KR20130135295A - 정전용량형 접근 검출을 위한 센서 디바이스 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전용량형 센서 디바이스에 관한 것으로, - 제1 송신 전극(Tx+)이 제1 수신 전극(Rx+)과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+)과, 제2 송신 전극(Tx-)이 제2 수신 전극(Rx-)과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-)을 포함하는 전극 시스템과, - 상기 제1 송신 전극(Tx+)에 제1 전기 교류 신호(WS1)를 공급하고, 상기 제2 송신 전극(Tx-)에 제2 전기 교류 신호(WS2)를 공급하기 위한 신호 생성기와, 및 - 상기 제1 수신 전극(Rx+)과 상기 제2 수신 전극(Rx-)과 결합되고, 상기 제1 수신 전극(Rx+)에 탭된 제1 전기값과 상기 제2 수신 전극(Rx-)에 탭된 제2 전기값 간의 차로부터 제1 측정 변수를 만들어내도록 구성되는 신호 처리 디바이스(S)를 포함한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스로 물체의 접근 검출을 위한 방법에 관한 것이다.

Description

정전용량형 접근 검출을 위한 센서 디바이스 및 방법{SENSOR DEVICE AND METHOD FOR CAPACITIVE APPROXIMATION DETECTION}
본 발명은 물체의 센서 디바이스의 센서 전극들로의 접근을 검출하기 위한 정전용량형 센서 디바이스 및 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스에 의한 물체의 접근 검출을 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 디바이스에 관한 것으로, 특히 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된, 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스를 구비한 전기 핸드헬드 디바이스에 관한 것이다.
정전용량 거리 또는 접근 센서들에 있어서, 센서와 전기 전도성 물체 간의 거리는 교류 전기장을 생성하고 측정함으로써 접촉 없이 측정된다. 기능들, 예를 들면 스위칭 기능을 측정 신호로부터 얻을 수 있다.
종래기술로 알려진 정전용량형 센서들의 단점은 그들이 정전용량형 센서 또는 정전용량형 센서의 센서 전극들의 환경으로부터의 전기장 간섭에 의해 영향을 받을 수 있다는 것으로, 전기장의 간섭은 측정 결과에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또 하나의 단점은 측정 신호가 한편으로는 정전용량형 센서의 그라운딩 조건들에, 다른 한편으로는 정전용량형 센서에 접근하는 물체에 의존한다는 사실에 있다. 만약 정전용량형 센서 또는 물체의 구체적인 그라운딩 조건들을 알 수 없다면, 센서 전극들과 물체 간의 거리 또는 물체의 정전용량형 센서의 센서 전극들로의 접근의 정확한 측정이 보증될 수 없다.
접촉 없이 물체의 거리 또는 접근을 검출하기 위한 다양한 원리들이 종래로부터 알려져 있으며, 필요한 센서 전극들의 수뿐만 아니라 신호 생성 및 측정 방법이 다양하다.
정전용량 거리 또는 접근 검출을 위해 종래기술에서 알려진 제1 원리는 단지 하나의 전극을 구비한 정전용량 거리 센서의 이용을 가능케 한다. 이 측정 시스템에 있어서, 정전용량 거리 센서의 측정 전극들의 그라운드 전위와 비교한 전극의 정전용량이 측정된다. 만약 물체, 예를 들어 사용자가 센서 전극에 접근하면, 센서 전극에서의 정전용량은 증가하고, 이에 따라 이 증가된 정전용량은 측정되고 평가될 수 있다.
또 하나의 측정 시스템은 정전용량 거리 또는 접근 센서에 2개의 센서 전극들을 제공한다. 하나의 센서 전극은 송신 전극으로, 다른 센서 전극은 수신 전극으로 동작된다. 송신 전극에서 방출된 교류 전기장은 수신 전극과 결합되고, 수신 전극에서 탭된 전기 신호에 의해 측정된다. 사용자가 센서 전극들로 접근하면, 송신 전극과 수신 전극 간에 형성된 교류 전기장이 변경되고, 이에 따라 이 변경된 교류 전기장이 측정되고 평가될 수 있다.
