Keyless entry touch pad system and method

（関連出願）
本願は、２００４年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／６３８，１５９号に基づく優先権を主張するものであり、これら出願の開示内容を参考例として援用する。 本願は、いずれも「トラック位置センサおよび方法」を発明の名称とし、２００４年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／６３８，１９７号、２００５年１２月２２日に出願された米国特許出願第 号、「シート制御システム」を発明の名称とし、２００４年１２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／６３８，１９８号および２００５年１２月２２日に出願された米国特許出願第 号に基づく優先権も主張するものであり、これら出願の開示内容を参考例として援用する。
本発明は、一般的にはキーレスアクセスタッチパッドシステムに関し、より詳細には、車両用キーレスエントリータッチパッドシステムに関する。

車両用キーレスエントリーシステムにより、ユーザーはキーを用いることなく、車両のドアまたはトランクをロックしたり、アンロックできる。 リモートキーレスエントリーシステムは一般に、数個のプッシュボタンを含むポケットサイズのケースを一般に含み、プッシュボタンによりドアまたはトランクをアンロックしたり、車両に設置された受信機へ送信されるコード化されたＲＦ信号により、その他の機能を実行するようになっている。 ドアに実装されたキーレスエントリーシステムは、一般にドアハンドルの近くに設けられたキーパッドを含み、車両の正当なユーザーが数値的コードを入力すれば、車両に進入できるようになる。 かかるキーパッドは他の機能を制御するのにも使用できる。

従来の一部のキーパッドは、キーパッドに実装され、制御モジュールにハード配線された機械式スイッチのアレイを含む。 キーパッドは一般にドアパネルに固定されている。 このように、ドアパネルは一般にキーパッドを受けるための開口部を含む。 この開口部が適正に保護されていない場合、周辺の金属パネルが外側の仕上げを腐食したり、破損したりすることがある。 更に、キーパッド自身もスイッチを受けるための開口部を含み、これら開口部から、ゴミ、水および他の汚染物がスイッチ内に進入して、スイッチにトラップされ、電気的なショートおよびその他の誤作動を生じさせる潜在的な原因となる。

電子的または容量性固体スイッチを使用しているその他のキーレスシステムもある。 電子スイッチは、機械式スイッチと異なり、壊れたり摩耗したりする可動部品は含まない。 しかしながら、電子スイッチはタッチ表面に汚染物、例えば水やゴミが存在するときに誤作動することがある。 これら汚染物によって、意図しないスイッチ動作が生じ得る。 車両の外側表面が大量の水、汚物、道路の非産物およびその他の汚染物に曝される場合、電子スイッチを使用するキーレスエントリーシステムは、信頼性のあるものとはならない。 更に、多くの電子スイッチは、予測できない態様で電磁波干渉（ＥＭＩ）がある環境に応答し、次第に厳格となりつつある電磁コンパチビリティ（ＥＭＣ）の規格を満たすことができない。

本発明はキーレスアクセスタッチパッドシステムに関する。 このシステムは、対向する第１表面と第２表面とを有する誘電基板を含むことが好ましい。 第１表面に複数のタッチゾーンが構成され、第２表面に複数の電極パターンを構成することが好ましい。 各電極パターンは、タッチゾーンのうちの対応する１つのゾーンに整合する。 各電極パターンは第２電極の近くに第１電極を含むことが好ましい。 各電極パターンは、内側電極パッドと、この内側電極を実質的に囲む外側電極とを含む。 各電極パターン１８の電極にはパルス発生回路が電気的に結合されており、これら電極に附勢信号を与えるようになっている。 励起信号により電極のまわりに電界が誘導される。 刺激物、例えば人の一部が対応するタッチゾーンに接近すると、各電極のまわりの電界が乱される。 これら電極は、検出回路に結合されていることが好ましく、検出回路は各電極のまわりの電界の乱れを検出し、この乱れに応答する。 各検出回路は、複数の検出回路から受信した信号に応答して、被制御デバイスに信号を送るコントローラに結合されていることが好ましい。 電極パターンの近くの基板に設けられた単一の集積回路チップ上にパルス発生回路および検出回路を配置することが好ましい。 汚染物がタッチゾーンから基板の回路支持面に移動する可能性を少なくするために、基板の少なくとも電極および関連する回路に近い領域およびタッチゾーン内には進入物がないことが好ましい。 タッチゾーンに接触があったことの視覚的フィードバックをしたり、または他の方法でキーパッドを照明するために、発光デバイスを設けることができる。

