Детектор контакта с кожей

Авторы патента:


Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей
Детектор контакта с кожей

 


Владельцы патента RU 2565595:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Изобретение относится к устройствам личной гигиены. Технический результат - обеспечение эффективного контакта с кожей во время фотоэпиляции. Детектор кожи содержит генератор сигнала для генерирования электрического запускающего сигнала; контрольную схему, содержащую емкость (CREF) и сопротивление (RPREF) для генерирования опорного сигнала в зависимости от запускающего сигнала; зонд, которого касается кожа, для измерения сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала, и компаратор для сравнения сигнала ответа кожи с опорным сигналом. Емкость (CREF) контрольной схемы (10) представляет нижнюю границу емкости кожи, а сопротивление (RPREF) контрольной схемы представляет верхнюю границу сопротивления кожи. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к детектору контакта с кожей. Изобретение дополнительно относится к устройству личной гигиены.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчики контакта с кожей могут использоваться для обнаружения присутствия кожи рядом с объектом. Примером класса датчиков контакта с кожей являются резистивные датчики контакта с кожей. Резистивные датчики контакта могут содержать делитель напряжения. В таком резистивном датчике контакта падения напряжения различных резисторов сравниваются и анализируются. Однако резистивный датчик контакта склонен к отказу, когда он используется для обнаружения контакта с кожей.

Более хорошим выбором является использование емкостного датчика, который оценивает и измеряет емкость между двумя или более электродами на коже. Измерение значения емкости обычно более сложно, чем измерение значения сопротивления.

WO 2008/129324 раскрывает устройство, содержащее: a) ряд зондов, каждый из которых имеет контакты, расположенные с возможностью одновременного касания кожи и определения предопределенной структуры на коже, при этом, по меньшей мере, один из зондов расположен с возможностью передачи импульсного электрического сигнала и, по меньшей мере, один из зондов расположен с возможностью приема переданного электрического сигнала; b) детектор сигнала для обнаружения каждого принятого электрического сигнала; c) средства для сравнения численного значения, полученного из, по меньшей мере, одного обнаруженного сигнала от детектора сигнала с, по меньшей мере, одним предопределенным численным значением; и d) средства для предоставления выходного сигнала, когда упомянутое значение, полученное из обнаруженного сигнала, отличается от предопределенного численного значения более чем на предопределенную величину. Если предопределенное значение является напряжением, предпочтительно, чтобы минимум диапазона был выше минимума, известного для кожи. Если предопределенное значение относится к емкости, то предопределенное значение предпочтительно основано на времени, затраченном, чтобы достичь пороговой величины. Средства для сравнения содержат микропроцессор и средства для хранения порогового значения. Устройство используется для управления устройствами фотоэпиляции, используемыми для местного лечения различных кожных заболеваний, и для влияния на нежелательный рост волос. Устройство содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП, ADC) и микропроцессор.

US-A-5943516 раскрывает камеру с системой предупреждения, которая предупреждает о неправильном держании камеры. Датчик касания считывает сопротивление или емкость тела пальца фотографа, касающегося датчика. В варианте осуществления генератор импульсов подает импульс на первую контрольную схему RC и через резистор на зонд, который имеет емкость по отношению к телу. Таким образом, зонд в комбинации с резистором формирует схему RC. Компаратор сравнивает время задержек импульса, вызванных двумя схемами RC. Время задержки схемы зонда/резистора меняется, когда палец касается зонда. Зонд представляет собой тип датчика касания электростатического емкостного обнаружения. Таким образом, в этом варианте осуществления схема подходит для обнаружения изменения емкости датчика.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было бы полезным иметь улучшенный детектор контакта с кожей. Для более эффективного решения этой проблемы первый аспект изобретения предоставляет детектор контакта с кожей, содержащий

генератор сигнала, выполненный с возможностью генерирования электрического запускающего сигнала;

контрольную схему, содержащую емкость и сопротивление, скомпонованные параллельно для работы как модель электрических свойств кожи, чтобы генерировать опорный сигнал в зависимости от запускающего сигнала;

зонд, которого касается кожа, причем зонд выполнен с возможностью измерения сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала, и причем зонд выполнен с возможностью получения сигнала ответа, зависящего от сопротивления и емкости в электрическом контакте с зондом; и

компаратор, выполненный с возможностью сравнения сигнала ответа кожи с опорным сигналом, с тем чтобы генерировать сигнал, служащий признаком контакта с кожей.

Сигнал ответа кожи зависит от любого сопротивления и емкости, которые находятся в электрическом контакте с зондом. Когда человеческое тело касается зонда, сопротивление и/или емкость изменяется и, следовательно, сигнал, измеряемый на зонде, изменяется. Сопротивление и емкость, выбранные для опорной схемы, действуют как упрощенная модель электрических свойств кожи. Емкость и сопротивление контрольной схемы расположены параллельно. Такое расположение предоставляет модель электрических свойств человеческой кожи, потому что человеческая кожа тоже имеет емкость и сопротивление, соединенные параллельно. Таким образом, форма опорного сигнала лучше соответствует сигналу ответа кожи. Следовательно, посредством сравнения сигнала ответа кожи с опорным сигналом как емкость, так и сопротивление кожи проверяются одной и той же электрической схемой. Это повышает надежность определения контакта с кожей по сравнению с проверкой только емкости или только сопротивления. Более того, количество электрических компонентов ограничено. Блок обработки не требуется. Система может быть реализована с относительно простыми электрическими компонентами.

