JP2020510920A - 機械的相互作用の検出 - Google Patents

Abstract

１つの検出素子（１０４）が通電される。当該検出素子は、圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力の適用に応答して導電性がますますよくなる。プロセッサ（１０１）は、当該検出素子による最初の検出可能な適用された圧力に応答して低電力消費状態から中断される。次に、当該プロセッサは、同じ当該検出素子に適用された圧力を更に監視するように構成されている。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年２月２５日に出願された英国特許出願第１７０３１０９．７号に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。

［発明の背景］
本発明は、機械的相互作用を検出する方法に関する。本発明は、また、機械的相互作用を検出する装置に関する。

タッチスクリーン上のオペレータの指の動きに応答して機能が制御されるように、手で応答するタッチスクリーンを備え、バッテリーで作動する制御装置が提供されていることが知られている。この機能レベルを提供するためには、電気エネルギーが継続的に必要であるので、しばしば、毎日再充電操作を行うことによって補充しなければならないことが一般に認められている。
他の利用では、装置に従来の使い捨て電池が備えられている。これらの電池は頻繁に交換する必要がないことが望まれる。したがって、この種の装置は、従来のスイッチを操作するための物質としてのボタンを備える傾向がある。

［発明の簡単な説明］
本発明の第１の観点によれば、圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力に応答して導電性が増加する検出素子に通電し；前記検出素子によって最初に検出できる適用された圧力に応答してプロセッサを低電力消費状態から中断させ；そして、前記検出素子が前記プロセッサを中断させる第１モードと前記プロセッサに入力データを提供する第２モードの両方で動作するように、前記検出素子が適用された圧力を更に監視ように前記プロセッサを構成する、機械的相互作用の検出方法を提供する。

一実施形態では、前記第１モードの間に、前記センサ素子、参照抵抗器及び閾値抵抗器の直列接続を通して電流を供給することによって前記検出素子に通電することによって通電される。前記参照抵抗器と前記閾値抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに割り込み信号を供給してもよい。前記第１モードの間に、前記プロセッサの第１入力が前記割り込み信号を受信し、そして、前記第２モードに入る前に、前記第１入力が前記プロセッサによって接地されてもよい。前記第２モードの間に、前記センサ素子と前記参照抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに入力信号を供給してもよい。

本発明の第２の観点によれば、割り込み入力とデータ入力を備えたプロセッサ；及び、
圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力に応答して導電性が増加する検出素子を含み：前記プロセッサは、第１モードの間に低電力消費状態に入り；前記検出素子上に適用された最初の検出可能な圧力に応答して前記低電力消費状態の間に割り込み信号を受信し、それにより、監視活動中である第２モードに入り；そして、前記第２モードの間に、同じ前記検出素子が低電力消費状態である前記第１モード及び監視活動中である前記第２モードの両モードの間に適用された圧力に応答するように、前記検出素子に適用された圧力を更に監視する、機械的相互作用の検出装置を提供する。

図１は、本発明の一実施形態を示し； 図２は、個々のセンサ素子を示し； 図３は、検出素子の配列を示し； 図４は、マイクロコントローラを含む、図２に示すタイプの装置を多重化する回路を詳細に示し； 図５は、図１４で特定されたマイクロコントローラによって実行される操作を示し； 図６は、図５で特定されたスキャンプロセスを詳細に示し； 図７は、基板に取り付けられた図２で特定されたタイプのセンサ素子を示し； 図８は、図７に示すタイプの基板で構成された装置を示す。

本発明の実施形態は、単なる例として、添付の図面を参照して説明される。詳細な実施形態は、発明者に知られている最良の形態を示しており、特許請求の範囲に記載されている発明をサポートしている。しかしながら、それらは例示にすぎず、特許請求の範囲を解釈又は制限するために使用されるべきではない。それらの目的は、当業者に教示を提供することである。