本発明は、容量結合された電極パターンの電界効果タッチセンサ装置にも関する。 この装置は、対向する第１表面と第２表面とを有する誘電基板を含むことが好ましい。 第１表面には内側電極および外側電極を有することが好ましい電極パターンが配置される。 内側電極および外側電極の各々は、第１表面にも配置される対応する容量プレートに電気的に結合されており、第２表面にパルス発生回路および検出回路を配置し、これら回路を第２表面に配置された１つ以上の容量プレートに電気的に結合する。 第１表面上のプレートは第２表面上のプレートに容量結合され、よってパルス発生回路および検出回路が電極に電気的に結合されるようになっている。 検出回路はコントローラに結合することが好ましい。 パルス発生回路および検出回路、並びにコントローラは、これまで説明したように作動する。

本発明は、電界効果タッチセンサ装置を使用する自動車のドアをアンロックする方法にも関する。

図１は、本発明の第１実施例にかかわる、車両用キーレスエントリータッチパッドシステム１０を示す。 このシステム１０は、サイドビューミラー（Ｍ）上にディスプレイされる５つのタッチゾーンＺ１〜Ｚ５を有するバーチャルキーパッド１２を含む。 別の実施例では、タッチゾーンの数を５つよりも多くするか、これよりも少なくしてもよくこれらゾーンは車両の他の外側表面、例えばＡピラー（フロントピラー）またはＢピラー（センターピラー）、可動もしくは固定されたガラス領域、ドアトリミングおよびトランク／ハッチのトリミングに関連させることができる。

図２に最良に示されるように、ミラーＭの反射ガラスは外側表面１４と内側表面１６とを含む。 内側表面１６は一般に、反射性コーティングを有する。 内側表面１６には複数の電極パターン１８が隣接した状態で配置されており、基板２０、例えばプリント回路基板、フレキシブル回路キャリアまたは同等物に電極パターン１８を配置することができ、基板２０は次に内側表面１６に接着したり、内側表面１６に載せ、その後、クリップまたは同等物によって所定位置にロックできる。 これとは異なり、内側表面１６または反射性コーティング、またはそのコーティング上の他の薄膜に直接電極パターン１８を貼り付けてもよい。 かかる反射性コーティングが導電性となっている実施例では、反射性コーティングと電極パターン１８の間に絶縁層を設けなければならない。 また、当業者であれば理解できるように、タッチゾーンＺ１〜Ｚ５と対応する電極パターン１８との間に連続する導電層が存在することにより、タッチゾーンＺ１〜Ｚ５の近くにおける電界の発生および後述するような電界センサの作動に悪影響が及ぶ。 このように、タッチゾーンＺ１〜Ｚ５と電極パターン１８との間に導電層を設けないか、または当業者であれば理解できるように、各電極パターン１８を含む電極に対応するコーティングの部分をアイソレートするよう、かかる任意の導電性コーティング内に消去ラインを設けることが好ましい。

図３に最良に示されるように、各電極パターン１８は、内側電極２２と、この内側電極２２を実質的に囲む外側電極２４を含むことが好ましい。 各パターン１８の内側電極２２および外側電極２４は、パルス発生回路および検出回路に電気的に結合されている。 このパルス発生回路および検出回路は、図２および３に示されるように、単一の集積回路２６上に構成することが好ましい。 この集積回路２６は、基板２０の、電極２２、２４と同じ側２０ａ上か、または基板２０の反対側２０ｂのいずれかにおいて、対応する電極パターン１８の近くの基板２０上に配置することが好ましい。 図４に最良に示されるように、集積回路２６は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２を通してそれぞれ内側電極２２および外側電極２４に接続することが好ましい。 所定の実施例では、集積回路２６の内部に抵抗器Ｒ１、Ｒ２を設けることができる。 図示された実施例では、抵抗器Ｒ１、Ｒ２は集積回路２６の外付けとなっている。