Емкость контрольной схемы может представлять нижнюю границу емкости кожи, а сопротивление контрольной схемы может представлять верхнюю границу сопротивления кожи. Емкость кожи обычно больше, чем емкость воздуха, окружающего зонд. Более того, сопротивление кожи обычно ниже, чем сопротивление воздуха, окружающего зонд. Из-за этого емкость на зонде увеличивается, а сопротивление на зонде уменьшается, когда кожа оказывается около зонда. Когда емкость и сопротивление выбраны между соответствующими значениями воздуха и кожи, они могут использоваться как пороговые значения для обнаружения контакта с кожей. Знак разницы между опорным сигналом и сигналом ответа кожи может затем измениться, когда кожа будет приведена в контакт с зондом. Это позволяет легко обнаруживать кожу.

Компаратор может быть выполнен с возможностью сравнения напряжения сигнала ответа кожи с напряжением опорного сигнала. Сравнение напряжения сигналов может быть выполнено относительно просто с помощью недорогих компонентов. Более того, на ответ напряжения на запускающий сигнал оказывает влияние как емкость, так и сопротивление. Увеличенная емкость приводит к тому, что напряжение увеличивается более медленно, чем опорный сигнал, который понижает напряжение по сравнению с опорным сигналом, по меньшей мере, временно после начала запускающего импульса. Пониженное сопротивление также приводит к тому, что напряжение сигнала ответа кожи становится ниже. Эффекты, вызванные увеличенной емкостью и пониженным сопротивлением, добавляются в сигнал ответа кожи, что может привести к существенно более низкому напряжению сигнала ответа кожи.

Система может содержать дополнительную контрольную схему, содержащую дополнительную емкость и дополнительное сопротивление, выполненные с возможностью генерирования дополнительного опорного сигнала в зависимости от запускающего сигнала, причем дополнительная емкость представляет верхнюю границу емкости кожи, и причем дополнительное сопротивление представляет нижнюю границу сопротивления кожи. Таким образом, получены два опорных сигнала, которые представляют граничные случаи ожидаемых значений емкости и сопротивления в случае контакта с кожей. Это улучшает определение, поскольку позволяет отличить контакт с кожей от контакта с высокопроводящим материалом или с объектом высокой емкости.

Система может содержать дополнительный компаратор, выполненный с возможностью сравнения сигнала ответа кожи с дополнительным опорным сигналом, и генератор выходного сигнала для генерирования выходного сигнала, показывающего, находится ли сигнал ответа кожи между опорным сигналом и дополнительным опорным сигналом. Два опорных сигнала могут представлять верхнюю и нижнюю границы сигнала ответа кожи (например, напряжение) в случае контакта с кожей. Это может быть эффективно обработано путем использования дополнительного компаратора и генератора выходного сигнала.

Электрический запускающий сигнал может содержать периодический импульсный сигнал. Такой периодический импульс генерирует опорный сигнал и сигнал ответа кожи, имеющий крутизну, которая зависит от емкости, и значение конвергенции, которое зависит от сопротивления. Это дает возможность сравнивать оба свойства одновременно и с помощью одной схемы. Более того, периодичность позволяет проверять крутизну (т.е. емкость) через регулярные интервалы времени. Примером периодического импульсного сигнала является сигнал синхронизации.

Система может содержать дополнительный зонд, которого касается кожа, выполненный с возможностью измерения дополнительного сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала в другом месте кожи, и дополнительный компаратор, выполненный с возможностью сравнения дополнительного сигнала ответа кожи с опорным сигналом, и генератор выходного сигнала, выполненный с возможностью генерирования выходного сигнала касания кожи в зависимости от выходного сигнала компаратора и дополнительного компаратора. Это обеспечивает более надежное измерение. Более того, это позволяет проверять, находится ли область между зондом и дополнительным зондом близко к коже. Таким образом, может быть реализовано более точное определение местоположения устройства, имеющего датчик контакта с кожей.

Система может дополнительно содержать поверхность, расположенную, чтобы удерживаться рукой, в которой заземление выполнено с предоставлением возможности электрической связи с рукой, когда рука держит поверхность. Это удобный способ предоставления земли. Не требуется отдельный зонд земли. Например, заземление может быть расположено для предоставления возможности емкостной связи с рукой через поверхность.

Система может дополнительно содержать корпус, в котором поверхность содержит, по меньшей мере, часть наружной поверхности корпуса. Это удобное расположение, например, для ручных устройств, которые могут удерживаться посредством захватывания поверхности устройства. Это также может быть использовано для более крупных устройств, которые могут содержать, например, элемент для захвата или поверхность для прикосновений.

Зонд может содержать проводящий материал, выступающий из корпуса. Такое расположение облегчает контакт зонда с поверхностью кожи.

Система может дополнительно содержать переключатель, оперативно связанный с компаратором и выполненный с возможностью управления действием, оказывающим влияние на кожу в зависимости от выходного сигнала компаратора. Таким образом, действие может быть сделано зависимым от надлежащего расположения кожи. Это может увеличить безопасность.