[例示的な実施形態の詳細な説明]
（図１）
図１は、本発明の実施形態を示す。この装置は、適用された力、又は適用された圧力の形を利用し、機械的相互作用を検出するように構成されいると考えることができる。一実施形態では、この適用された力又は圧力は、制御装置上にユーザーの指、つまり親指を適用することによって達成されるが、本発明の本質的な要素は代替環境で実施できることを理解されたい。
プロセッサ１０１は、割り込み入力１０２とデータ入力１０３を含む。検出素子１０４は、圧力が適用されないと実質的に非導電性であり、適用された圧力の増加とともにますます導電性になる。これらの特性を満たす装置の例については、図２を参照して詳細に説明する。

プロセッサは、第１モードで動作するように構成されており、そして、第２モードで動作するようにも構成されている。第１モードは、低電力消費モードとして特定され、第１モードに入るとプロセッサ１０１が低電力消費状態に入る。一実施形態では、マイクロコントローラの通信ピンは、プログラム制御によって設定を変えることができる。したがって、ピンの多くは、駆動電圧の供給による出力、入力電圧のスキャンによる入力、又は割り込みとして選択できるであろう。したがって、オペレーションの第１モードでは、割り込み機能を提供するために特定の入力ピンが選択される。

低電力消費状態（オペレーションの第１モード）の間、装置は、検出素子上に付加された最初の検出可能な圧力に応答して割り込み信号を受信するように設定されている。この最初の適用された圧力を検出すると、プロセッサ１０１は、監視活動中である第２モードに入るように構成されている。監視活動中である第２モードの間に、検出素子に適用される更なる圧力が測定される。このようにして、同じ検出素子１０４が、低電力消費の第１モードと監視活動中の第２モードの両方で適用される圧力に応答することが可能である。低電力消費状態からプロセッサを中断し、オペレーションの第２モードの中で監視活動中の機能を実行するために、個別の検出装置を備える必要がない。本願により特定されるタイプの装置は、適切に構成された場合、同じ装置が両タイプの機能を達成することを可能にする。

同じ装置が両タイプの動作を促進することができるという結果を達成するために、多くの回路構成が可能であることを理解されたい。図１の実施形態では、プロセッサ１０１は、オペレーションの第１モードの間に、センサ素子１０４、参照抵抗器１０５及び閾値抵抗器１０６の直列接続を通して電流を供給するように構成されている。電流は、出力として構成されているプロセッサ１０１のインターフェースピンから引き出され、出力駆動電圧を出力駆動線１０７に供給する。その結果、電流は、検出素子１０４、参照抵抗器１０５及び閾値抵抗器１０６を通って第１の接地コネクタ１０８から地面に流れる。

この実施形態では、割り込み信号は、参照抵抗器１０５と閾値抵抗器１０６の直列接続の電圧から得られる。直列接続された抵抗のこの組み合わせを電位分圧器と定義する。
プロセッサ１０１自体は、第２の接地コネクタ１０９によって示されるように、接地されている。このように、プロセッサ１０１によって提供されるインターフェースピンの性質は、一実施形態では、入力信号を受信した後、割り込み入力１０２を再構成することができるように構成できる。したがって、一実施形態では、プロセッサ１０１は、前述の電位分圧器を介して割り込み信号を受信するために、第１モードの間に第１入力１０２を割り込み入力として確立するように構成されている。その後、第１入力１０２は、第２モードに入るとプログラム制御下で、第２の接地コネクタ１０９を介して接地される。

割り込み線１０２を地面へ接続することによって回路から閾値抵抗器１０６が効果的に除去されるので、検出素子１０４と参照抵抗器１０５を横切ってすべての利用可能な電圧が現れる。一実施形態では、プロセッサは第２入力１０３をデータ入力として監視するように構成されている。このデータ入力は、第２モードの間、センサ素子１０４と参照抵抗器１０５の間の電圧を受領し、第２の分圧器を効果的に規定する。