종래기술에서 알려진 또 다른 측정 시스템은 3개의 센서 전극들을 구비한 정전용량형 센서를 제공한다. 여기서 2개의 전극들은 송신 전극으로, 제3 전극은 수신 전극으로 동작된다. 송신 전극들은 동일 위상 또는 역위상으로 제어된다. 송신 전극들에서 방출된 교류 전기장들의 합이 수신 전극에서 측정된다. 사용자가 접근하면, 송신 전극에서 방출된 전기 교류장에서 기인되는, 수신 전극과 결합되는 교류 전기장이 변한다. 수신 전극과 결합된 전기 교류 장의 변화가 이에 따라 평가될 수 있다.
종래기술에서 알려진 3개의 측정 원리들은 공통으로 이미 언급한 2가지 문제들을 갖는데, 즉 측정 신호는
- 전기장의 외부 간섭에 의해 방해받을 수 있고, 및/또는
- 센서 전극들 및/또는 센서 전극들에 접근하는 물체가 어떻게 그라운딩되어 있는지에 의존한다.
이 기술의 상황에서, 적절한 측정들, 예를 들면
- 측정 신호의 아날로그 또는 디지털 여과 및/또는
- 측정 모멘트의 적절한 선택 및/또는 측정 사이클의 적절한 선택에 의해 및/또는
- 부가 정보의 처리 및/또는 동작 조건의 평가에 의해 이러한 문제를 감소시키도록 노력한다.
하지만, 이러한 측정들은 측정 전자장치의 증가되고, 따라서 복잡한 회로 비용 를 필요로 하는데, 이는 정전용량형 센서 요소들의 생산 및 생산 비용에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 이들 측정에 의해, 외부 간섭장의 효과 또는 이 센서 전자장치들 또는 센서 전극들에 접근하는 물체의 그라운딩 조건들만 감소되므로, 측정 신호의 정확한 평가가 보증될 수 없다.
본 발명은 종래기술로 알려진 단점을 적어도 부분적으로 회피하고, 센서 기능의 신뢰성과 강인성이 상당히 증가하고 정전용량형 센서 디바이스의 적용 분야가 확장될 수 있는, 정전용량형 접근 검출을 위한 정전용량형 센서 디바이스 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 목적은 독립 청구항들에 따른 물체의 접근 검출을 위한 정전용량형 센서 디바이스와 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들과 개선들은 각각의 종속항들에 표현되어 있다. 해결책의 일부는 또한 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스를 구비한 전기 디바이스이다.
상기 해결책은,
- 전극 시스템으로서,
- 제1 송신 전극이 제1 수신 전극과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제1 송신 전극과 제1 수신 전극과,
- 제2 송신 전극이 제2 수신 전극과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제2 송신 전극과 제2 수신 전극을 포함하는 전극 시스템과,
- 상기 제1 송신 전극에 제1 전기 교류 신호를 공급하고, 상기 제2 송신 전극에 제2 전기 교류 신호를 공급하기 위한 신호 생성기와, 및
- 상기 제1 수신 전극과 상기 제2 수신 전극과 결합되고, 상기 제1 수신 전극에 탭된 제1 전기값과 상기 제2 수신 전극에 탭된 제2 전기값 간의 차로부터 제1 측정 변수를 만들어내도록 구성된 신호 처리 디바이스를 포함하는 정전용량형 센서 디바이스를 제공한다.
상기 신호 처리 디바이스는 제1 전기값과 제2 전기값의 합으로부터 제2 측정 변수를 만들어내도록 구성될 수 있다.
상기 제1 전기 교류 신호의 AC 전압 성분은 상기 제2 전기 교류 신호의 AC 전압 성분의 역일 수 있다.
센서 디바이스는 상기 제1 측정 변수 및/또는 상기 제2 측정 변수가 공급될 수 있고, 또한 상기 제1 측정 변수 및/또는 상기 제2 측정 변수로부터 정보 신호를 얻도록 구성된 평가 디바이스를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극들은
- 상기 제1 송신 전극에서 방출된 교류 전기장이 사실상 상기 제1 수신 전극으로만 결합할 수 있고,
- 상기 제2 송신 전극에서 방출된 교류 전기장이 사실상 상기 제2 수신 전극으로만 결합할 수 있도록 서로에 대해 배치된다.
