンサは、ベース１２０が取り外されたとき、および電子機器１００のハウジング１１０が物体１３０に取り付けられたときを検出するように構成され得る。例えば、ハウジング１１０からベース１２０を取り外すことにより、電子機器１００を低電力モード（例えば、シェルフモード）から高電力モード（例えば、アクティブモード）に移行させ得る。
【００２４】
[0032]いくつかの実装形態では、電子機器１００は、電子パッチまたは電子センサパッチに限定されず、物体１３０への近接を検出するために適用または使用され得る任意の電子機器１００である。例えば、電子機器１００は、グルコメータ、ＥＫＧモニタ、血圧モニタ、温度センサ、または他の機器など、生体認証または生物医学機能が可能な機器である。電子機器１００の形状、サイズ、または構造に関わらず、電子機器１００内の１つまたは複数のセンサは、電子機器１００が物体１３０に近接または接触しているときを検出することができてもよい。
【００２５】
[0033]いくつかの実装形態では、ハウジング１１０は、ベース１２０によって覆われた１つまたは複数の静電容量センサを含み得る。典型的には、ベース１２０は、日常的な取り扱いまたは不注意による押圧によってトリガされないように、１つ以上の静電容量センサを覆っていてもよい。ベース１２０がハウジング１１０から取り外されると、ハウジング１１０は物体１３０に取り付けられ、１つまたは複数の静電容量センサは、電子機器１００が物体１３０と接触しているかどうかを検出することができる。あるいは、物体１３０に面するハウジング１１０の側面を覆うベース１２０は除去されず、ハウジング１１０上に残っていてもよい。物体１３０に面するベース１２０の表面は、物体１３０に付着することができ、一方、ベース１２０は、１つ以上の静電容量センサを覆う。１つ以上の静電容量センサは、ベース１２０が所定の位置にある状態で、電子機器１００が少なくとも物体１３０に近接しているかどうかを検出することができる。
【００２６】
[0034]いくつかの実装形態では、ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方が剛体である。例えば、電子機器１００のハウジング１１０は剛体であってもよい。いくつかの実装形態では、ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方は可撓性を有する。例えば、電子機器１００のハウジング１１０は可撓性を有していてもよい。いくつかの実装形態では、ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方が半剛体である。例えば、電子機器１００のハウジング１１０は半剛体であってもよい。ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方が剛体または半剛体である場合、低コストおよび製造の容易さの利点が達成され得る。ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方を剛体または半剛体にすることにより、電子機器１００の他の部分も剛体または半剛体にすることができ、それによって電子機器１００の組み立てが簡単になる。ハウジング１１０およびベース１２０の一方または両方が可撓性である場合、電子機器１００を物体１３０により効果的に付着できるという利点が達成され得る。
【００２７】
[0035]電子機器１００は、電力の消費を管理するために異なるモードまたは電力状態で動作することができてもよい。電子機器１００は、特定のタイミング条件または接続条件が満たされるかどうかなど、特定の条件が満たされるかどうかに応じて、あるモードから別のモードに移行することができる。異なるモードまたは電力状態は、電子機器１００の電力管理の範囲と柔軟性を大きくすることができる。一例として、電子機器１００は、低電力モードおよび高電力モードを有することができ、または電子機器１００は、最低電力モード、低電力モード、高電力モード、および最高電力モードのうちの２つ以上を有し得る。図２に示されるように、電子機器は、最低電力モード（例えば、ファクトリーモード）、低電力モード（例えば、シェルフモード）、および高電力モード（例えば、アクティブモード）を有し得る。２つ以上の電力状態を有する電子機器は、他の電力状態を有し得ることが理解されるであろう。一例では、電子機器は、超低電力モード、低電力モード、および高電力モードを有し得る。いくつかの実装では、超低電力モードをシェルフモードにすることができる。そのような場合、電子機器は、アクティブモードと低電力モードとの間で変調することができ、その場合、低電力モードの電子機器は、そのシェルフモードよりも高い電力で動作する。別の例では、電子機器は、シェルフモードと低電力モードとが同一である低電力モードと高電力モードとを有することができる。
【００２８】
[0036]図２は、いくつかの実装による、ファクトリーモード、シェルフモード、およびアクティブモード中の電子機器の様々な電子部品の電力消費を示すタイミング図である。しかしながら、電子機器は、前述の動作モードまたは電力状態に限定されず、異なる、より少ない、またはより多い動作モードまたは電力状態を有してもよいことが理解されるであろう。ファクトリーモード２１０は、電子機器の構成、組み立て、および／または試験を可能にする一時的なモードであってもよい。シェルフモード２４０の間、電子機器は、満たされるべき特定の条件を監視する際に「アクティブ」であるが、電子機器の保管寿命を延ばすために低電力状態で動作する。電子機器がシェルフモード２４０からアクティブモード２５０に移行すると、電子機器は完全に動作可能になる。
【００２９】
[0037]電力管理を達成するために、タイミング図２００は、電子機器が異なるモード２１０、２４０、および２５０の間を遷移するときの電子機器内の特定の構成要素の電力使用量を追跡する。いくつかの実装形態では、製造プロセスの期間を表すファクトリーモード２１０を確立することができる。例えば、ファクトリーモード２１０は、電池がバッテリ設置２０１に設置されるときなど、電力の印加から確立されてもよく、製造、組み立て、試験、および包装が完了するまで継続してもよい。ファクトリーモード２１０の前に、電子機器は、クロックおよび周辺電子構成要素を含むすべての構成要素がオフにされるさらに低い電力で動作していてもよい。ファクトリーモード２１０の間、コントローラは低電力クロック２０４の動作を開始してもよい。高電力クロックや周辺の電子部品など、他のすべての構成要素はオフになる。低電力クロック２０４により、コントローラは、起動（例えば、バッテリ設置２０１）からの経過時間を知ることができ、ファクトリーモード２１０の残り時間を追跡することができる。ファクトリーモード２１０が終了すると、電子機器は、検出動作が定期的に実行されるシェルフモード２４０に移行する。シェルフモード２４０では、電子機器は低電力クロック２０４を使用して１つ以上のセンサを定期的に「起動」し、電子機器が適用または取り付けられたかなどの特定の条件を満たすかどうかを判定することができる。
【００３０】
[0038]検出間隔２３０は、特定の条件が電子機器によって満たされるかどうかを１つ以上のセンサが感知する短い時間間隔を表してもよい。検出間隔２３０は、電子機器が指定された条件を満たすまで周期的に実行されてもよい。いくつかの実装形態では、検出間隔２３０は、約１秒〜約６０秒の間など、数秒〜数分の範囲であり得る。他の実装形態では、検出間隔２３０はより短くても長くてもよい。検出間隔２３０は、完成した電子機器製品の応答性を最適化するために設定されてもよい。例えば、検出間隔２３０は、低電力状態の長さを最適化して電池寿命を維持し、応答性を改善するための比較的短い検知間隔を提供するように設定することができる。
【００３１】
[0039]検出間隔２３０の間、コントローラは、１つまたは複数のセンサのチェックを実行して、指定された条件が満たされているかどうかを判定するように構成されてもよい。一例では、全デューティ・サイクル・クロックなどの高電力クロック２０２は、検出動作を完了するのに十分な期間有効化されてもよい。高電力クロック２０２は、電力に最小限の影響を与えながら、指定された条件が満たされているかどうかを検出するために十分に短い期間、全デューティクロック信号２０６を生成してもよい。全デューティクロック信号２０６の十分に短い期間は、約１０マイクロ秒未満など、数マイクロ秒〜数ミリ秒の範囲であってもよい。全デューティクロック信号２０６の間、コントローラおよび１つ以上のセンサは、検出動作または読み取りを実行してもよい。１つ以上のセンサは、コントローラによって受信される信号を生成してもよい。いくつかの実装形態では、１つまたは複数のセンサは、静電容量センサが充電されたときに静電容量の充電率を示す信号を生成する静電容量センサを含んでもよい。これは、時定数から静電容量を計算するか、信号に関連する立ち上がり時間の変化によって静電容量を推測することで実行できる。充電サイクルが長くなるのは、一般に、人と接触したり、人の肌に近接したりすることに関連する。１つまたは複数のセンサから静電容量の充電率を示す信号を受信すると、コントローラは、指定された検出条件が満たされているかどうかを判定できる。指定された条件が満たされない場合、高電力クロック２０２は無効になり、１つまたは複数のセンサおよび／またはコントローラはスリープに戻る。言い換えれば、１つ以上のセンサおよび／またはコントローラは、次の検出間隔２３０まで無効化またはオフにされる。低電力クロック２０４は、１つまたは複数のセンサをスリープから定期的に起動するように動作し続ける。指定された条件が満たされると、周辺電子部品を含む電子機器の全機能がオンになり得る。