したがって、要約すると、オペレーションの第１モードの間、参照抵抗器１０５と閾値抵抗器１０６の間の接続に現れる電圧は、プロセッサ１０１に割り込み信号を提供する。この割り込み信号の受信に応答して、割り込み線１０１は接地され、それによって閾値抵抗器１０６が効果的に除去される。従来の動作は、第２モードに従って、今や検出素子１０４と参照抵抗１０５の間に現れる電圧を入力データとして受信することによって採用される。機械的相互作用に応じて、検出素子１０４の抵抗変化を使用してプロセッサを低電力消費状態から中断し、その後更なる機械的相互作用の範囲に関する入力データを提供するような、他の回路構成が可能であることを理解されたい。

（図２）
図２は、図１に示したタイプの検出素子１０４の例を詳細に示す。この例では、検出素子は、本願の出願人によって商標ＱＴＣのもとに販売されている材料を含むセンサの形態をとる。このタイプの材料は、「量子トンネル化合物」という名称でも特定されている。
図２に示すタイプのＱＴＣセンサは、感圧膜スイッチであり、力すなわち圧力の付加後に予測可能な方法で抵抗を変化させる。図１を参照して説明したように、センサは可変抵抗器の電気特性を持ち、図１を参照して説明したような電子システムに実装でき、上述のように電位分圧回路の一部として実装される。

（図３）
一実施形態では、複数の同様の検出素子に含めて、検出素子１０４を検出素子の配列３０１として提供することが可能である。この例では、配列３０１は１５個の列３０２と５個の行３０３からなる。第１列コネクタ３０４は、図４を参照して説明するように、プロセッサから駆動電圧を受け取る。同様に、第１行コネクタ３０５は プロセッサへスキャンした電圧を提供する。圧力の適用がないと配列３０１内の検出素子はすべて非導電性のままである。しかしながら、特定の検出素子の位置に十分な圧力が加えられると、その検出素子は導電性になり、それによって入力駆動線と出力スキャン線の間に伝送経路をもたらす。

（図４）
図３を参照して説明したタイプの配列は、図４に示すタイプの処理回路に接続する。したがって、第１列コネクタ３０４は第２列コネクタ４０１に接続し、第１行コネクタ３０５は第２行コネクタ４０２に接続する。
マイクロコントローラ４０３として実装されたプロセッサは、検出素子を連続的に監視して、多重化された入力データを生成する。その後、マイクロコントローラ４０３は、多重化された入力データから機械的相互作用の位置を決定するように構成されている。したがって、マイクロコントローラ４０３は、図５で特定し、図６を参照して詳細に説明するように、スキャン動作を実行する。これにより、配列３０１の検出素子に複数の入力線４０４を介して連続的にエネルギーを与えることができる。さらに、各入力線の通電中に、複数の出力線４０５が順次監視される。本実施形態では、各出力線は参照抵抗器を含む。この例では、５つの出力線が存在し、第１参照抵抗器４１１、第２参照抵抗器４１２、第３参照抵抗器４１３、第４参照抵抗器４１４、及び第５参照抵抗器４１５が提供される。したがって、各参照抵抗器は、第２モードの間に各入力電圧を生成する。
本実施形態では、１つの検出素子と各参照抵抗器の各直列接続は、共通の閾値抵抗器４１６と直列に接続され、これは再び第３の接地コネクタ４１７に接続される。

図６を参照して説明するように、一連のスキャンは第２モードの間に実行され、このタイプのスキャンを実行するには、多くの実施形態ではバッテリが実装された電源からかなりのレベルの電力を引き出す必要があることが理解される。
上述のように、第１モードでは、消費電力が最小限に抑えられる。マイクロコントローラは、低電力消費状態に入るように構成されている。割り込み入力４１８が提供され、マイクロコントローラ４０３は、その低電力消費状態から中断され、その後、割り込み信号を受信すると、第２モードに入るように構成されている。