상기 전극들은 상기 제2 측정 변수가
- 물체가 상기 전극들에 의해 만들어진 정전용량들에 미치는 영향이 없고 또는
- 사실상 유사한 영향의 경우
사실상 0이 되도록 서로에 대해 배치될 수 있다.
상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값은 각각의 수신 전극(Rx-, Rx+)과 결합되는 전류 또는 각각의 수신 전극(Rx-, Rx+)에서 결과로 생긴 전압을 포함할 수 있다.
물체의 접근 검출을 위한 방법이 또한 제공되며, 이 방법은,
- 제1 송신 전극을 제1 전기 교류 신호로 충전하고, 제2 송신 전극을 제2 전기 교류 신호로 충전하여 상기 제1 송신 전극과 제1 수신 전극 간에 제1 교류 전기장이 만들어지고, 상기 제2 송신 전극과 상기 제2 수신 전극 간에 제2 교류 전기장이 만들어지는 단계와,
상기 제1 수신 전극에서 제1 전기값을 상기 제2 수신 전극에서의 제2 전기값을 탭하는 단계와,
상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값 간의 차를 만들어냄으로써 제1 측정 변수를 생성하는 단계를 적어도 포함한다.
바람직하게는, 제2 측정 변수가 상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값의 합으로부터 만들어질 수 있다.
상기 전기 교류 신호들은 상기 제1 전기 교류 신호의 AC 전압 성분이 상기 제2 전기 교류 신호의 AC 전압 성분의 역이 되도록 선택될 수 있다.
상기 전극들은
- 상기 제1 교류 전기장이 사실상 상기 제1 수신 전극에만 결합할 수 있고,
- 상기 제2 교류 전기장이 사실상 상기 제2 수신 전극에만 결합할 수 있도록 서로에 대해 배치되는 것이 유리하다.
또한, 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스를 구비한 전기 디바이스, 특히 전기 핸드헬드 디바이스가 제공된다.
전기 핸드헬드 디바이스는 스마트폰, 양방향 라디오, 컴퓨터 마우스, 원격 제어 디바이스, 디지털 카메라, 게임 컨트롤러, PDA, 타블렛 PC, 보청기 등일 수 있다.
본 발명의 더욱 상세한 사항들 및 특징들과 본 발명의 구체적 실시예들은 도면과 관련된 다음의 설명으로부터 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스의 원칙적인 회로 개념을 도시하는 도면이다.
도 2는 물체가 센서 디바이스의 센서 전극들로 접근하는 경우 정전용량형 센서 디바이스의 효과적인 결합 정전용량을 도시하는 도면이다.
도 3은 전기 핸드헬드 디바이스, 예를 들면 모바일 폰에 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스의 전극 배치를 도시하는 도면이다.
도 4는 보청기의 하우징 위에 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스의 센서 전극 배치를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 디바이스의 원칙적인 회로 개념을 도시한다. 정전용량형 센서 디바이스는 4개의 전극들을 구비한 전극 시스템을 나타낸다. 4개의 전극들은 2개의 송신 전극들(Tx+ 및 Tx-)과 2개의 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)을 포함하며, 여기서 제1 송신 전극(Tx+)은 제1 수신 전극(Rx+)과 상호 작용하고, 제2 송신 전극(Tx-)은 제2 수신 전극(Rx-)과 상호 작용한다.
송신 전극들(Tx+ 및 Tx-)에는 각각 전기 신호가 공급되는데, 여기서 제1 송신 전극(Tx+)에 인가되는 신호의 AC 전압 성분은 제2 송신 전극(Tx-)에 인가되는 AC 전압 성분 신호의 역이다. 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+)은 그들 사이에 정전용량형 교류장이 생성될 수 있도록 서로에 대해 배치된다. 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 역시 그들 사이에 교류 전기장이 생성될 수 있도록 서로에 대해 배치된다.