【００３２】
[0040]起動検出２４１に応答して、シェルフモード２４０からアクティブモード２５０に移行するために指定された条件が満たされていると判定することが行われ得る。電子機器が身体に近接または接触しているかどうかを判定し、電子機器が適切に設置、起動、または使用されていることを確認するために、１つまたは複数のセンサを採用してもよい。アクティブモード２５０の間、電子機器および周辺電子部品に関連するすべてのセンサがアクティブ化され得る。電子機器および周辺電子部品に関連付けられたセンサは、複数のセンサを使用した検証シーケンスに従って順次アクティブ化できる。検知構成要素および無線通信構成要素２０８（例えば、無線周波数モジュール）は、アクティブモード２５０の間にアクティブ化され得る。さらに、高電力クロック２０２は、連続的に動作してもよく、またはコントローラの制御下で要求されてセンサ読み取りを実行し、センサの測定値を別の機器に送信してもよい。アクティブモード２５０の間、電子機器の全動作が利用可能になり得る。いくつかの実装形態では、低電力クロック２０４は、図２に示すように引き続き使用されている場合があり、またはオプションで無効にされる場合がある。低電力クロック２０４は、バッテリの充電状態の残り量や残り時間などの量を監視することができる。いくつかの実装形態では、電子機器は、身体から取り外され、身体の近くから取り外され、アンインストールされ、非アクティブ化され、または使用から取り外されてもよい。そのような条件下では、電子機器は低電力モードまたはシェルフモード２４０に戻る場合がある。代替的または追加的に、電子機器は、スマートフォン、クラウドサーバ、または他のリモート機器などの別の機器にアラートまたは通知を提供してもよい。
【００３３】
[0041]いくつかの実装形態では、電子機器に総有効寿命パラメータが提供される場合があるが、これは品質またはその他の要因によって影響を受ける可能性がある。総有効寿命パラメータは、他のタイマ値と同様に、低電力クロック２０４の動作によりカウントダウンされ得るタイマ値の形式であり得る。いくつかの実装形態では、シェルフモード２４０およびアクティブモード２５０の間など、様々なモード２１０、２４０、および２５０の間、総有効寿命パラメータがカウントダウンされ得る。電子機器が有効寿命の終わりに近づいていることを総有効寿命タイマが示すと、電子機器はユーザに警告を発する。いくつかの実装形態では、警告は、電子機器の取り外しまたは交換が必要であることを示してもよい。
【００３４】
[0042]図３Ａは、いくつかの実装によるリモート機器と通信する例示的な電子機器のブロック図表現である。電子機器３００は、アンテナ３１１、無線通信構成要素３２０、コントローラ３３０、電子機器３００の特定の状態を検出するための静電容量センサ３４０、１つ以上のセンサ３４５、および電源３５０を含んでいてもよい。構成要素の一部またはすべては、ハウジング３１０によって囲まれていてもよい。点線で示すように、環境保護を提供するために、電子機器３００の構成要素の一部またはすべてを封入、カプセル化、または密封してもよい。いくつかの実装形態では、電子機器３００は、湿潤状態を含む様々な環境条件で動作するように構成され得る。コントローラ３３０および無線通信構成要素３２０などの電子機器３００の構成要素のいくつかまたはすべては、個々の構成要素として提供されてもよく、または単一の機器に統合されてもよい。電子機器３００の構成要素は、水または他の液体に少なくとも部分的に沈められたときに動作を可能にするために密封またはカプセル化されてもよい。
【００３５】
[0043]いくつかの実装形態では、無線通信構成要素３２０は、一方向または双方向の無線周波数（ＲＦ）通信を行う送信機またはトランシーバを含む。無線通信構成要素３２０は、ベースバンド、中間および送信周波数モジュールおよびエンコーダを含むＲＦモジュールであってもよい。ＲＦモジュールは、リモート機器３７０の構成によってサポートされる通信のタイプに応じて、いくつかのＲＦ帯域のうちの１つ以上で動作し得る。無線通信構成要素３２０は、コントローラ３３０に結合されてもよく、アンテナ３１１に結合されてもよい。電子機器３００のアンテナ３１１は、無線通信リンク３１１ａを介してリモート機器３７０のアンテナ３７２との無線通信を確立するように構成され得る。１つ以上のセンサ３４５からのセンサデータまたは測定値は、電子機器３００から別の機器に転送されてもよい。加えて、電子機器３００の検出動作に関するフィードバックは、リモート機器３７０に通信されてもよく、リモート機器３７０は、電子機器３００に命令を提供するように構成されてもよい。例えば、リモート機器３７０が電子機器３００によって満たされる検出条件に関するフィードバックを受信すると、リモート機器３７０は、電子機器３００を完全に起動するための一連の命令を伝達することができる。したがって、静電容量センサ３４０が特定の状態を検出するというフィードバックをリモート機器３７０が受信した場合、リモート機器３７０は、電子機器３００を完全に作動させるために適切な方法で電子機器３００を扱うようユーザに指示することができる。図３Ａには示されていないが、電子機器３００は、第１状態を検出する第１センサ、第２状態を検出する第２センサ、第３状態を検出する第３センサ、第４状態を検出するための第４センサ、第５状態を検出するための第５センサなどの追加の状態を検出する追加のセンサを備えていてもよい。第１条件、第２条件、第３条件などには、他の条件の中で、身体との接触、身体への近接、針の適用、ＥＫＧモニタの電極の適用、ボタンの押下、およびベースの取り外しなどの条件が含まれる。いくつかの実装形態では、リモート機器３７０は、スマートフォン、クラウドサーバ、またはセルラー通信機能を有する他の機器である。
【００３６】
[0044]電子機器３００のコントローラ３３０は、本明細書で説明される方法の一部またはすべてを実行することができてもよい。コントローラ３３０は、「制御ユニット」、「制御システム」、「マイクロコントローラ」、または「処理ユニット」と交換可能に使用されてもよい。コントローラ３３０は、プロセッサ３３２およびメモリ３３１を含み得る。プロセッサ３３２は、シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサであってもよく、これは、汎用であるか、または電子機器３００での使用に特に適合され得る。コントローラ３３０のメモリ３３１は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）またはそれらの組み合わせであってもよい。メモリ３３１は、コントローラ３３０に命令を提供してもよい。
【００３７】
[0045]１つまたは複数のセンサ３４５は、患者の身体の測定値または測定結果を取得するなど、検出可能な物理的現象または物理量を感知または測定することができてもよい。１つ以上のセンサ３４５の例には、温度センサ、パルスセンサ、電界センサ（例えば、脳波計センサ）、湿度センサ、液体流量センサ、磁気センサ、圧電センサ、圧力センサ、光学センサ、化学センサ（例えば、血糖センサ）などが含まれ得る。しかし、いくつかの実装形態では、電子機器３００には１つまたは複数のセンサ３４５のいずれも装備されていなくてもよいことが理解されよう。
【００３８】
[0046]電子機器３００のコントローラ３３０、静電容量センサ３４０、無線通信構成要素３２０、および他の任意の電子構成要素は、電源３５０によって電力供給されてもよい。いくつかの実装形態では、電源３５０はバッテリである。バッテリは、電子機器３００の予測寿命にわたって電子機器３００に関連する様々な回路を作動させるのに十分な電力の任意の適切なバッテリであり得る。例えば、バッテリは標準の腕時計またはコイン型電池である。
【００３９】