Система может дополнительно содержать источник электромагнитных импульсов или света, в котором переключатель выполнен с возможностью управления источником электромагнитных импульсов или света. Таким образом, импульсы или свет могут быть заблокированы, когда не обнаружено контакта с кожей. Источник света может содержать источник лазерного излучения.

Другой аспект настоящего изобретения предоставляет устройство личной гигиены, содержащее систему для обнаружения контакта с кожей, как изложено. Это позволяет управлять работой устройства личной гигиены в зависимости от присутствия действительного контакта с кожей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения очевидны и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже. На чертежах:

фиг.1 представляет собой структурную схему варианта осуществления системы для определения контакта с кожей;

фиг.2 представляет собой структурную схему дополнительного варианта осуществления системы для определения контакта с кожей;

фиг.3 показывает графики сигналов в случае необнаружения действительного контакта с кожей;

фиг.4 показывает графики сигналов в случае обнаружения действительного контакта с кожей;

фиг.5 представляет собой структурную схему варианта осуществления, содержащего две контрольные схемы;

фиг.6 представляет собой диаграмму состояний, соответствующую фиг.5;

фиг.7 представляет собой структурную схему варианта осуществления, содержащего многочисленные зонды контакта с кожей;

фиг.8 представляет собой эскиз устройства домашнего ухода в использовании.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В этом описании, помимо прочего, раскрыто решение датчика контакта с кожей, которое использует как резистивные, так и емкостные свойства кожи для увеличения надежности определения контакта с кожей. Более того, используется относительно небольшое количество электрических компонентов. Оба принципа измерения могут быть оценены одной и той же электрической схемой. В предшествующем уровне техники обычно было необходимо реализовывать две (или более) различные схемы интерпретации, чтобы измерить изменения сопротивления и емкости датчика контакта.

Датчик контакта с кожей может содержать резистивный опорный элемент и емкостной опорный элемент. Эти элементы могут сравниваться с элементом контакта с кожей посредством сравнивающего элемента. Опорный элемент и элемент контакта с кожей могут питаться от периодического запускающего сигнала, например сигнала синхронизации (CLK) или сигнала импульсной широкой модуляции (PWM) (которые легко могут быть предоставлены микроконтроллером или другими средствами).

Сравнение выходных сигналов опорного элемента и датчика контакта с кожей может быть выполнено посредством простого сравнивающего элемента, такого как компаратор, операционный усилитель, или напрямую микроконтроллером. Падения напряжения на резистивном опорном элементе и элементе контакта с кожей зависят от сопротивления (и от амплитуды запускающего сигнала).

В дополнение к резистивной оценке также может быть выполнено сравнение емкостной характеристики датчика контакта с кожей и емкостного опорного элемента. С этой целью один и тот же сравнивающий элемент может использоваться для измерения разницы между постоянными времени датчика контакта с кожей и емкостного опорного элемента. Из-за быстрого переходного процесса используемых сигналов CLK или PWN емкостное значение может быть оценено посредством измерения разности потенциалов между переходными ответными напряжениями опорного элемента и элемента контакта с кожей. Если емкостное значение датчика контакта с кожей выше, чем емкостное значение опорного элемента, постоянная времени элемента контакта с кожей выше, чем у опорного элемента. В этом случае напряжение элемента контакта с кожей временно будет ниже, чем напряжение опорного элемента, которое может быть обнаружено компаратором.

Из-за того что могут быть использованы резистивный и емкостной опорные элементы, калибровка датчика контакта с кожей может быть выполнена посредством установления сопротивления и емкости опорных элементов. Таким образом, могут быть достигнуты различные "сценарии определения контакта с кожей" (например, полный контакт, частичный контакт, действительный контакт только с кремом для тела, действительный контакт только с мокрой кожей, действительный контакт только с сухой кожей,...).

Фиг.1 иллюстрирует систему для обнаружения контакта с кожей или детектор контакта с кожей. Система содержит зонд 11, которого касается кожа, для измерения сигнала ответа кожи. Система дополнительно содержит генератор 9 сигнала для генерирования электрического запускающего сигнала. Этот запускающий сигнал может содержать ступенчатую функцию, например, от нуля Вольт до +5 Вольт. Может использоваться любой другой запускающий сигнал. Непостоянный запускающий сигнал выгоден для измерения емкости.

Генератор 9 сигнала оперативно соединен с зондом 11. Следовательно, сигнал ответа кожи зависит от запускающего сигнала. Генератор 9 сигнала может быть дополнительно оперативно соединен с контрольной схемой 10, содержащей емкость и сопротивление для генерирования опорного сигнала в зависимости от запускающего сигнала. Дополнительная схема 5 может быть предоставлена между генератором 9 сигнала и зондом 11. Зонд 11 и контрольная схема 10 оперативно соединены с компаратором 4. Компаратор 4 сравнивает сигнал ответа кожи с опорным сигналом. Некоторая дополнительная схема 6 может быть предоставлена между зондом 11 и компаратором 4. Выходной сигнал компаратора может служить признаком контакта с кожей. Чтобы дополнительно улучшить обнаружение контакта с кожей, схема 7 логического умножения может иметь в качестве входных сигналов выходной сигнал компаратора и генератора сигнала. Это позволяет учитывать только релевантные части сигнала в выходном сигнале 8. Функция схемы логического умножения может быть предоставлена, например, микроконтроллером. Емкость контрольной схемы 10 может представлять нижнюю границу емкости кожи. Сопротивление контрольной схемы 10 может представлять верхнюю границу сопротивления кожи. Заземление 12 может быть выполнено как дополнительный зонд, которого также касается кожа в случае контакта с кожей.