신호 처리 디바이스(S)에 공급되는 전기 신호는, 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)에서 각각 탭된다. 신호 처리 디바이스(S)는 차동 증폭기로 구성될 수 있으며, 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)로 결합되는 전류, 또는 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)에서 결과로 생기는 전압을 측정하고, 그리고 2개의 값들의 차를 만든다. 수신 전극에서 탭된 전기 신호들의 차이를 만들어냄으로써, 외부 간섭 전기장에 의한 방해들은 효과적으로 감소되거나 심지어 바람직하게 제거된다. 이 전극은 바람직하게는, 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간에 만들어진 교류 전기장이 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 간에 만들어진 교류 전기장에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 서로에 대해 배치된다. 이것은 제1 수신 전극(Rx+)이 제1 송신 전극(Tx+)에서 방출하는 교류 전기장을 실질적으로 측정하고, 제2 수신 전극(Rx-)이 제2 송신 전극(Tx-)에서 방출하는 교류 전기장을 실질적으로 측정하는 것을 의미한다.
또한, 송신 전극들(Tx+ 및 Tx-)은 도 1에 도시되지 아니한 신호 생성기에 각각 연결되는데, 신호 생성기는 하나의 송신 전극에 각각 공급되는 2개의 신호들을 제공한다. 신호 생성기에 의해 제공된 제1 신호의 AC 전압 성분은 신호 생성기에 의해 제공된 제2 신호의 AC 전압 성분의 역이다. 이에 의해 제1 및 제2 신호의 AC 전압 성분의 합은 0이다.
신호 처리 디바이스는 또한 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)에 결합되는 전류 또는 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)에서 결과로 생기는 전압을 측정하고, 2개의 값들의 합을 만들기 위해 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 전극들 또는 송신 전극들에 인가된 신호들은 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간의 결합이 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 간의 결합만큼 크도록 선택된다. 복합 신호의 평가의 이 구성에서, 다음 정보가 얻어질 수 있다.
- 물체가 센서 전극들에 접근하지 않으면 수신 신호의 합은 0이다.
- 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간 또는 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 간의 교류 전기장들에 유사 또는 동등하게 영향을 미치도록 물체가 센서 전극에 접근하면, 수신 신호의 합은 0이다.
이것은 예를 들면, - 전극들에 대칭적으로 위치되는 - 물체가 2개의 전극쌍들(Tx+, Rx+ 또는 Tx-, Rx-)에 균등하게 접근하는 경우일 수 있다.
- 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간 또는 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 간의 교류 전기장에 불균등하게 영향을 미치도록 물체가 센서 전극에 접근하면, 수신 신호의 합은 0과 같지 않다. 이것은 예를 들면 물체가 센서 전극들에 불균등하게 또는 비대칭적으로 접근하는 경우일 수 있다. 복합 신호의 위상동기(phasing)는 비대칭이 제1 전극쌍(Tx+, Rx+) 쪽에 더 있는지 또는 제2 전극쌍(Tx-, Rx-) 쪽에 더 있는지를 나타낸다. 복합 신호의 진폭은 비대칭이 제1 전극쌍(Tx+, Rx+) 또는 제2 전극쌍(Tx-, Rx-)을 향하여 얼마나 떨어져 있는지를 나타낸다.
복합 신호의 위상 및/또는 진폭 정보는 예를 들어 본 발명에 따른 많은 센서 디바이스들를 이용하여 슬라이드 제어(슬라이더(slider))를 만들기 위해 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 정전용량형 센서 디바이스의 구성은, 측정 물체의 센서 디바이스로의 접근 검출 또는 측정이 외부 간섭장과 관계가 없으며 또한 접근하는 물체 또는 측정 전자장치의 그라운딩 조건과 관계가 없다는 장점을 갖는다.
수신 전극들(Rx+, Rx-)에서 탭된 전기 신호들의 차를 만들어냄으로써, 수신 전극들(Rx+, Rx-)에 유사하게 영향을 미치는 외부 간접 신호들은 상당히 제거되는데, 이는 외부 간섭 신호들이 수신 전극들(Rx+, Rx-)에서 탭된 전기 신호들에 유사하게 영향을 미치기 때문이다. 수신 전극들에서 탭된 전기 신호들의 차이의 발생(difference formation)에 의해 생성되는 간섭 신호는 측정 신호에 더 이상 포함되지 않는다.