[0047]静電容量センサ３４０は、有効な静電容量と抵抗とを有することができる。静電容量センサ３４０は、コンデンサ３４２および抵抗器３４４を含む。他のセンサが電子機器３００に含まれてもよい。例えば、電子機器３００は、皮膚の検出を判定するために患者の身体の皮膚のオームインピーダンスを直接測定することができる生体インピーダンスセンサをさらに含んでもよい。別の例では、電子機器３００は、静電検出を使用するか、または２つ以上の電極間のインピーダンスを直接測定して電子機器３００が適切に設置されたかどうかを判定することができるＥＫＧ電極をさらに含み得る。さらに別の例では、電子機器３００は、電子機器３００の一部が患者の体の皮膚に注入されたかどうかを判定するために、グルコース監視針または感知ワイヤをさらに含んでもよい。さらに別の例では、電子機器３００は、ユーザが押すことができる機械的スイッチをさらに含み得る。
【００４０】
[0048]図３Ｂは、いくつかの実装による、物体に近接する例示的な電子機器のブロック図表現である。静電容量センサ３４０は、電子機器３００が物体１３０に接触しているか近接しているかを検出するように構成される。静電容量センサ３４０は、無生物と人などの生物とを区別し得る。一般に、無生物は静電容量センサ３４０を始動させるのに十分な導電性ではない。さらに、コントローラ３３０は、人が本質的に電子機器３００と直接物理的に接触しているときに人の体を検出するように向けられてもよい。いくつかの実装形態では、物体１３０に近接しているという検出が、電子機器３００が物体１３０に非常に近い、または物体１３０にほとんど触れていることを意味するように、検出しきい値およびセンサ形状を調整することができる。いくつかの実装形態では、物体１３０に近接するとは、物体１３０と電子機器３００との間が約１０ミリメートル以下、約５ミリメートル以下、約２ミリメートル以下、または約１ミリメートル以下の距離であることを指す。ハウジング３１０の厚さを考慮して、静電容量センサ３４０と物体１３０との間にいくらかの距離があってもよい  ハウジング３１０が考慮されると、電子機器３００との本質的に直接の物理的接触が電子機器３００の検出をトリガできるように、感度および検出しきい値が調整され得る。したがって、物体１３０に近接しているということは、静電容量センサ３４０を物体１３０から分離する可能性のある機器要件（例えば、ハウジング３１０の厚さ）を考慮すると、電子機器３００が物体１３０に接触することを意味する。
【００４１】
[0049]図３Ｃは、いくつかの実装による電子機器の静電容量センサの回路図およびタイミング図を有する例示的な電子機器のブロック図表現である。第１センサ３４０のコンデンサ３４２は、１つ以上の導電性表面３４６、３４８を含み得る。１つまたは複数の導電性表面３４６、３４８は導電性パッドとして見えることがあるが、導電性表面は様々な形状、サイズ、および構造をとることができる。１つ以上の導電性表面３４６、３４８の異なる形状、サイズ、および構造は、検出の可能性を高めるために、広範囲にわたって電子機器３００の接触を最適化することができる。
【００４２】
[0050]静電容量センサ３４０は、実効静電容量Ｃおよび抵抗Ｒを有し得る。いくつかの実装形態では、電流源が静電容量センサ３４０を駆動し得るため、抵抗Ｒを提供する抵抗器３４４は任意である。また、いくつかの実装形態では、抵抗器３４４および１つまたは複数の導電性表面３４６、３４８は、コンデンサおよび抵抗器と機能的に同等であるか、１つまたは複数の導電性表面３４６、３４８に印加されるタッチ信号に同様の応答を提供する他の構成要素であってもよい。図示された実装は、例示的かつ非限定的であることを意味し、検出動作を達成するために使用され得る回路の例を示している。したがって、他の回路を使用して、電子機器３００が設置されている、起動されている、または使用中であることを検出することができる。
【００４３】
[0051]図３Ｃの実装では、電子機器３００が物体１３０に近接または接触しない場合、第１センサ３４０に関連する信号は、静電容量Ｃおよび抵抗Ｒの値に基づいて所定の時定数（例えば、ＲＣ時定数）を有し得る。このような信号は、電圧源または電流源のいずれかからの所定のパルスまたは信号で回路を刺激することにより生成される。そのような信号は、抵抗器３４４のノード３４４ａに印加されてもよい。応答は、コントローラ３３０上のピンに結合され得るノード３４４ｂから「読み取られ」得る。例えば、そのようなパルスまたは信号の立ち上がり時間３４９は、ノード３４４ｂで信号を読み取ることにより、コントローラ３３０によって測定されてもよい。あるいは、信号は、静電容量Ｃおよび抵抗Ｒの値によって確立された時定数に基づいて、コントローラ３３０の内部で生成されてもよい。当業者は、静電容量Ｃおよび抵抗Ｒの値の確立された関係を利用するために他のアプローチも使用できることを理解するであろう。
【００４４】
[0052]電子機器３００が検出される物体に近接している場合、静電容量センサ３４０の実効静電容量ＣはＣ’に変化する。例えば、これは、空気と皮膚／組織の誘電特性の違いに一部起因する可能性がある。ＣからＣ’への静電容量の変化に応じて、静電容量センサ３４０に関連付けられた信号は、静電容量Ｃ’および抵抗Ｒの新しい値に基づいて新しい時定数（例えば、ＲＣ’時定数）を有し得る。このような信号は、静電容量センサ３４０を付勢または刺激してコンデンサ３４２を充電することにより生成され得る。したがって、ノード３４４ａに印加された所定のパルスまたは信号で回路を刺激し、ノード３４４ｂから応答を読み取ることにより、信号を生成することができる。例えば、そのようなパルスまたは信号の立ち上がり時間３４９は、コントローラ３３０によって測定および受信され得る。検出状態と非検出状態の立ち上がり時間の違い３４９は、コントローラ３３０によって測定および受信され、立ち上がり時間３４９の差は、静電容量の充電率を示している可能性がある。結果として、電子機器３００の特定の状態は、立ち上がり時間３４９の差に基づいて決定され得る。時間は立ち上がり時間として記述されるが、減衰時間も検出状態と非検出状態との間の時定数の差を計算するために効果的に使用できる。
【００４５】
[0053]電子機器３００の検出状態および非検出状態は、静電容量の充電率の測定値を、非検出状態に対応することが知られている以前の測定値または記憶された測定値と比較することにより決定できる。例えば、ＲとＣに選択された値に応じて、検出された状態と検出されない状態の差は大きく異なる場合がある。しかしながら、ＲおよびＣの値のいくつかの選択は、電子機器３００の高感度につながる可能性がある。高感度の静電容量センサ３４０は、誤検出の判定を行う傾向がある。ＲおよびＣの値は、一部の実装では、ＲＣ時定数（例えば、立ち上がり時間、減衰時間）の測定に使用される時間にさらに依存し得る。いくつかの実装でのＲとＣの値に関するさらなる考慮事項には、消費電流が含まれる。消費電流は、印加電圧レベル、測定時間、および／またはその他の考慮事項に直接依存し得る。いくつかの実装では、バッテリ寿命を延長するために、検出感度を維持しながら電流消費を最小限に抑えてもよい。上述のように、抵抗器３４４を含む代わりに、電流源を使用して静電容量センサ３４０を励起することで同様の結果を得ることができる。
【００４６】
[0054]静電容量センサ３４０は、１つ以上のアクティブノード３４６を含み、各アクティブノード３４６は導電性表面を有する。図３Ｃでは、静電容量センサ３４０は、少なくとも１つのアクティブノード３４６を含む。アクティブノード３４６は、ハウジング３１０内の電子機器３００の他の構成要素で包まれるかまたは囲まれ得る。静電容量センサ３４０は、１つ以上の接地ノード３４８を含むことができ、各接地ノード３４８は導電性表面を有する。図３Ｃでは、静電容量センサ３４０は少なくとも１つの接地ノード３４８を含む。接地ノード３４８は、電子機器３００内または電子機器３００上のどこに配置されてもよい。例えば、接地ノード３４８は、ハウジング３１０内の浮遊電極であり得る。
【００４７】
[0055]電子機器３００は物体に近接または接触して配置できるため、水分、水、他の流体または材料、または機器との機械的接触による衝撃など、電子機器に敵対する様々な要素にさらされる可能性がある。したがって、カプセル化とは、回路を環境要素から保護するバリアまたはシールを提供する、樹脂または他の材料などの材料で電子機器３００の構成要素を包むことを指し得る。カプセル化は、特定の配置または方向に構成要素を保持する目的、および構成要素を損傷から保護する目的などで、デリケートな構成要素の構造的サポートをさらに提供する。いくつかの実装形態では、導電性表面３４６、３４８は、検出された状態と検出されていない状態とでそれらの間に有効な静電容量を有し得る。電子機器３００が検出対象の物体に近接または接触すると、導電性表面３４６、３４８に関連する電界が修正され、これにより、実効静電容量がＣからＣ’に直接変化する。導電性表面３４６、３４８の少なくとも１つは、ハウジング３１０によって囲まれ、検出される物体と直接接触しないようにすることができる。したがって、導電性表面３４６、３４８の少なくとも一方の潜在的な劣化を低減することができる。ハウジング３１０による囲いは、静電容量センサ３４０によって提供される読み取り値に対する水分などの環境要因の影響をさらに制限し得る。さらに、静電容量センサ３４０を囲むハウジング３１０の材料は、皮膚の刺激の可能性を低減するように構成されてもよい。したがって、導電性表面３４６、３４８との直接接触を制限することにより、導電性表面３４６、３４８を身体の皮膚と同様に保護することができる。静電容量の充電率の差は、ＲＣ時定数からＲＣ’時定数へのＲＣ時定数の変化の影響を受ける信号の立ち上がり時間３４９を比較することで検出できる。