Фиг.2 иллюстрирует более подробный пример системы для обнаружения контакта с кожей. Подобные элементы были маркированы одними и теми же номерами ссылок на всех фигурах. Контрольная схема 10 содержит сопротивление RPREF, включенное параллельно с емкостью CREF. Другое сопротивление RSREF расположено последовательно с сопротивлением RPREF и емкостью CREF. В этом примере дополнительная схема 5 содержит делитель напряжения, содержащий сопротивление RSSKIN и сопротивление RSKIN, при этом последнее из упомянутых сопротивлений RSKIN соединено с землей, а зонд расположен между сопротивлением RSSKIN и сопротивлением RSKIN. Как показано на фигуре посредством пунктирных объектов, кожа, соединенная с зондом, может вести себя электрически как переменное сопротивление RPSKIN и параллельная переменная емкость CSKIN. Как описано со ссылкой на фиг.1, емкость CREF контрольной схемы 10 может представлять нижнюю границу емкости кожи, а сопротивление RPREF контрольной схемы 10 может представлять верхнюю границу сопротивления кожи. Компаратор 4 расположен для сравнения напряжения сигнала ответа кожи с напряжением опорного сигнала. Результирующий сигнал OUT_COMP и выходной сигнал генератора 9 сигнала могут быть объединены, например, в схеме 7 логического умножения для получения финального выходного сигнала 8.

Могут быть предоставлены два зонда: один зонд является зондом 11 контакта с кожей, а другой зонд соединен с землей. Это верно как для фиг.1, так и для фиг.2. Однако это не является ограничением, как будет описано где-нибудь еще в этом описании. Оба зонда могут быть расположены рядом друг с другом, так что оба зонда могут установить электрический контакт, когда кожа касается зондов.

Датчик контакта с кожей и опорный элемент питаются запускающим сигналом, чтобы получить переходную характеристику опорного элемента и датчика контакта с кожей. В сигнале, полученном от элемента 11 контакта с кожей, можно наблюдать два основных параметра сигнала:

ΔUSKIN: Падение напряжения на земле согласно сопротивлению кожи (RPSKIN).

ΔτSKIN: Время нарастания переходной характеристики согласно емкости кожи (CSKIN).

Соответствующие сигналы можно наблюдать в сигнале, полученном от контрольной схемы 10:

ΔUREF: Падение напряжения на земле согласно сопротивлению (RPREF) опорного элемента 10.

ΔτREF: Время нарастания переходной характеристики согласно емкости (CREF) опорного элемента 10.

Выходной сигнал сравнивающего элемента 4 является "низким" до тех пор, пока значения (ΔUSKIN, ΔτSKIN) кожи выше, чем опорные значения (ΔUREF, ΔτREF). Выходной сигнал сравнивающего элемента 4 является "высоким" до тех пор, пока значения (ΔUSKIN, ΔτSKIN) кожи ниже, чем опорные значения (ΔUREF, ΔτREF). Однако это не является ограничением. Например, значения "высокого" и "низкого" состояний могут поменяться местами посредством того, что соединения компаратора с зондом 11 контакта с кожей и контрольной схемой 10 поменяются местами.

Опорный элемент, содержащий определенный последовательный резистор (RSREF) и определенную емкость (CREF), может формировать фильтр нижних частот с определенным временем нарастания переходной характеристики (Δτ1REF) от сигнала CLK. Это время нарастания переходной характеристики можно сравнить с переменным временем (ΔτSKIN) нарастания переходной характеристики фильтра нижних частот, который сформирован определенным последовательным сопротивлением (RSSKIN) и переменной емкостью (CSKIN) от того же сигнала CLK. Здесь переменная емкость (CSKIN) относится к емкости тела (кожи), находящегося в контакте или расположенного очень близко к зонду 11. Она является переменной, поскольку емкость (CSKIN) зависит от того, находится ли кожа в контакте с зондом, и, более того, она зависит от свойств кожи и от чего-либо, находящегося на коже (такого как вода или гель). Различное время отклика может быть обнаружено компаратором из-за того, что будет, по меньшей мере, временная разность потенциалов, связанная с различным временем нарастания.

Дополнительный определенный параллельный резистор (RPREF) может вместе с определенным последовательным резистором RSREF привести к специфической опорной разности (ΔUREF) потенциалов. Кожа также имеет (переменное) сопротивление RPSKIN, которое вместе с последовательным сопротивлением RSSKIN приводит к переменной разности (ΔU1SKIN) потенциалов, которую можно сравнить с опорной разностью (ΔUREF) потенциалов. Разница во времени нарастания и разность потенциалов, вызванная емкостью и сопротивлением кожи, добавляются к увеличенной разнице между напряжением, ассоциированным с контактом с кожей, и напряжением без контакта с кожей.