하지만, 실제는 결합이 항상 이상적으로 유사하지는 않을 것이고, 또한 측정 시스템에서의 차이의 발생과 신호 처리가 항상 이상적일 수는 없기 때문에, 사실상 간섭 신호들의 완벽한 제거가 항상 가능하지는 않는 것이다. 그러나 수신 전극에서의 신호 차이의 발생으로부터 생기는 측정 신호의 배가(doubling) 및 측정 신호에서 간섭 신호들의 가능한 최대 광범위한 제거에 의해서, 유용한 신호와 간섭 신호 간의 거리는 상당히 증가하므로, 측정 신호에서 간섭 신호의 아마도 여전히 존재하는 매우 작은 일부는 대체로 정전용량형 센서 디바이스의 신뢰성 및 안정성에 영향을 미치지 않고 무시될 수 있다.
송신 전극들이 서로에 대해 역으로 제어되므로, 즉, 제1 송신 전극에는 제2 송신 전극에 공급되는 교류 신호에 대해 역인 전기 교류 신호가 제공되므로, Tx+ + Tx- = 0이다.
전기적으로 전도성 물체, 예를 들면 손 또는 손가락이, 전기 전도성 물체와 제1 송신 전극(Tx+) 간의 결합 및 전기 전도성 물체와 제2 송신 전극(Tx-) 간의 결합이 똑같도록 센서에 접근한다면, 효과, 즉 물체 상에 결합하는 전류 또는 전압은 또한 0, 즉 존재하지 않는다. 전류 또는 전압 결합이 존재하지 않는다면, 또한 사용자의 그라운딩 및 센서 전자장치 또는 측정 전자장치는 중요하지 않거나 무시할 수 있다. 전기 전도성 물체가 정전용량형 센서 디바이스의 센서 전극들로 접근하는 경우의 효과적인 결합 정전용량은 도 2에 도시되어 있다.
동시에 그리고 그것과 관계없이, 센서 전극들에 접근하는 전기 전도성 물체는 송신 전극들(Tx+ 및 Tx-)과 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-) 간의 정전용량형 결합에 영향을 미친다. 정전용량형 센서 디바이스의 센서 기능은, 이에 따라 측정 신호에 실질적으로 영향을 미치는, 접근하는 물체 또는 측정 전자장치의 그라운딩 조건들 없이 완벽하게 완수된다. 센서 기능 또는 정전용량형 센서의 신뢰성은 이렇게 하여 상당히 개선된다.
전기 전도성 물체가 제1 송신 전극(Tx+) 및 제2 송신 전극(Tx-)과 똑같이 결합하는 경우, 전기 전도성 물체와 제1 송신 전극(Tx+) 간의 정전용량형 변위 전류는 전기 전도성 물체와 제2 송신 전극(Tx-) 간의 정전용량형 변위 전류에 역이 될 것이다. 이에 따라, 전기 전도성 물체에서 변위 전류들의 합은 0과 같다. 이것은 어떤 전류도 그라운딩 정전용량을 통해 전기 전도성 물체를 떠나지 않아야 한다는 것을 의미하는데, 이는 전기 전도성 물체의 그라운딩 정전용량이 측정 신호에 어떤 영향도 미치지 않음을 의미한다.
또한, 전기 전도성 물체가 제1 송신 전극(Tx+) 및 제2 송신 전극(Tx-)에 똑같이 결합하는 경우, 전기 전도성 물체의 어떤 전위 시프트도 없다. 물체는 이에 의해 가상적으로 그라운딩된 것으로 볼 수 있다. 이것은 어떤 전류도 그라운딩 정전용량을 통해 물체를 떠나지 않아야 한다는 것을 의미하는데, 이는 결국 물체의 그라운딩 정전용량이 측정 신호에 어떤 영향도 미치지 않음을 의미한다.