【００４８】
[0056]図３Ｄは、いくつかの実装による例示的な電子機器の静電容量センサの動作を示す回路およびタイミング図である。実装３０２に示されるいくつかの実装では、信号は、静電容量センサ３４０に出力または「書き込まれる」か、コントローラ３３０の汎用入出力（ＧＰＩＯ）ピンから静電容量センサ３４０から読み取られる。出力信号は、抵抗３６１、ベース静電容量Ｃｂａｓｅ３６３、および身体検出静電容量Ｃｂｏｄｙ＿ｄｅｔｅｃｔ３６４で構成され得る静電容量センサ３４０のＲＣ回路を充電し得る。身体検出静電容量Ｃｂｏｄｙ＿ｄｅｔｅｃｔ３６４は、電極３４８ａ、３４８ｂから構成されてもよく、いくつかの実装では、一対の導電性表面または電極を含み得る。コントローラ３３０のＧＰＩＯピンは、入出力ピンであってもよい。コントローラ３３０のＧＰＩＯピンは、入力機能と出力機能との間でＧＰＩＯピンを切り替えるスイッチ３６９に結合されてもよい。
【００４９】
[0057]出力モードでは、スイッチ３６９はピンドライバ３６５に結合されてもよい。コントローラ３３０によって出力信号ＧＰＩＯ＿ＷＲが生成されると、出力信号は、ピンドライバ３６５およびスイッチ３６９を介して静電容量センサ３４０に結合され得る。
【００５０】
[0058]入力モードでは、スイッチ３６９はピンバッファ３６７に結合されて、静電容量センサ３４０からの入力がスイッチ３６９を通して読み取られるようにすることができる。スイッチ３６９の状態の切り替えは、コントローラ３３０によって制御されてもよい。例えば、コントローラ３３０は、スイッチ３６９を出力モードに構成してもよい。コントローラ３３０は、出力信号ＧＰＩＯ＿ＷＲを生成し、ピンドライバ３６５およびスイッチ３６９を介して静電容量センサ３４０に信号を印加することができる。監視サイクルの開始時に、出力信号を静電容量センサ３４０に印加して、静電容量センサ３４０を励起し、静電容量センサ３４０を充電することができる。次に、コントローラ３３０は、スイッチ３６９を入力モードに変更することができ、入力モードでは、入力信号ＧＰＩＯ＿ＲＤは、ピンバッファ３６７、スイッチ３６９、および静電容量センサ３４０を介して読み取られ得る。例えば、入力信号ＧＰＩＯ＿ＲＤにより、コントローラ３３０は、静電容量センサ３４０の電荷プロファイルまたは時定数を読み取ることが可能になり得る。静電容量センサ３４０からの信号を印加および読み取る他の構成が可能であることが理解される。
【００５１】
[0059]いくつかの実装形態では、例えば、検出される物体が存在しない場合、コントローラ３３０は、時間ｔ０で出力信号ＧＰＩＯ＿ＷＲを適用することにより汎用信号線の動作を切り替えることができる。次に、コントローラ３３０は、入力モードに切り替えて、静電容量センサ３４０から入力信号ＧＰＩＯ＿ＲＤを受信することができる。信号の立ち上がり特性は、充電フェーズ中に読み取られてもよいし、信号の減衰特性は、充電フェーズ後に読み取られてもよい。いくつかの実装形態では、時刻ｔ１で、静電容量Ｃｂａｓｅ３６３および身体検出静電容量Ｃｂｏｄｙ＿ｄｅｔｅｃｔ３６４の組み合わされた静電容量の充電期間が開始され得る。信号は、電圧ＶＧＰＩＯ＿ｈｉｇｈに達する時刻ｔ２など、しきい値に達するまで充電を続ける。したがって、充電／放電レベルがしきい値に達すると、時間ｔ２が読み取られ、ｔ１とｔ２との間の時間３４９ａが測定され得る。
【００５２】
[0060]いくつかの実装形態では、例えば、検出される物体が存在する場合、コントローラ３３０は、時間ｔ０で出力信号ＧＰＩＯ＿ＷＲを適用することにより汎用信号線の動作を切り替えることができる。次に、コントローラ３３０は、入力モードに切り替えて、静電容量センサ３４０から入力信号ＧＰＩＯ＿ＲＤを受信することができる。あるいは、上述のように電圧源をノード３４６ｂに印加し、コントローラ３３０は、抵抗器３４６に結合されたピンを選択的に切り替えて入力信号を達成することにより、ノード３４６ｂの電圧レベルを操作してもよい。信号の立ち上がりまたは減衰特性は、それぞれ、本明細書で上述したノード３４６ｂなどの充電段階または放電段階で読み取ることができる。いくつかの実装形態では、検出される物体が存在する場合、時間ｔ’１で、静電容量Ｃｂａｓｅ３６３と身体検出静電容量Ｃｂｏｄｙ＿ｄｅｔｅｃｔ３６４との結合静電容量の充電／放電期間が開始され得る。物体の存在は、身体検出静電容量Ｃｂｏｄｙ＿ｄｅｔｅｃｔ３６４の静電容量を変化させ、結合静電容量を変化させる効果を有する場合がある。信号は、電圧ＶＧＰＩＯ＿ｈｉｇｈに達する時刻ｔ’２など、しきい値に達するまで充電または放電を続ける場合がある。充電または放電レベルがしきい値に達すると、時間ｔ’２が読み取られ、ｔ’１とｔ’２との間の時間３４９ｂが測定される。いくつかの実装形態では、物体が存在するかどうかを検出する感度を調整するために、しきい値を変更できる。
【００５３】
[0061]時間３４９ａ（例えば、ｔ１からｔ２）と時間３４９ｂ（例えば、ｔ’１からｔ’２）の差などの時間測定値の差は、物体が存在する状態と物体が存在しない状態との間の異なる静電容量を反映する。したがって、この違いを使用して、物体の存在を検出できる。この差は、静電容量センサ３４０の静電容量の充電率を示している場合がある。あるいは、時間測定値ｔ１とｔ２との差、およびｔ’１とｔ’２との差を使用して、存在する物体または存在しない物体に関連する実効静電容量を測定することができる。この差は、静電容量センサ３４０の静電容量の充電率を示すこともある。したがって、静電容量センサ３４０を充電するためのより長い充電サイクルは、一般に、人の体などの物体の存在を示している。物体への近接により静電容量が増加すると、静電容量センサ３４０が充電するのにかかる時間が増加する。物体の存在は、電子機器３００が物体に近接または接触していることを示し得る。
【００５４】
[0062]実装によっては、２つ以上のＧＰＩＯ線が使用されてもよい。１つのＧＰＩＯ線を使用して、静電容量センサ３４０の静電容量センサを充電する信号を印加し、それにより電極３４８ａ、３４８ｂ間に静電容量を提供してもよい。他のＧＰＩＯ線は、電極３４８ａ、３４８ｂの１つ以上への直接接続などを介して、静電容量から電圧を測定または読み取るために使用されてもよい。
【００５５】
[0063]技術の進歩により、多くの製品および機器が小型化されている。より小さなサイズで実装され、より低い電力で動作し、より低いコストで製造される製品および機器がますます増えている。製品または機器は、環境または外力からの保護を強化するために、ハウジングに収納または封入することができる。
【００５６】
[0064]このような製品および機器の構成要素は、様々な機器の制約を満たすように設計され得る。機器の制約には、サイズ、形状、消費電力、コスト、材料、使用目的、寿命などがある。機器の制約の一部は、設計の好み、ユーザの好み、顧客の好み、マーケティングの好みに関連している可能性がある。
【００５７】
[0065]いくつかの実装では、サイズの制約または好みにより、電子機器を小さな形状に制限できる。例えば、電子機器は、ユーザへの負担を軽減するために小さなサイズを有してもよい。電子機器は、検出される物体への接触または近接を検出するように構成された静電容量センサを含み得る。したがって、サイズの制約または好みにより、静電容量センサを小さな形状に制限することができる。ただし、形状が小さいと静電容量センサのセンサ領域が小さくなり、静電容量が減少するため、静電容量の変化範囲が小さくなる。これは、静電容量センサの感度が低下し、物体を検出できる範囲が減少することを意味する。
【００５８】