第１モードに入ると、低電力消費状態に入る前に、すべての入力線４０４は、入力電源４１９から入力電源電圧を受領するマイクロコントローラ４０３によって通電される。しかしながら、機械的相互作用はなく、すべての検出素子１０４は非導電性のままであるため、入力線４０４は実質的に供給電圧（入力電源４１９から）のままであり、最小電流が第３の接地コネクタ４１７に流れる。したがって、第１モードでは、電圧が印加されているという点で、配列３０１はアクティブであるが、検出素子の非導電性の性質によって、実際の電流の流れは最小限であり、典型的にはわずか数マイクロアンペアである。

配列内の任意の場所に機械的圧力が加えられると、１つ又はより多くの検出素子が導電性になる場合がある（十分な圧力が加えられていると仮定する）。この結果、電流は１つ又はより多くの参照抵抗器４１１から４１５を通って流れ、そして、それゆえに共通の閾値抵抗器４１６を通って流れるであろう。したがって、この結果として、参照抵抗器と共通の閾値抵抗器４１６の間に電圧分圧器が確立され、割り込み線４１８上に割り込み電圧が供給される。上述のように、割り込みを受信すると、マイクロコントローラ４０３は第２モードに入り、割り込み線４１８が第４接地端子４２０に接続される。そして、スキャン動作中に、配列内の検出器と参照抵抗器４１１から４１５の直列接続から電圧が得られる。

（図５）
図５は、本発明の態様を具体化する装置の機能を提供するためにマイクロコントローラ４０３によって実行される動作を示す。ステップ５０１で、マイクロコントローラは、通常、電力入力４１９から受領するような、適切な電源の適用により初期化される。ステップ５０２で、入力線４０４はハイに設定される。すなわち、１５本（本実施形態では）はすべて電力入力４１９から実質的に供給電圧を受領する。上述のように、機械的相互作用がないので、実質的に電流が流れないため、この動作電圧を維持しながら電力消費が最小限に抑えられる。
ステップ５０３で、割り込み線４１８は、この線で受信する割り込み信号にマイクロコントローラが応答するように構成されている。したがって、このように構成された後、マイクロコントローラ４０３は、ステップ５０４で最小電力消費状態（又はスリープモード）に入る。

適切に選択された閾値抵抗器（４１１から４１５）によって、装置は、検出器のいずれかが割り込み信号を提供するのに十分な導電状態でなくても、ある程度の機械的相互作用を受けることができる。したがって、たとえば、自重では電子装置を第２モードに通電することは不十分であるので、装置の表面を下にして置くことができる。しかしながら、一実施形態において、閾値抵抗器は、１又はより多くの検出素子が導電状態になることによって、装置がユーザーによる適度な圧力の印加に十分に応答するように選択されている。

上述のように、最小電力消費状態では、すべての入力線（駆動線）４０４が通電するため、各センサに駆動電圧が印加され、それぞれのスキャン線（出力線）４０５を通して電流を流すことができる。電流が駆動線のいずれかを流れ、その後、センサ線のいずれかを介して戻るとき、共通の閾値抵抗器と組み合わせた参照抵抗器の１つが、十分な電流を地面に流す。その結果、共通の閾値抵抗器４１６の両端に電圧が現れ、割り込み電圧が割り込み線４１８に印加される。これにより、図５に示すように、マイクロコントローラが割り込み信号を受信する。

割り込み信号の受信に応答して、ステップ５０５に示すように、中断が実行される。これにより、マイクロコントローラは（低電力消費の）第１モードを離れ、第２モード、つまり動作モードに入る。割り込み入力は今やその目的を果たしており、ステップ５０６に示すように第４の接地コネクタ４２０に接続されることによりローに設定される。
ステップ５０７で、入力データを識別するためにスキャン手順が実行される。したがって、図６で詳述するように、入力線４０４が順次通電されて、多重化動作が実施される。