차동 구조를 갖는 본 발명에 따른 정전용량형 센서는, 종래기술에서 알려진 정전용량형 센서 디바이스와 비교하여 많이 개선된 특성들, 특히
- 외부 간섭 전기장들에 대한 내성 및/또는
- 센서 디바이스에 접근하는 전기 전도성 물체의 그라운딩 조건 및/또는 측정 전자장치로부터의 독립을 제공한다.
도 3은 전기 디바이스, 예를 들면 전기 핸드헬드 디바이스의 하우징(G)을 도시한다.
여기서 2개의 전극쌍들은 개략적으로 도시되는데, 제1 전극쌍은 왼쪽 하우징 벽에 배치되고, 제2 전극쌍은 오른쪽 하우징 벽에 배치된다. 제1 전극쌍은 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+)을 포함한다. 제2 전극쌍은 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-)을 포함한다. 서로에 관한 전극쌍들의 배치는, 제1 수신 전극(Rx+)에 의해 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간의 교류 전기장이 사실상 측정되거나 평가될 수 있고, 제2 수신 전극(Rx-) 위에서 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-) 간의 교류 전기장이 사실상 측정되거나 평가될 수 있도록, 여기서 선택된다. 서로에 관한 2개의 전극쌍들의 배치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 또한 교류 전기장이 사실상 서로에 영향을 미치지 않음을 보증한다. 이것은 제1 송신 전극(Tx+)에서 방출된 교류 전기장이 사실상 제1 수신 전극(Rx+)으로만 결합되고, 제2 송신 전극(Tx-)에서 방출된 교류 전기장이 사실상 제2 수신 전극(Rx-)으로만 결합되는 것을 의미한다.
사용자가 한 손으로 전기 핸드헬드 디바이스(G)를 파지하면, 왼쪽 전극쌍의 전극들과 오른쪽 전극 쌍의 전극들은 그 손에 의해 적어도 부분적으로 덮여진다. 이것은 제1 송신 전극(Tx+)의 교류 전기장의 일부는 손을 통해 제1 수신 전극(Rx+)과 결합되며, 제2 송신 전극(Tx-)에서 방출된 교류 전기장의 일부는 손을 통해 제2 수신 전극(Rx-)과 결합되는 것을 수반한다. 2개의 수신 전극들(Rx+ 또는 Rx-)에서 탭된 전기 신호들의 차를 만들어냄으로써, 사용자 또는 측정 전자장치의 그라운딩의 영향은 효과적으로 제거되므로, 각각의 송신 전극들(Tx+ 또는 Tx-)에서 효과적으로 방출된 교류전기장들만 측정 신호에 들어간다.
수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)에서 탭된 전기 신호들의 합계를 냄으로써, 그것은 또한 핸드헬드 디바이스(G)를 파지하는 손이 적어도 부분적으로 두 전극쌍들을 덮도록 전기 핸드헬드 디바이스가 정말 파지되었는지를 체크할 수 있다. 수신 전극들(Rx+ 또는 Rx-)에서 탭된 2개의 전기 신호들의 합이 0이거나 0에 근접하면, 전기 핸드헬드 디바이스가 손에 의해 실제로 파지되었다고 가정될 수 있다. 이 목적을 위해, 임계값이 예측될 수 있다. 수신 전극에서 탭된 전기 신호들의 합이 임계값보다 작다면, 핸드헬드 디바이스가 파지되었다고 가정될 수 있다. 바람직하게는 이 임계값은 조정될 수 있다.
도 4는 보청기의 하우징 쉘(G)를 도시한다.
이 예에서, 정전용량형 센서 디바이스의 센서 전극들은 나란히 배치되는데, 수신 전극들(Rx+ 및 Rx-)은 송신 전극들(Tx+ 및 Tx-) 사이에 각각 배치된다. 각각의 송신 전극들(Tx+ 및 Tx-)에 인가된 전기 교류 신호들은 송신 전극(Tx+)에서 방출된 교류 전기장은 주로 수신 전극(Rx+)에만 결합되고, 송신 전극(Tx-)에서 방출된 교류 전기장은 주로 수신 전극(Rx-)에만 결합되도록 구성된다.