[0066]いくつかの実装では、特定の機器の制約または好みにより、静電容量センサの感度が制限される場合がある。電子機器は、コイン電池などのサイズの小さい電源を含んでもよい。小型の電源装置は、低電力動作に電力を供給するために制限される場合がある。電子機器は、電子機器の１つまたは複数の動作を実行するためのプロセッサをさらに含んでもよい。いくつかの実装では、コストまたは電力の制約により、電子機器を、サイズが小さく、コストが低く制限でき、より高速ではより電力を消費し得るため、高速（例えば、周波数）で実行されないプロセッサに制限できる。プロセッサのクロックレートは、静電容量センサでどれだけ短い時間を測定できるかに関係している。クロックレートを高くすると、より短いマイクロ秒数で静電容量の変化を検出できるため、静電容量センサの検出分解能が向上する。ただし、電子機器が小型の静電容量センサと低速プロセッサに制限されている場合、静電容量センサの感度が制限される場合がある。
【００５９】
[0067]静電容量センサを囲むハウジングは、静電容量センサの感度をさらに低下させる可能性がある。ハウジングは、特定の機器の制約または好みを満たすために提供されてもよい。いくつかの実装形態では、ハウジングは、プラスチックなどの電気絶縁材料で作られている。ハウジングは、静電容量センサのセンサ電極と検出される物体との間の分離を増加させることができ、分離距離は少なくともハウジングの厚さであってもよい。したがって、電子機器にハウジングを導入すると、静電容量センサの静電容量の変化を検出しにくくなる。
【００６０】
[0068]本開示の様々な実装は、静電容量センサと、静電容量センサに結合されたコントローラとを含む電子機器に関し、コントローラは、電子機器が物体に接触しているか近接しているかを判定するように構成される。静電容量センサは、少なくとも１つのセンサ電極を含むコンデンサを有し得る。決定は、少なくとも部分的に、静電容量センサが通電されているときのコンデンサの静電容量の充電率に基づくことができる。例えば、物体が静電容量センサに近づくと、時定数が増加する。したがって、静電容量センサのコンデンサを充電するのにかかる時間は、電子機器が物体に接触しているか、物体に近接しているかを示す。電子機器は、静電容量センサを囲み、ハウジングによってセンサ電極をハウジングの外面から分離するハウジングをさらに含む。ハウジングの少なくとも第１部分またはバルクは、プラスチックなどの電気絶縁材料を含む。以下に説明するように、ハウジングの少なくとも第２部分は、部分的に導電性の材料を含むか、または導電性要素がハウジングの内面に設けられるか、または少なくとも部分的にハウジングに埋め込まれる。これは、センサ電極をハウジングの外面に効果的に近づけ、および／またはセンサ電極の表面積を効果的に増加させる。
【００６１】
[0069]図４は、いくつかの実装形態による、少なくとも部分的に導電性である部分を有するハウジングを備えた電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。電子機器４００は、コントローラ４３０、コントローラ４３０に結合された静電容量センサ４４０、および静電容量センサ４４０とコントローラ４３０とを囲むハウジング４１０を含む。いくつかの実装形態では、図４の電子機器４００の態様は、図１の電子機器１００または図３Ａ〜図３Ｄの電子機器３００の態様の一部またはすべてを含む。静電容量センサ４４０は、導電性表面を有するアクティブノードとして機能するセンサ電極４４６を含む。いくつかの実装形態では、センサ電極４４６などのセンサ電極は、導電性パッド、導電性プレート、センサパッド、センサプレート、または正極板とも呼ばれ得る。センサ電極４４６は、静電容量に充電することができる静電容量センサ４４０のコンデンサの一部であってもよい。いくつかの実装では、コンデンサは接地ノードまたは接地電極を含む。
【００６２】
[0070]静電容量センサ４４０のセンサ電極４４６の表面積は比較的小さくてもよい。いくつかの実装形態では、センサ電極４４６のサイズは、静電容量センサ４４０が一部である電子機器の設計上の制約または好みによって影響を受ける場合がある。本明細書および本開示を通して使用されるように、センサ電極４４６の「小さな」表面積は、約６２５平方ミリメートル未満の表面積を含む。例えば、センサ電極４４６の表面積は、約４００平方ミリメートル未満、約２２５平方ミリメートル未満、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートルの間、約５０平方ミリメートル〜約１００平方ミリメートルの間、または約２０平方ミリメートル〜約５０平方ミリメートルの間である。コンデンサの静電容量はコンデンサの電極の表面積に正比例するため、センサ電極４４６の小さな表面積は、静電容量センサ４４０の検知分解能を制限する可能性がある。しかしながら、本開示の電子機器４００は、小さな表面積を有するセンサ電極４４６に限定されず、電子機器４００は、約６２５平方ミリメートル以上の表面積を含む大きな表面積を有するセンサ電極４４６を含むことができることが理解されるであろう。
【００６３】
[0071]いくつかの実装形態では、静電容量センサ４４０は、センサ電極４４６に結合された抵抗器４４４をさらに含む。例えば、抵抗器４４４は、センサ電極４４６と直列に電気的に接続することができる。コントローラ４３０は、コンデンサおよび抵抗器４４４に結合され、コントローラ４３０は、抵抗Ｒを有する抵抗器４４４にパルスまたは信号を印加して、コンデンサを実効静電容量Ｃに充電することができる。ＲＣ時定数などの所与の時定数が測定され得る。時定数は、コンデンサの静電容量充電率を示す場合がある。いくつかの実装形態では、コントローラ４３０は、静電容量センサ４４０が通電されているときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器４００が物体に接触しているか近接しているかを判定することができる。しかし、他のいくつかの実装形態では、静電容量センサ４４０は、静電容量センサ４４０が通電されているときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器４００が物体に接触しているか近接しているかを判定するハードウェア構成要素を含むことができる。コントローラ４３０は、少なくとも汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブルロジック機器、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、またはディスクリートハードウェア構成要素を含み得る。
【００６４】
[0072]いくつかの実装形態では、コントローラ４３０はプロセッサ４３２を含む。コントローラ４３０のプロセッサ４３２は、コンデンサ４４２を充電するのにかかる時間に対して十分に高いクロックレートを有し得る。いくつかの実装形態では、コントローラ４３０のプロセッサ４３２は、数メガヘルツ〜数十または数百メガヘルツの間で実行することができる。例えば、コントローラ４３０のプロセッサ４３２は、約２メガヘルツ以上、約４メガヘルツ以上、約８メガヘルツ以上、約１６メガヘルツ以上、または約３２メガヘルツ以上のクロックレートを有することができる。プロセッサ４３２のクロックレートは、電子機器の電力制約により制限される場合がある。いくつかの実装形態では、プロセッサ４３２のクロックレートは、約６００メガヘルツ未満、約１００メガヘルツ未満、または約５０メガヘルツ未満である。
【００６５】
[0073]図４において、ハウジング４１０は、分離距離だけセンサ電極４４６を分離する。ハウジング４１０は、静電容量センサ４４０に面する内面４１０ａと、内面４１０ａの反対側で外部環境に面する外面４１０ｂとを有する。いくつかの実装形態では、ハウジング４１０は、少なくともハウジング４１０の厚さだけセンサ電極４４６を外面４１０ｂから分離する。ハウジング４１０の厚さは不均一であり得るため、ハウジング４１０の厚さは、センサ電極４４６と外面４１０ｂとの間のハウジング６１０の一部に直接対応する厚さを指し得ることが理解されるであろう。いくつかの実装形態では、ハウジング４１０の内面４１０ａは、静電容量センサ４４０を囲む。ハウジング４１０の少なくとも第１部分４１２は、非導電性プラスチックなどの電気絶縁材料を含む。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料は、摂氏２０度で約１×１０５Ω−ｍ以上、約１×１０６Ω−ｍ以上、約１×１０７Ω−ｍ以上、約１×１０８Ω−ｍ以上、約１×１０９Ω−ｍ以上、または約１×１０１０Ω−ｍ以上の電気抵抗率を有する。例えば、一般的なアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）プラスチックの電気抵抗率は、摂氏２０度で１×１０１０Ω−ｍ〜１×１０１５Ω−ｍである。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料で測定される抵抗は、約１×１０６Ω以上、約１×１０７Ω以上、約１×１０８Ω以上、約１×１０９Ω以上、約１×１０１０Ω以上、または約１×１０１１Ω以上である。これは、１００平方ミリメートルの表面積にわたって１ミリメートルの厚さを有するハウジング４１０について計算することができる。例えば、ＡＢＳプラスチックなどの電気絶縁材料が１×１０１０Ω−ｍの電気抵抗率を有する場合、ハウジング４１０の抵抗は１×１０１１Ωと計算され得る。