一実施形態では、ステップ５０８で、データを受信したかどうかについて質問される前に、所定のサイクル数が実行される。装置が誤って、おそらく場所間を移動している間に中断される可能性がある。したがって、装置を停止すると、それ以上の入力データは受信されないため、所定の閾値の後、ステップ５０８で問われた質問に否定的に回答すると、装置は最小電力消費状態（又は第１モード）に戻り、ステップ５０２に戻る。
ステップ５０８で問われた質問に肯定的に回答したならば、データが受信されたという効果に対して、ステップ５０９で、受信されたデータは既知の技術に沿った方法で処理される。その後、ステップ５１０で、シャットダウン条件が発生するかどうかについて質問され、答えが否定的であると、ステップ５０７で更なるスキャンが実行される。

図５に関して説明した手順は、圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力の適用に応答してますます導電性が増加する検出素子にエネルギーを与える機械的相互作用の検出方法を提供する。プロセッサは、検出素子によって最初に検出された圧力の適用に応答して、低電力消費状態から中断される。さらに、プロセッサは、検出素子に適用された更なる圧力を監視し、同じ検出素子がプロセッサを中断する第１モードと、プロセッサに入力データを提供する第２モードの両方で動作するように構成されている。

（図６）
図６は、入力データを生成するためのスキャン手順５０７を詳細に示す。
ステップ６０１で、入力線が選択され、通電される。その後、ステップ６０２で、出力線が選択され、スキャンされる。これにより、特定のセンサについて、通電された入力線とスキャンされた出力線の交点で特定の結果が得られる。そして、ステップ６０３で、このスキャンの結果が保存される。
ステップ６０４で、別の出力線が存在するかどうかについて質問され、答えが肯定的であると、この次の出力線が選択され、ステップ６０２でスキャンされる。したがって、この手順は繰り返されるので、特定の入力線について、すべての出力線がスキャンされる。

その後、ステップ６０５で、別の入力線（４０４）が存在するかどうかについて質問され、答えが肯定的であると、ステップ６０１で次の入力線が通電される。したがって、この手順は再び繰り返されるので、この入力線について、すべての出力線がスキャンされる。
最終的に、ステップ６０５で、すべての入力線にエネルギーが供給されるかどうが聞かれると否定的に回答する。次いで、受信データは、図５を参照して上述したように、ステップ５０８及び５０９で評価される。

（図７）
図７は、図３及び図４に模式的に示した装置の物理的具現化を示す。
検出素子は基板７０１上に取り付けられ、基板７０１はコネクタ７０２を含む。これによって、（上述した）コネクタ３０４、３０５、４０１及び４０２を実装する。マイクロコントローラ４０３は適切な回路基板７０３上に搭載され、外部装置への接続はインターフェース７０４を介して行われる。

（図８）
図７のサブアセンブリは、出力制御信号を生成するように構成された制御装置８０１などの制御装置内に含まれてもよい。例示の目的として、制御装置８０１はテレビ受信機を制御することができる。
制御装置８０１は、次に対話型表面８０３を規定するハウジング８０２を含む。対話型表面８０３は、ユーザーが実施する操作によって適用された圧力又は力の形で機械的相互作用を受けるように構成されている。したがって、基板７０１は、対話型表面８０３に機械的に近接して配置され、それにより、ユーザーが行なう機械的操作により、配列内の検出素子の抵抗率を制御することができる。

［発明の簡単な説明］
本発明の第１の観点によれば、請求項１に記載どおりの機械的相互作用の検出方法を提供する。

前記参照抵抗器と前記閾値抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに割り込み信号を供給してもよい。前記第１モードの間に、前記プロセッサの第１入力が前記割り込み信号を受信し、そして、前記第２モードに入る前に、前記第１入力が前記プロセッサによって接地されてもよい。前記第２モードの間に、前記センサ素子と前記参照抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに入力信号を供給してもよい。