Claims (12)

  1. 정전용량형 센서 디바이스로서,
    - 전극 시스템으로서,
    - 제1 송신 전극(Tx+)이 제1 수신 전극(Rx+)과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+)과,
    - 제2 송신 전극(Tx-)이 제2 수신 전극(Rx-)과 정전용량형 결합을 이룰 수 있는 제2 송신 전극(Tx-)과 제2 수신 전극(Rx-)을 포함하는 전극 시스템과,
    - 상기 제1 송신 전극(Tx+)에 제1 전기 교류 신호(WS1)를 공급하고, 상기 제2 송신 전극(Tx-)에 제2 전기 교류 신호(WS2)를 공급하기 위한 신호 생성기와, 및
    - 상기 제1 수신 전극(Rx+)과 상기 제2 수신 전극(Rx-)과 결합되고, 상기 제1 수신 전극(Rx+)에 탭된 제1 전기값과 상기 제2 수신 전극(Rx-)에 탭된 제2 전기값 간의 차로부터 제1 측정 변수를 만들어내도록 구성된 신호 처리 디바이스(S)를 포함하는 정전용량형 센서 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 디바이스(S)는 제1 전기값과 제2 전기값의 합으로부터 제2 측정 변수를 만들어내도록 구성된 정전용량형 센서 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전기 교류 신호(WS1)의 AC 전압 성분은 상기 제2 전기 교류 신호(WS2)의 AC 전압 성분의 역인 정전용량형 센서 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 측정 변수, 상기 제2 측정 변수, 또는 상기 제1 측정 변수 및 상기 제2 측정 변수가 공급될 수 있고, 또한 상기 제1 측정 변수, 상기 제2 측정 변수, 또는 상기 제1 측정 변수 및 상기 제2 측정 변수로부터 정보 신호를 얻도록 구성된 평가 디바이스(A)를 더 포함하는 정전용량형 센서 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들(Tx+, Rx+, Tx-, Rx-)은
    - 상기 제1 송신 전극(Tx+)에서 방출된 교류 전기장이 사실상 상기 제1 수신 전극(Rx+)으로만 결합할 수 있고,
    - 상기 제2 송신 전극(Tx-)에서 방출된 교류 전기장이 사실상 상기 제2 수신 전극(Rx-)으로만 결합할 수 있도록 서로에 대해 배치되는 정전용량형 센서 디바이스.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들(Tx+, Rx+, Tx-, Rx-)은 상기 제2 측정 변수가
    - 물체가 상기 전극들(Tx+, Rx+, Tx-, Rx-)에 의해 만들어진 정전용량들에 미치는 영향이 없고 또는
    - 사실상 유사한 영향의 경우
    사실상 0이 되도록 서로에 대해 배치되는 정전용량형 센서 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값은 각각의 수신 전극(Rx+, Rx-)과 결합되는 전류 또는 각각의 수신 전극(Rx+, Rx-)에서 결과로 생긴 전압을 포함하는 정전용량형 센서 디바이스.