【００６６】
[0074]ハウジング４１０の少なくとも第２部分４１４は、部分的に導電性の材料を含む。いくつかの実装形態では、部分的に導電性の材料は、約５×１０５Ω−ｍ以下、約１×１０５Ω−ｍ以下、約１×１０４Ω−ｍ以下、約１×１０３Ω−ｍ、または約１×１０２Ω−ｍ以下の電気抵抗率を有する。例えば、部分的に導電性の材料は、約１×１０−１Ω−ｍ〜約５×１０５Ω−ｍの間、約１Ω−ｍ〜約１×１０５Ω−ｍの間、約１Ω−ｍ〜約１×１０４Ω−ｍの間、約１Ω−ｍ〜約１×１０３Ω−ｍの間、または約１０Ω−ｍ〜約１×１０２Ω−ｍの間の電気抵抗率を有する。部分的に導電性の材料の電気抵抗率は、抵抗器４４４によって生成される電気抵抗、ハウジング４１０の厚さ、およびハウジング４１０の第２部分４１４の表面積に依存し得る。抵抗器４４４の電気抵抗は、部分的に導電性の材料の抵抗の上限を決定し得る。例えば、抵抗器４４４によって生成される電気抵抗が１×１０６Ωである場合、部分的に導電性の材料の抵抗の上限は１×１０５Ωであり得る。ハウジング４１０の厚さが１ミリメートルであり、ハウジング４１０の第２部分４１４の表面積が１００平方ミリメートルである場合、部分的に導電性の材料の電気抵抗率の上限は１×１０４Ω−ｍであり得る。いくつかの実装形態では、部分的に導電性の材料で測定される抵抗は、約５．０×１０６Ω以下、約１．０×１０６Ω以下、約１．０×１０５Ω以下、約１．０×１０４Ω以下、または約１．０×１０３Ω以下である。
【００６７】
[0075]抵抗器４４４の電気抵抗は、部分的に導電性の材料で測定された電気抵抗よりも大きい。いくつかの実装形態では、抵抗器４４４の電気抵抗は、部分的に導電性の材料の電気抵抗より少なくとも５倍大きい。いくつかの実装形態では、抵抗器４４４の電気抵抗は、約２×１０５Ω以上、約５×１０５Ω以上、または約１×１０６Ω以上であり得る。しかしながら、抵抗器４４４の電気抵抗は、センサ電極面積が大きい場合により小さくなり得ることが理解されるであろう。比較すると、部分的に導電性の材料の電気抵抗は、約１×１０５Ω以下、約１×１０４Ω以下、または約１×１０３Ω以下である。部分的に導電性の材料の電気抵抗はそれほど大きくないので、時定数測定を含む静電容量の充電率の測定に干渉する。したがって、部分的に導電性の材料の電気抵抗の影響は、静電容量センサ４４０の動作中に無視できる。
【００６８】
[0076]いくつかの実施態様では、第２部分４１４の部分的に導電性の材料は、第１部分４１２の電気絶縁材料を含むが、炭素充填または炭素含浸されている。炭素充填材料または炭素含浸材料は、マトリックスとフィラー材料を含む複合材料であり、マトリックスは電気絶縁材料とすることができる。いくつかの実装形態では、部分的に導電性の材料は、１０重量パーセント〜約４０重量パーセントの間であり得る。いくつかの実装形態では、部分的に導電性の材料は、約８重量パーセントを超えてもよいし、約２５重量パーセントを超えてもよい。例えば、部分的に導電性の材料は、炭素充填または炭素含浸されたプラスチックを含み得る。炭素充填プラスチックまたは炭素含浸プラスチックの例には、炭素充填ポリウレタン、炭素充填ポリエチレン、炭素充填ポリアミド、炭素充填アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、および炭素充填ポリプロピレンが含まれるが、これらに限定されない。例えば、炭素を充填した熱可塑性樹脂を形成する際、熱可塑性材料に炭素粒子を混合し、適切な温度および圧力で硬化または形成することができる。第２部分４１４を少なくとも部分的に導電性にするために、電気絶縁材料に炭素以外の他の材料を充填できることが理解されるであろう。しかしながら、部分的に導電性の材料は、金属を含まないかまたは実質的に含まなくてもよく、「実質的に金属を含まない」とは、部分的に導電性の材料中の金属の体積で約０．５％を指す。
【００６９】
[0077]センサ電極４４６は、ハウジング４１０の外面４１０ｂから分離距離だけ離隔され、分離距離は、ハウジング４１０の第２部分４１４において少なくともハウジング４１０の厚さを含み得る。設計上の制約または好みは、ハウジング４１０の外面４１０ｂからのセンサ電極４４６の分離距離に影響を及ぼし得る。いくつかの実装形態では、分離距離は、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間、約０．７５ミリメートル〜約４ミリメートルの間、または約１ミリメートル〜約３ミリメートルの間である。
【００７０】
[0078]センサ電極４４６は、ハウジング４１０の内面４１０ａ上に配置され、ハウジング４１０の第２部分４１４と導電接触してもよい。ハウジング４１０の第２部分４１４は、静電容量センサ４４０の接地電極と導電接触していない。センサ電極４４６の全体または一部は、ハウジング４１０の第２部分４１４と導電接触してもよい。ハウジング４１０の第２部分４１４は、ハウジング４１０の内面４１０ａから外面４１０ｂまで延在し得る。これにより、センサ電極４４６が外面４１０ｂまで効果的に延長され、静電容量センサ４４０によって物体を検出できる感度と範囲が増加する。
【００７１】
[0079]上述のように、静電容量センサ４４０によって物体を検出できる感度および範囲は、比較的小さな表面積を有するセンサ電極４４６、比較的低いクロックレートを有するコントローラ４３０のプロセッサ４３２によって制限され、ハウジング４１０の厚さにより、センサ電極４４６とハウジング４１０の外面４１０ｂとの間に比較的大きな分離距離が生じる。しかしながら、ハウジング４１０の第２部分４１４の部分的に導電性の材料と導電接触するセンサ電極４４６は、センサ電極４４６を効果的にハウジング４１０の外面４１０ｂまで延長することにより、物体を検出できる感度および範囲を増加させる。
【００７２】
[0080]図５は、いくつかの実装形態による、ハウジングおよびハウジングの内面上の導電性要素を備えた電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。電子機器５００は、コントローラ５３０と、コントローラ５３０に結合された静電容量センサ５４０と、静電容量センサ５４０とコントローラ５３０とを囲むハウジング５１０とを備えている。いくつかの実装形態では、図５の電子機器５００の態様は、図１の電子機器１００および／または図３Ａ〜図３Ｄの電子機器３００の態様の一部またはすべてを含む。静電容量センサ５４０は、導電性表面を有するアクティブノードとして機能するセンサ電極５４６を含む。センサ電極５４６は、静電容量に充電することができる静電容量センサ５４０のコンデンサの一部であってもよい。いくつかの実装では、コンデンサは接地ノードまたは接地電極を含む。
【００７３】
[0081]静電容量センサ５４０のセンサ電極５４６の表面積は比較的小さくてもよい。いくつかの実装形態では、センサ電極５４６の表面積は、約６２５平方ミリメートル未満、約４００平方ミリメートル未満、約２２５平方ミリメートル未満、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートル、約５０平方ミリメートル〜約１００平方ミリメートル、または約２０平方ミリメートル〜約５０平方ミリメートルの間である。しかし、本開示の電子機器５００は、小さな表面積を有するセンサ電極５４６に限定されず、電子機器５００は、約６２５平方ミリメートル以上の表面積を含む大きな表面積を有するセンサ電極５４６を含み得ることが理解されるであろう。
【００７４】
[0082]いくつかの実装形態では、静電容量センサ５４０は、センサ電極５４６に結合された抵抗器５４４を含む。例えば、抵抗器５４４は、センサ電極５４６と直列に電気的に接続され得る。コントローラ５３０は、コンデンサおよび抵抗器５４４に結合され、抵抗Ｒを有する抵抗器５４４にパルスまたは信号を印加して、コンデンサを実効静電容量Ｃに充電することができる。図５の抵抗器５４４の態様は、図４の抵抗器４４４の態様と同一または類似してもよく、コントローラ５３０の態様は、図４のコントローラ４３０の態様と同一または類似してもよい。例えば、抵抗器５４４の電気抵抗は、約２×１０５Ω以上、約５×１０５Ω以上、約１×１０６Ω以上、または約５×１０５Ω〜約１×１０７Ωの間とすることができる。しかしながら、抵抗器５４４の電気抵抗は、センサ電極面積が大きい場合により小さくなり得ることが理解されるであろう。加えて、コントローラ５３０のプロセッサ５３２のクロックレートは、約６００メガヘルツ未満、約１００メガヘルツ未満、または約５０メガヘルツ未満であってもよい。例えば、プロセッサ５３２のクロックレートは、約１６メガヘルツまたは約３２メガヘルツであってもよい。いくつかの実装形態では、コントローラ５３０は、静電容量センサ５４０が通電されたときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器５００が物体に接触しているか近接しているかを判定することができる。しかし、他のいくつかの実装形態では、静電容量センサ５４０は、静電容量センサ５４０が通電されているときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器５００が物体に接触しているか近接しているかを判定するハードウェア構成要素を含み得る。