本発明の第２の観点によれば、請求項５に記載どおりの機械的相互作用の検出装置を提供する。

Claims (15)

1. 圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力に応答して導電性が増加する検出素子に通電し；
   前記検出素子によって最初に検出できる適用された圧力に応答してプロセッサを低電力消費状態から中断させ；そして、
   前記検出素子が前記プロセッサを中断させる第１モードと前記プロセッサに入力データを提供する第２モードの両方で動作するように、前記検出素子が適用された圧力を更に監視ように前記プロセッサを構成する
   機械的相互作用の検出方法。
2. 前記第１モードの間に、前記センサ素子、参照抵抗器及び閾値抵抗器の直列接続を通して電流を供給することによって前記検出素子に通電する請求項１記載の方法。
3. 前記参照抵抗器と前記閾値抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに割り込み信号を供給する請求項２記載の方法。
4. 前記第１モードの間に、前記プロセッサの第１入力が前記割り込み信号を受信し；そして、
   前記第２モードに入る前に、前記第１入力が前記プロセッサによって接地される、請求項３記載の方法。
5. 前記第２モードの間に、前記センサ素子と前記参照抵抗器の間に存在する電圧が前記プロセッサに入力信号を供給する、請求項４記載の方法。
6. 割り込み入力とデータ入力を備えたプロセッサ；及び、
   圧力の適用がないと実質的に非導電性であり、圧力に応答して導電性が増加する検出素子を含み：
   前記プロセッサは、
   第１モードの間に低電力消費状態に入り；
   前記検出素子上に適用された最初の検出可能な圧力に応答して前記低電力消費状態の間に割り込み信号を受信し、それにより、監視活動中である第２モードに入り；そして
   前記第２モードの間に、同じ前記検出素子が低電力消費状態である前記第１モード及び監視活動中である前記第２モードの両モードの間に適用された圧力に応答するように、前記検出素子に適用された圧力を更に監視する
   機械的相互作用の検出装置。
7. 前記プロセッサが、前記第１モードの間に、前記センサ素子、参照抵抗器及び閾値抵抗器の直列接続を通して電流を供給するように構成される請求項６記載の装置。
8. 前記割り込み信号が、前記参照抵抗器と前記閾値抵抗器の間に存在する電圧から生じる請求項７記載の装置。
9. 前記プロセッサが、
   前記割り込み信号を受信するために、前記第１モードの間に第１入力を割り込み入力として確立し；そして、
   前記第２モードに入ると、前記第１入力のピンを接地するように構成される
   請求項８記載の装置。
10. 前記プロセッサが、
    第２番目の入力を入力データとして監視し；そして、
    前記第２モードの間に、前記センサ素子と前記参照抵抗器の間の電圧を前記第２入力で受け取るように構成される
    請求項９記載の装置。
11. 前記検出素子が、検出素子の配列を提供するために複数の同様な検出素子に含まれる、請求項６ないし１０のいずれか１項記載の装置。
12. 前記プロセッサが、
    多重化された入力データを生成するために、前記配列内の検出素子を順次監視し；そして、
    前記多重化された入力データから機械的相互作用の位置を決定するように構成される
    請求項１１記載の装置。
13. 前記検出素子が、複数の入力線を介して連続的に通電され；
    前記各入力線の通電中、複数の出力線が連続的に監視される；そして、
    前記第２モードの間に、それぞれの入力電圧を生成するために、前記各入力線が各参照抵抗器を含む
    請求項１２記載の装置。
14. １つの検出素子とそれぞれの参照抵抗器の各直列接続が、共通の閾値抵抗器と直列に接続されている、請求項１３記載の装置。
15. 機械的相互作用が手による加圧によって引き起こされ、前記プロセッサが出力制御信号を生成するように構成されている、請求項１１ないし１４のいずれか１項記載の装置。