До тех пор пока значение напряжения на отрицательном входе компаратора (SKIN) выше, чем значение напряжения на положительном входе (REF), выходной сигнал компаратора (OUT_CMP) находится в значении "низкий" (это случай, когда RPSKIN выше, чем RPREF, и/или CSKIN ниже, чем CREF). Если значение напряжения на отрицательном входе компаратора (SKIN) ниже, чем значение напряжения на положительном входе (REF), выходной сигнал компаратора (OUT_CMP) переключается в значение "высокий" (это случай, когда RPSKIN ниже, чем RPREF, и/или CSKIN выше, чем CREF). Однако это является лишь примером расположения. Сигналы SKIN и REF могут поменяться местами, что привело бы к отрицанию сигналов и к тому, что положения "высокий" и "низкий" поменяются местами.

Когда электрическая схема находится в своем нормальном рабочем состоянии, зонд 11 контакта с кожей, также как и контрольная схема 10, могут питаться одним и тем же сигналом CLK. Электронные части контрольной схемы 10 (в примере на фиг.2 RSREF, RPREF и CREF) приводят к определенному резистивному падению напряжения (ΔU1REF) и определенной характеристике времени нарастания переходного процесса (Δτ1REF). Хотя электронные компоненты схемы 13 контакта с кожей (RSSKIN, RSKIN, RPSKIN и CSKIN) могут привести к определенному резистивному падению напряжения (ΔU1SKIN) и определенной характеристике времени нарастания переходного процесса (Δτ1SKIN). Значения RPSKIN и CSKIN являются переменными и определяются кожей. Если нет контакта с кожей между зондом 11 и землей (GND), дополнительное значение RPSKIN очень высокое (=открыто) и дополнительная емкость CSKIN очень низкая (=низко, характерно для диэлектрика).

Фиг.3 показывает два графика, иллюстрирующие эффект напряжения, если контакт с кожей является недействительным. Следует отметить, что графики являются только эскизами и не изображены в масштабе. В частности, масштаб различных графиков не один и тот же. Верхний график на фиг.3 показывает пример характеристики сигнала переходного процесса опорного элемента и датчика контакта с кожей. До тех пор пока нет действительного контакта с кожей, CSKIN очень низкое, и поэтому время нарастания переходного процесса датчика контакта с кожей (SKIN) меньше, чем время нарастания переходного процесса опорного элемента (REF). Разность (ΔU) потенциалов между входами компаратора приводит к отрицательному (=низкому) выходному сигналу (OUT_CMP), потому что напряжение датчика контакта с кожей выше, чем напряжение опорного элемента во время синхронизирующего импульса. Схема 7 логического умножения не учитывает разностный сигнал в отсутствие синхронизирующего импульса.

Нижний график на фиг.3 показывает эскиз примерной характеристики резистивного сигнала опорного элемента и датчика контакта с кожей. До тех пор пока нет действительного контакта с кожей, RPSKIN очень высокое, и поэтому выходное напряжение датчика контакта с кожей (SKIN) выше, чем выходное напряжение опорного элемента (REF). Разность (ΔU) потенциалов между входами компаратора приводит к отрицательному (=низкому) выходному сигналу (OUT_CMP), потому что напряжение датчика контакта с кожей выше, чем напряжение опорного элемента. Если сигнал CLK переходит в состояние с низким уровнем, все еще существует положительная разность потенциалов между входами компаратора, так что выходной сигнал (OUT_CMP) компаратора продолжает оставаться в отрицательном (=низком) значении.

Фиг.4 показывает графики, соответствующие случаю, когда контакт с кожей является действительным, т.е. кожа находится в контакте с зондом 11. Следует отметить, что графики являются только эскизами и не изображены в масштабе. В частности, масштаб различных графиков не один и тот же. Верхний график на фиг.4 показывает эскиз примерной характеристики сигнала переходного процесса контрольной схемы (REF) и схемы контакта с кожей (SKIN). При наличии действительного контакта с кожей CSKIN выше, чем в отсутствие действительного контакта с кожей. CREF может быть выбрано таким образом, что CSKIN будет выше, чем CREF в случае контакта с кожей. Следовательно, время нарастания переходного процесса схемы контакта с кожей (SKIN) больше, чем время нарастания переходного процесса опорного элемента (REF). Отрицательная разность (-ΔU) потенциалов между входами компаратора приводит к положительному (=высокому) выходному сигналу (OUT_CMP) компаратора, потому что напряжение схемы контакта с кожей ниже, чем напряжение контрольной схемы. Несмотря на то что окончание синхронизирующего импульса может быть началом времени спада переходного процесса, причем напряжение схемы контакта с кожей (SKIN) выше, чем напряжение контрольной схемы (REF), этот эффект на выходе компаратора может быть проигнорирован посредством схемы 7 логического умножения.