【００７５】
[0083]図５において、ハウジング５１０は、分離距離だけセンサ電極５４６を分離する。ハウジング５１０は、静電容量センサ５４０に面する内面５１０ａと、内面５１０ａの反対側で外部環境に面する外面５１０ｂとを有する。いくつかの実装形態では、ハウジング５１０は、少なくともハウジング５１０の厚さだけセンサ電極５４６を外面５１０ｂから分離する。いくつかの実装形態では、ハウジング５１０の内面５１０ａは、静電容量センサ５４０を囲む。ハウジング５１０は、非導電性プラスチックなどの電気絶縁材料を含む。いくつかの実装形態では、ハウジング５１０は、電気絶縁材料からなる、または本質的に電気絶縁材料からなる。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料は、摂氏２０度で約１×１０５Ω−ｍ以上、約１×１０６Ω−ｍ以上、約１×１０７Ω−ｍ以上、約１×１０８Ω−ｍ以上、約１×１０９Ω−ｍ以上、または約１×１０１０Ω−ｍ以上の電気抵抗率を有する。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料で測定される抵抗は、約１×１０６Ω以上、約１×１０７Ω以上、約１×１０８Ω以上、約１×１０９Ω以上、約１×１０１０Ω以上、または約１×１０１１Ω以上である。これは、１００平方ミリメートルの表面積にわたって１ミリメートルの厚さを有するハウジング５１０について計算することができる。
【００７６】
[0084]導電性要素５１６は、ハウジング５１０の内面５１０ａに配置することができる。いくつかの実装形態では、導電性要素５１６は、金属化コーティングまたは導電性ペイントなどの他の導電性コーティングを含み得る。金属被覆または他の導電性被覆は、グラファイト、銀、銅、金、アルミニウム、チタン、タングステン、ニッケル、亜鉛、白金、鉄、マンガン、またはそれらの組み合わせなどの材料を含み得る。いくつかの実装形態では、導電性要素５１６の材料は、摂氏２０度で約１×１０−３Ω−ｍ以下、約１×１０−４Ω−ｍ以下、約１×１０−５Ω−ｍ以下、約１×１０−６Ω−ｍ以下、または約１×１０−７Ω−ｍ以下の電気抵抗率を有する。
【００７７】
[0085]センサ電極５４６は、ハウジング５１０の外面５１０ｂから分離距離だけ離隔され、分離距離は、少なくともハウジング５１０の厚さを含み得る。ハウジング５１０の厚さは不均一である可能性があり、したがって、ハウジング５１０の厚さは、ハウジング５１０の最小厚さまたはハウジング５１０のセンサ電極５４６および外面５１０ｂ間の部分に直接対応する厚さを指すことができることが理解されよう。設計上の制約または好みは、ハウジング５１０の外面５１０ｂからのセンサ電極５４６の分離距離に影響を与え得る。いくつかの実装形態では、分離距離は、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間、約０．７５ミリメートル〜約４ミリメートルの間、または約１ミリメートル〜約３ミリメートルの間である。
【００７８】
[0086]センサ電極５４６は、導電性要素５１６と導電接触して導電性要素５１６上に配置されてもよい。センサ電極５４６の全体または一部は、導電性要素５１６と導電接触していてもよい。導電性要素５１６の表面積は、センサ電極５４６の表面積よりも大きい。いくつかの実装形態では、導電性要素５１６の表面積は、センサ電極５４６の表面積より少なくとも５倍大きい。これにより、センサ電極５４６の表面積またはサイズが効果的に増加し、静電容量センサ５４０によって物体を検出できる感度および範囲が増加する。
【００７９】
[0087]静電容量センサ５４０によって物体を検出できる感度および範囲は、比較的小さな表面積を有するセンサ電極５４６、比較的低いクロックレートを有するコントローラ５３０のプロセッサ５３２、およびセンサ電極５４６とハウジング５１０の外面５１０ｂとの間の分離距離が比較的大きくなるハウジング５１０の厚さによって制限され得る。しかし、センサ電極５４６は、ハウジング５１０の内面５１０ａに配置された導電性要素５１６と導電接触しているため、センサ電極５４６のサイズを効果的に大きくすることにより、物体を検出できる感度と範囲が増加する。
【００８０】
[0088]図６は、いくつかの実装形態による、ハウジングおよびハウジングに少なくとも部分的に埋め込まれた導電性要素を有する電子機器の例示的な静電容量センサのブロック図表現である。電子機器６００は、コントローラ６３０と、コントローラ６３０に結合された静電容量センサ６４０と、静電容量センサ６４０とコントローラ６３０とを囲むハウジング６１０とを備えている。いくつかの実装形態では、図６の電子機器６００の態様は、図１の電子機器１００および図３Ａ〜図３Ｄの電子機器３００の態様の一部またはすべてを含む。静電容量センサ６４０は、導電性表面を有するアクティブノードとして機能するセンサ電極６４６を含む。センサ電極６４６は、静電容量に充電することができる静電容量センサ６４０のコンデンサの一部であってもよい。いくつかの実装では、コンデンサは接地ノードまたは接地電極を含む。
【００８１】
[0089]静電容量センサ６４０のセンサ電極６４６の表面積は比較的小さくてもよい。いくつかの実装形態では、センサ電極６４６の表面積は、約６２５平方ミリメートル未満、約４００平方ミリメートル未満、約２２５平方ミリメートル未満、約９平方ミリメートル〜約２２５平方ミリメートル、約５０平方ミリメートル〜約１００平方ミリメートル、または約２０平方ミリメートル〜約５０平方ミリメートルの間である。しかし、本開示の電子機器６００は、小さな表面積を有するセンサ電極６４６に限定されず、電子機器６００は、約６２５平方ミリメートル以上の表面積を含む大きな表面積を有するセンサ電極６４６を含むことができることが理解されるであろう。
【００８２】
[0090]いくつかの実装形態では、静電容量センサ６４０は、センサ電極６４６に結合された抵抗器６４４を含む。例えば、抵抗器６４４は、センサ電極６４６と電気的に直列に接続され得る。コントローラ６３０は、コンデンサおよび抵抗器６４４に結合され、コントローラ６３０が適用できる場合、抵抗Ｒを有する抵抗器６４４にパルスまたは信号を印加して、コンデンサを実効静電容量Ｃに充電することができる。図６の抵抗器６４４の態様は、図４の抵抗器４４４および図５の抵抗器５４４の態様と同一または類似してもよく、コントローラ６３０の態様は、図４のコントローラ４３０および図５のコントローラ５３０の態様と同一または類似であってもよい。例えば、抵抗器６４４の電気抵抗は、約２×１０５Ω以上、約５×１０５Ω以上、約１×１０６Ω以上、または約５×１０５Ω〜約１×１０７Ωの間であり得る。加えて、コントローラ６３０のプロセッサ６３２のクロックレートは、約６００メガヘルツ未満、約１００メガヘルツ未満、または約５０メガヘルツ未満であり得る。例えば、プロセッサ６３２のクロックレートは、約１６メガヘルツまたは約３２メガヘルツであり得る。いくつかの実装形態では、コントローラ６３０は、静電容量センサ６４０が通電されたときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器６００が物体に接触しているか近接しているかを判定することができる。しかし、他のいくつかの実装形態では、静電容量センサ６４０は、静電容量センサ６４０が通電されるときのコンデンサの静電容量の充電率に少なくとも部分的に基づいて、電子機器６００が物体に接触しているか近接しているかを判定するハードウェア構成要素を含むことができる。
【００８３】