  8. 물체의 접근 검출을 위한 방법으로서,
    - 제1 송신 전극(Tx+)을 제1 전기 교류 신호(WS1)로 충전하고, 제2 송신 전극(Tx-)을 제2 전기 교류 신호(WS2)로 충전하여 상기 제1 송신 전극(Tx+)과 제1 수신 전극(Rx+) 간에 제1 교류 전기장이 만들어지고, 상기 제2 송신 전극(Tx-)과 상기 제2 수신 전극(Rx-) 간에 제2 교류 전기장이 만들어지는 단계와,
    상기 제1 수신 전극(Rx+)에서 제1 전기값을, 상기 제2 수신 전극(Rx-)에서의 제2 전기값을 탭하는 단계와,
    상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값 간의 차를 만들어냄으로써 제1 측정 변수를 생성하는 단계를 적어도 포함하는 물체의 접근 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전기값과 상기 제2 전기값의 합으로부터 제2 측정 변수를 만들어내는 물체의 접근 검출 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 전기 교류 신호들(WS1, WS2)은 상기 제1 전기 교류 신호(WS1)의 AC 전압 성분이 상기 제2 전기 교류 신호(WS2)의 AC 전압 성분의 역이 되도록 선택되는 물체의 접근 검출 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들(Tx+, Rx+, Tx-, Rx-)은
    - 상기 제1 교류 전기장은 사실상 상기 제1 수신 전극(Rx+)에만 결합할 수 있고,
    - 상기 제2 교류 전기장은 사실상 상기 제2 수신 전극(Rx-)에만 결합할 수 있도록 서로에 대해 배치되는 물체의 접근 검출 방법.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 정전용량형 센서 디바이스를 구비한 특히 전기 핸드헬드 디바이스를 포함하는 전기 디바이스.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002446A1 (de) 2011-01-04 2012-07-05 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung und Verfahren zur kapazitiven Annäherungsdetektion
US10108292B2 (en) * 2015-04-22 2018-10-23 Microchip Technology Incorporated Capacitive sensor system with multiple transmit electrodes
US10088963B2 (en) * 2015-10-26 2018-10-02 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a capacitive sensor
GB2568292B (en) * 2017-11-11 2020-01-22 Zedsen Ltd Examining electrical properties of objects

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2812388C2 (de) 1978-03-21 1982-06-24 Jürgen Ing.(grad.) 8019 Ebersberg Machate Einrichtung zum kapazitiven Abtasten von kartenförmigen Datenträgern
US4778951A (en) * 1983-09-12 1988-10-18 Peptek, Inc. Arrays of resistive elements for use in touch panels and for producing electric fields
DE4424028C2 (de) 1994-07-11 1997-07-03 Vdo Schindling Abrißerkennung für einen Regensensor
US5682788A (en) * 1995-07-12 1997-11-04 Netzer; Yishay Differential windshield capacitive moisture sensor
AU5128996A (en) 1996-02-09 1997-08-28 Scandmec Ab Device for sensing presence of an electrically conducting object
DE19812626A1 (de) 1998-03-23 1999-09-30 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur kapazitiven Objekterkennung bei Fahrzeugen
US6596507B2 (en) * 2000-04-14 2003-07-22 Nanotec Solution Device and method for determining characteristic of a biomass
KR100444235B1 (ko) * 2002-12-10 2004-08-16 삼성전기주식회사 자기 및 가속도 동시 검출 방법 및 장치
US6937951B2 (en) * 2003-06-03 2005-08-30 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Adaptive proximity sensing
DE102005029503A1 (de) * 2005-06-24 2006-12-28 Siemens Ag Bedienelement mit Näherungssensor und Abschirmung
DE102007026307A1 (de) * 2006-06-06 2008-02-07 Ident Technology Ag Anordnung zur Generierung eines für die Präsenz eines Objektes innerhalb eines Observationsbereiches indikativen Signals
AT504403B1 (de) 2006-10-16 2010-09-15 Univ Graz Tech Verfahren und vorrichtung zum messen zweier teilkapazitäten
GB2448821A (en) * 2007-04-24 2008-10-29 Seiko Instr Inc Differential capacitive proximity detector
US8089289B1 (en) * 2007-07-03 2012-01-03 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive field sensor with sigma-delta modulator
EP2186674B1 (en) * 2007-08-27 2015-10-07 Fujikura Ltd. Headrest position adjustment device and headrest position adjustment method
CN101896794B (zh) * 2007-12-13 2016-09-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 电容式接近传感器
US7880481B2 (en) * 2007-12-19 2011-02-01 Infineon Technologies Ag Capacitive sensor and measurement system
US8005276B2 (en) * 2008-04-04 2011-08-23 Validity Sensors, Inc. Apparatus and method for reducing parasitic capacitive coupling and noise in fingerprint sensing circuits
DE202009017337U1 (de) 2009-12-21 2010-04-08 Robert Bosch Gmbh Kapazitive Wandkontakterkennung für Ortungsgeräte
DE102011002446A1 (de) 2011-01-04 2012-07-05 Ident Technology Ag Sensoreinrichtung und Verfahren zur kapazitiven Annäherungsdetektion

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