Нижний график на фиг.4 показывает эскиз характеристики резистивного сигнала опорного элемента и датчика контакта с кожей. При наличии действительного контакта с кожей RPSKIN ниже, чем в отсутствие контакта с кожей. В частности, сопротивление RPREF в контрольной схеме может быть выбрано таким, что выходное напряжение датчика контакта с кожей (SKIN) будет ниже, чем выходное напряжение опорного элемента (REF) в случае контакта с кожей. Отрицательная разность (-ΔU) потенциалов между входами компаратора приводит к положительному (=высокому) выходному сигналу (OUT_CMP) компаратора, потому что напряжение датчика контакта с кожей ниже, чем напряжение опорного элемента. Если сигнал CLK переходит в состояние с низким уровнем, все еще может быть отрицательная разность потенциалов между входами компаратора, так что выходной сигнал (OUT_CMP) компаратора остается в положительном (=высоком) значении. Это зависит от характеристики емкостного разряда опорного элемента, как долго значение OUT_CMP будет оставаться на высоком уровне. На диаграмме может быть видно, что OUT_CMP немного уменьшает уровень своего напряжения. Однако это может не относиться к данному случаю, если применяется схема 7 логического умножения.

Схема 7 логического умножения может быть отдельным электронным компонентом. Она также может быть выполнена на микроконтроллере, PGA, FPGA, логической матрице или тому подобном. Если контакт с кожей является действительным, выходной сигнал логической схемы умножения (OUTPUT) может иметь практически ту же характеристику, что и сигнал синхронизации. Контакт с кожей является действительным, когда емкость датчика контакта с кожей выше и/или сопротивление датчика контакта с кожей ниже, чем значения емкости и сопротивления опорного элемента. Если контакт с кожей не является действительным, сигнал OUTPUT постоянно находится в низком значении.

Калибровка датчика контакта с кожей может позволить достичь различных "сценариев контакта с кожей". Например, контакт с кожей может быть правильно обнаружен только в любом одном из случаев: полный контакт, частичный контакт, действительный контакт только с кремом для тела на коже, действительный контакт только мокрой кожей, действительный контакт только с сухой кожей. Эта калибровка может быть выполнена посредством регулировки или замены электронных компонентов контрольной схемы (RSREF, RPREF и CREF). С этой целью электронные компоненты контрольной схемы могут быть переменными. Кроме того или альтернативно, может быть реализовано множество контрольных схем 10 и соответствующих компараторов 4, каждые из которых будут калиброваны на один из этих сценариев, чтобы поддерживать генерирование различных сигналов управления в случае различных видов контакта с кожей.

Множество контрольных схем 10 и соответствующих компараторов 4 также может быть использовано для улучшения обнаружения контакта с кожей. Например, чтобы избежать сигнала действительного контакта с кожей, когда, например, датчик контакта с кожей подвергается очень высокой емкости или очень низкоомической поверхности. Такая ситуация также могла бы возникнуть, когда контакт с кожей покрыт водой или закорочен.

Фиг.5 показывает структурную схему системы для определения контакта с кожей. Как было отмечено выше, подобные элементы были маркированы одними и теми же номерами ссылок на всех фигурах. Схема 13 контакта с кожей и контрольная схема 10 и компаратор 4 подобны тем, что были описаны для фиг.2. Электрические компоненты контрольной схемы 10 были показаны с нижним индексом 1 для ясности. Система на фиг.5 также содержит дополнительную контрольную схему 14, содержащую дополнительную емкость (CREF2) и дополнительное сопротивление (RPREF2) для генерирования дополнительного опорного сигнала в зависимости от запускающего сигнала, который может быть сигналом синхронизации тактового генератора 9. Как было описано выше, эта дополнительная контрольная схема 14 может использоваться в различных приложениях, чтобы была возможность обнаружить сценарии множественного контакта или чтобы улучшить качество обнаружения. В компоновке на фиг.5 система обнаруживает, находится ли сигнал схемы 13 контакта с кожей между опорными сигналами двух контрольных схем. Однако это не является ограничением. Другие расположения компараторов 4 и 15 и генератора 7 выходного сигнала также возможны. В настоящей компоновке дополнительная емкость (CREF2) представляет верхнюю границу емкости кожи, а дополнительное сопротивление (RPREF2) представляет нижнюю границу сопротивления кожи. Система содержит дополнительный компаратор 15 для сравнения сигнала ответа кожи (SKIN) с дополнительным опорным сигналом (REF2). Система дополнительно содержит генератор 7 выходного сигнала для генерирования выходного сигнала, показывающего, находится ли сигнал ответа кожи между опорным сигналом и дополнительным опорным сигналом.

Как показано на фигуре, генератор 7 выходного сигнала может быть схемой логического умножения. Однако это не является ограничением. Дополнительная контрольная схема может определять наинизшее разрешенное сопротивление (RPREF2) кожи и максимально разрешенную емкость (CREF2) кожи. Если сопротивление кожи становится меньше, чем значение RPREF2, или емкость кожи превышает значение CREF2, выходной сигнал компаратора 15 (COMP2) падает до нижнего значения, и выходной сигнал (OUTPUT) логической схемы умножения переходит в низкое значение. С этой целью дополнительная контрольная схема 14 соединена с отрицательным входом дополнительного компаратора 15. Однако это не является ограничением. Также возможно соединить дополнительную контрольную схему 14 с положительным входом. Это может использоваться для осуществления другой функциональности. Более того, это может быть скорректировано должным образом сконфигурированным генератором 7 выходного сигнала.