[0091]図６において、ハウジング６１０は、分離距離だけセンサ電極６４６を分離する。ハウジング６１０は、静電容量センサ６４０に面する内面６１０ａと、内面６１０ａの反対側で外部環境に面する外面６１０ｂとを有する。いくつかの実装形態では、ハウジング６１０は、少なくともハウジング６１０の厚さだけセンサ電極６４６を分離する。いくつかの実装形態では、ハウジング６１０の内面６１０ａは、静電容量センサ６４０を囲む。ハウジング６１０は、非導電性プラスチックなどの電気絶縁材料を含む。いくつかの実装形態では、ハウジング６１０は、電気絶縁材料からなる、または本質的に電気絶縁材料からなる。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料は、摂氏２０度で約１×１０５Ω−ｍ以上、約１×１０６Ω−ｍ以上、約１×１０７Ω−ｍ以上、約１×１０８Ω−ｍ以上、約１×１０９Ω−ｍ以上、または約１×１０１０Ω−ｍ以上の電気抵抗率を有する。いくつかの実装形態では、電気絶縁材料で測定される抵抗は、約１×１０６Ω以上、約１×１０７Ω以上、約１×１０８Ω以上、約１×１０９Ω以上、約１×１０１０Ω以上、または約１×１０１１Ω以上である。これは、１００平方ミリメートルの表面積にわたって１ミリメートルの厚さを有するハウジング６１０について計算され得る。
【００８４】
[0092]導電性要素６１６は、ハウジング６１０の内側に配列され（ｄｉｓｐｏｓｅｄ）、配置され（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ）、置かれ（ｐｌａｃｅｄ）、または形成され（ｆｏｒｍｅｄ）得る。いくつかの実装形態では、導電性要素６１６は、金属シート、金属アンテナ、または他の導電性部品を含み得る。例えば、打ち抜きされた金属シートが、射出成形されたプラスチックに埋め込まれてもよい。従来の金属射出成形プロセスを利用して、打ち抜かれた金属シートをハウジング６１０に埋め込むことができる。いくつかの実装形態では、導電性要素６１６の材料は、摂氏２０度で約１×１０−３Ω−ｍ以下、約１×１０−４Ω−ｍ以下、約１×１０−５Ω−ｍ以下、約１×１０−６Ω−ｍ以下、または約１×１０−７Ω−ｍ以下の電気抵抗率を有する。ハウジング６１０内の金属シート、金属アンテナ、または他の導電性部品は、センサ電極６４６よりもハウジング６１０の外面６１０ｂに近い。
【００８５】
[0093]センサ電極６４６は、ハウジング６１０の外面６１０ｂから分離距離だけ離隔されており、分離距離は少なくともハウジング６１０の厚さを含み得る。ハウジング６１０の厚さは不均一である可能性があるため、ハウジング６１０の厚さは、ハウジング６１０の最小厚さまたはセンサ電極６４６および外面６１０ｂ間の直接のハウジング６１０の対応する部分の厚さを指し得ることが理解されるであろう。設計上の制約または好みは、ハウジング６１０の外面６１０ｂからのセンサ電極６４６の分離距離に影響を及ぼし得る。いくつかの実装形態では、分離距離は、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの間、約０．７５ミリメートル〜約４ミリメートルの間、または約１ミリメートル〜約３ミリメートルの間である。
【００８６】
[0094]センサ電極６４６は、ハウジング６１０に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性要素６１６に電気的に接続され得る。いくつかの実装形態では、導電性要素６１６は、ハウジング６１０の内面６１０ａまで延びるハウジング６１０内に、金属棒、金属ワイヤ、または他の導電性部品をさらに含むことができる。センサ電極６４６は、ハウジング６１０の内面６１０ａに配置され、導電性要素６１６に電気的に接続されてもよい。導電性要素６１６はハウジング６１０の外面６１０ｂにより近いため、センサ電極６４６は外面６１０ｂにより効果的に延長され、静電容量センサ６４０により物体を検出できる感度と範囲を増加させる。いくつかの実装形態では、導電性要素６１６の表面積は、センサ電極６４６の表面積よりも大きい。このことは、センサ電極６４６の表面積またはサイズを効果的に増加させて、静電容量センサ６４０によって物体を検出できる感度および範囲を増加させる。
【００８７】
[0095]静電容量センサ６４０によって物体を検出できる感度と範囲は、比較的小さな表面積を持つセンサ電極６４６、比較的低いクロックレートを持つコントローラ６３０のプロセッサ６３２、およびセンサ電極６４６とハウジング６１０の外面６１０ｂとの間の分離距離が比較的大きくなるハウジング６１０の厚さによって制限され得る。ただし、ハウジング６１０に埋め込まれた導電性要素６１６と電気的に接続されているセンサ電極６４６は、センサ電極６４６をハウジング６１０の外面６１０ｂに効果的に延長することで、物体を検出できる感度と範囲を増加させる。
【００８８】
[0096]本明細書で開示される実施形態に関連して説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズム動作は、電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、および動作を一般にそれらの機能に関して上記で説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、システム全体に課される特定の用途と設計上の制約とに依存する。当業者は、特定の用途ごとに様々な方法で説明された機能を実装してもよいが、そのような実装の決定は、様々な実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
【００８９】
[0097]本明細書に開示される態様に関連して説明される様々な例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル・ロジック・デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、またはここで説明する機能を実行するために設計されたそれらの組み合わせにより実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでもよいが、代わりに、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンでもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または他のそのような構成として実装することもできる。あるいは、特定の機能に固有の回路によって一部の操作または方法を実行することもできる。
【００９０】
[0098]様々な実施形態の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、非一時的なコンピュータ可読媒体または非一時的なプロセッサ可読媒体上の１つまたは複数の命令またはコードとして保存されてもよい。本明細書で開示される方法またはアルゴリズムの動作は、非一時的なコンピュータ可読媒体またはプロセッサ可読記憶媒体上に存在し得るプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで具現化され得る。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体またはプロセッサ可読記憶媒体は、コンピュータまたはプロセッサがアクセスできる任意の記憶媒体であり得る。限定ではなく例として、そのような非一時的なコンピュータ可読媒体またはプロセッサ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージ、または他の磁気ストレージデバイス、または命令またはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを格納するために使用でき、コンピュータからアクセスできる他の媒体を含み得る。ここで使用されるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋｓ）は通常磁気的にデータを再生し、一方、ディスク（ｄｉｓｃｓ）はレーザで光学的にデータを再生する。上記の組み合わせも、非一時的なコンピュータ可読媒体およびプロセッサ可読媒体の範囲内に含まれる。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る非一時的プロセッサ可読媒体および／またはコンピュータ可読媒体上のコードおよび／または命令の１つまたは任意の組み合わせまたはセットとして存在してもよい。
【００９１】
[0099]開示された実施形態の前述の説明は、当業者が特許請求の範囲を作成または使用できるようにするために提供される。これらの実施形態に対する様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、特許請求の範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、添付の特許請求の範囲および本明細書に開示される原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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