Фиг.6 иллюстрирует эскиз "диаграммы действительных состояний" схемы обнаружения кожи, показанной на фиг.5. Горизонтальная ось представляет сопротивление (RPSKIN) кожи, а вертикальная ось представляет емкость (CSKIN) кожи. Как видно, CREF2>CREF1 и RPREF1>RPREF2. Если CSKIN ниже, чем CREF1, и/или RPSKIN выше, чем RPREF1, выходной сигнал схемы обнаружения кожи является "недействительным" или "низким" (состояние 1 на фигуре). Если CSKIN выше, чем CREF1, и ниже, чем CREF2, и/или RPSKIN ниже, чем RPREF1, и выше, чем RPREF2, выходной сигнал схемы обнаружения кожи является "действительным" или "высоким" (состояние 2 на фигуре). Если CSKIN ниже, чем CREF2, и/или RPSKIN ниже, чем RPREF2, выходной сигнал схемы обнаружения кожи является "недействительным" или "низким" (состояние 3 на фигуре).

Фиг.7 показывает упрощенную схему детектора контакта с кожей, содержащую зонд P1 и дополнительный зонд P2, каждого из которых касается кожа, для измерения сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала. Эти зонды P1 и P2 могут быть расположены рядом друг с другом на поверхности устройства, чтобы исследовать два или более участка кожи. Зонд P1 соединен со схемой 16, а зонд P2 соединен со схемой 18. Эти схемы 16 и 18 могут иметь структуру, подобную той, которая показана на фиг.2, с компаратором 4 для сравнения сигнала ответа коже и опорным сигналом. Эти схемы могут иметь отдельные контрольные схемы или могут совместно использовать одну и ту же контрольную схему. Выходные сигналы OUT1 и OUT2 схем 16 и 18 могут соответствовать OUT_CMP или выходному сигналу 8 на фиг.2. Выходные сигналы OUT1 и OUT2 объединяются в генераторе 17 выходного сигнала, который может быть схемой логического умножения, чтобы получить выходной сигнал 19 контакта с кожей.

Детектор контакта с кожей в этом случае содержит более одного зонда P1, P2,... контакта с кожей. Возможно расширить эту систему до более чем двух зондов P1, P2, как это проиллюстрировано на фигуре. Зонды контакта с кожей могут иметь схемы 13, 16, соединенные с ними, чтобы обнаруживать любой контакт с кожей. Результирующие сигналы (OUT1, OUT2,...) каждого из зондов (P1, P2,...) контакта с кожей объединяются в генераторе 17 выходного сигнала. Генератор 17 выходного сигнала может содержать схему логического умножения, как показано, которая выводит сигнал действительного контакта с кожей, только если результирующий сигнал (OUT1, OUT2,...) каждого отдельного зонда показывает наличие действительного контакта с кожей. CP1 и CP2 представляют емкостное соединение с землей системы обнаружения контакта с кожей через кожу. Заземление может быть соединено с дополнительным зондом или может быть выполнено иным способом, как объяснено в следующем примере.

Фиг.8 иллюстрирует датчик контакта с кожей в использовании в устройстве 20 личной гигиены. Устройство 20 личной гигиены содержит два зонда P1, P2, касающиеся поверхности 21 кожи, например кожи лица. Затронутая часть кожи 21 находится в электрическом контакте с рукой 22 того же человека, как это схематически представлено емкостями CP1 и CP2 ("разбросанные емкости"). Зонды P1 и P2 соединены со схемой для обнаружения контакта с кожей, как описано выше. Эта схема в этом примере выполнена на печатной плате (PCB), как показано. Заземление (GND) датчика контакта с кожей может быть соединено с разнообразным корпусом устройства 20 личной гигиены и осуществляет, по меньшей мере, емкостное соединение с рукой 22, как это схематически показано символом CGND. Корпус может быть сделан из непроводящего материала. Корпус, таким образом, содержит поверхность для того, чтобы ее держала рука, чтобы удерживать устройство 20 личной гигиены, причем заземление соединено с поверхностью. Вообще, заземление расположено, чтобы осуществлять электрическую связь, например, посредством емкостного соединения с рукой, когда рука держит поверхность.

Зонды P1 и P2, как показано, могут выступать из корпуса. Зонды также могут быть невыступающими. Они также могут содержать проводящий материал. Заземление, вместо того, чтобы быть выполненным как поверхность захвата, как на фиг.8, также может быть выполнено как зонд, сделанный из проводящего материла, подобный P1 и P2.

Вообще, система для обнаружения контакта с кожей может использоваться для управления работой устройства. Например, переключатель может быть оперативно соединен с компаратором для управления действием устройства, таким как генерирование светового сигнала или звукового сигнала. Действие может оказывать влияние на кожу, например выполнять лечение кожи. Система для обнаружения контакта с кожей может использоваться, чтобы управлять источником электромагнитных импульсов или света посредством переключателя.

Описанные системы могут использоваться каждый раз, когда должен быть обнаружен полный, частичный или специальный вид контакта с кожей. Например, это может использоваться в устройствах ухода за кожей. Такое устройство ухода за кожей может содержать источник мигающего светового сигнала высокой мощности (или, в целом, источник электромагнитных импульсов или световых сигналов) или источник лазерного излучения высокой мощности. Такой источник может управляться с использованием выходного сигнала датчика контакта с кожей. Например, детектор контакта с кожей может использоваться в качестве меры безопасности. Источник энергии может активироваться только в том случае, если обнаружен контакт с кожей.

Должно быть отмечено, что вышеупомянутые варианты осуществления скорее иллюстрируют, чем ограничивают, изобретение и что специалисты в данной области техники будут способны конструировать многочисленные альтернативные варианты осуществления не выходя из объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, любые символы ссылок, помещенные между круглыми скобками, не должны истолковываться в качестве ограничивающих формулу изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, иных чем изложенные в пункте формулы изобретения. Использование единственного числа при описании элемента не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством подходящим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения об устройстве, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных средств. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что сочетание этих критериев не может быть использовано с выгодой.

1. Детектор контакта с кожей, содержащий:
генератор (9) сигнала, выполненный с возможностью генерирования электрического запускающего сигнала;
контрольную схему (10), содержащую емкость (CREF) и сопротивление (RPREF), скомпонованные параллельно для работы в качестве модели электрических свойств кожи, чтобы генерировать опорный сигнал в зависимости от запускающего сигнала;
зонд (11), которого касается кожа, причем зонд выполнен с возможностью измерения сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала, и причем зонд выполнен с возможностью получения сигнала ответа, зависящего от сопротивления и емкости в электрическом контакте с зондом; и
компаратор (4), выполненный с возможностью сравнения сигнала ответа кожи с опорным сигналом, с тем чтобы генерировать сигнал, указывающий на контакт с кожей.

2. Детектор контакта с кожей по п.1,
в котором емкость (CREF) контрольной схемы (10) представляет нижнюю границу емкости кожи и в котором сопротивление (RPREF) контрольной схемы представляет верхнюю границу сопротивления кожи.

3. Детектор контакта с кожей по п.1, в котором компаратор (4) выполнен с возможностью сравнения напряжения сигнала ответа кожи с напряжением опорного сигнала.

4. Детектор контакта с кожей по п.2, содержащий
дополнительную контрольную схему (14), содержащую дополнительную емкость (CREF2) и дополнительное сопротивление (RPREF2), выполненные с возможностью генерирования дополнительного опорного сигнала в зависимости от запускающего сигнала, в котором дополнительная емкость (CREF2) представляет верхнюю границу емкости кожи и в котором дополнительное сопротивление (RPREF2) представляет нижнюю границу сопротивления кожи.

5. Детектор контакта с кожей по п.4, содержащий:
дополнительный компаратор (15), выполненный с возможностью сравнения сигнала ответа кожи с дополнительным опорным сигналом; и
генератор (7) выходного сигнала, выполненный с возможностью генерирования выходного сигнала, показывающего, находится ли сигнал ответа кожи между опорным сигналом и дополнительным опорным сигналом.

6. Детектор контакта с кожей по п.1, в котором электрический запускающий сигнал содержит периодический импульсный сигнал.

7. Детектор контакта с кожей по п.1, содержащий:
дополнительный зонд, которого касается кожа, выполненный с возможностью измерения сигнала ответа кожи в зависимости от запускающего сигнала на другом участке кожи;
дополнительный компаратор, выполненный с возможностью сравнения сигнала ответа кожи с опорным сигналом; и
генератор выходного сигнала, выполненный с возможностью генерирования выходного сигнала касания кожи в зависимости от выходного сигнала компаратора и дополнительного компаратора.

8. Детектор контакта с кожей по п.1, дополнительно содержащий поверхность, расположенную, чтобы удерживаться рукой, в которой заземление выполнено с предоставлением возможности электрической связи с рукой, когда рука держит поверхность.

9. Детектор контакта с кожей по п.8, в котором заземление выполнено с возможностью осуществления емкостного соединения с рукой через поверхность.

10. Детектор контакта с кожей по п.8, дополнительно содержащий корпус, в котором поверхность содержит, по меньшей мере, часть наружной поверхности корпуса.

11. Детектор контакта с кожей по п.1, дополнительно содержащий корпус, в котором зонд содержит проводящий материал, выступающий из корпуса.

12. Детектор контакта с кожей по п.1, дополнительно содержащий переключатель, функционально связанный с компаратором и выполненный с возможностью управления действием, оказывающим влияние на кожу в зависимости от выходного сигнала компаратора.

13. Детектор контакта с кожей по п.12, дополнительно содержащий источник электромагнитных импульсов или света, в котором переключатель выполнен с возможностью управления источником электромагнитных импульсов или света.

14. Устройство личной гигиены, содержащее детектор контакта с кожей по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам ввода. .

Изобретение относится к средствам электронной коммутации и может быть использовано в схеме обнаружения изменения емкости и тактильной панели. .

Изобретение относится к электронным устройствам с обратной тактильной связью. .

Изобретение относится к сенсорной фольге и изготовленному из нее сенсорному выключателю. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к сенсорному (контактному) переключателю, электрическая схема которого предусмотрена на печатной плате (28), он через сенсорный элемент (44) присоединен к контактной зоне переключения (12) на маске или покрытии (11) электроприбора.
Наверх