集積回路２６は、米国イリノイ州ウィートンのタッチセンサテクノロジー、ＬＬＣから入手できる、ＴＳ−１００ ＡＳＩＣであることが好ましい。 カルドウェル氏に付与された米国特許第6,320,282号には、このＴＳ−１００ ＡＳＩＣの作動の一般的原理が記載されており、本明細書ではこの米国特許を参考例として援用する。 図に示された集積回路２６のピンアウトは、ＴＳ−１００ ＡＳＩＣのピンアウトに対応しており、ここではピン１に入力電力（＋５ボルト）の接続部があり、ピン２にアース接続部があり、ピン３に信号出力接続部があり、ピン４に外側電極２４の接続部があり、ピン５に附勢信号接続部があり、ピン６に内側電極２２の接続部がある。

集積回路２６からの入力電力接続部および信号出力接続部に関連する配線は、図２に最良に示されるように、ハーネスＨ内に束状にまとめることができる。 短時間硬化性ポッティング材料２８が、基板２０およびハーネスＨの端部に重なり、これらをシールすることが好ましい。

図４に最良に示されるように、ピン５からの附勢信号により、内側電極２２および外側電極２４に電気信号が与えられる。 ピン５にて、内側電極２２および外側電極２４の双方に発振出力パルス列または矩形波信号を与えることが好ましい。 この発振信号は、約３２ｋＨｚの周波数で０〜＋５ボルトの間で発振する矩形波とすることができる。 これとは異なり、発振信号またはストローブ信号は、使用される検出回路に応じ、２００ｋＨｚまでの周波数またはこれよりも高い周波数を有することができる。 更に、このストローブ信号は０〜＋３ボルトの間、０〜＋１２ボルトの間、０〜＋２５ボルトの間、−５〜＋５ボルトの間、またはその他の電圧レンジ内で振動できる。

印加された電気信号は内側電極２２および外側電極２４を附勢し、これら電極２２および２４のまわりに電界を発生する。 図５において点線で最良に示されるように、内側電極２２および外側電極２４からミラーＭを通って電束線が発生する。 図１および２に最良に示されるように、ミラーＭの外側表面１４には複数のタッチゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４およびＺ５が設けられている。 各タッチゾーンＺ１〜Ｚ５は、パターン１８の各々から対応する内側電極２２に同心状に整合することが好ましい。 このように、内側電極２２および外側電極２４の各々に対応する電界がタッチゾーンＺ１〜Ｚ５の各々から生じる。 例えば図５は、タッチゾーンＺ１に整合する電極から生じる電界を示す。

図５には示されていないが、電束線はミラーＭを通ってタッチゾーンＺ１、Ｚ５内ではなく、内側電極２２および外側電極２４から、ミラーＭより遠い基板２０を通っても生じる。 しかしながら、この電束濃度は、当業者であれば理解できるように、ミラーＭのような誘電基板により増加すると仮定すれば、ミラーＭの外側表面１４の近くでより大きくなる。 検出回路が、かかる電界の近くにある刺激物に応答しないよう、ミラーＭから離間する方向に発生するかかる電界をシールドするか、または０にするには、システム１０は基板２０の隣接する側面２０ｂにポッティング材料２８を含むことが好ましい。 ポッティング材料２８の代わりに空気ギャップ、発泡ゴムまたはプラスチックのバッキング、またはその他の電界減衰体を設けてもよい。

内側電極２２および外側電極２４から生じる電界のすべてが同じ極性を有するように、これら電極は、充電される。 このように、電界は反撥し、内側電極２２および外側電極２４から外側に延びる。 電界強度は電極２２、２４の近くで最大となり、電極２２、２４から離れるにつれ、０に近づく。 電界強度はミラーＭの外側表面１４から約２５ｍｍの距離でほぼ０となる。 附勢信号の強度は電界が大きくなったり小さくなったりする場合にそれぞれ増減し得る。

抵抗器Ｒ１、Ｒ２は、各電界により所定の電位差または電圧が生じるように選択されている。 内側電極２２および外側電極２４のまわりに発生する電界強度は、対応する検出回路によって検出され、この内部で比較される。 このように、検出回路は対応する内側電極２２および外側電極２４のまわりの電界の強度をモニタする。 物体または刺激物、例えば人の手が対応するタッチゾーンに接近すると、内側電極２２および外側電極２４に関連する電界が変化する。 電界強度が２５ｍｍよりも長い距離で実質的に０となると仮定すれば、対応する電極に関連する電界を乱すには、刺激物はタッチゾーンＺ１〜Ｚ５のうちの１つに対して２５ｍｍ以内にあることが好ましい。 かかるタッチゾーンに対応する内側電極２２および外側電極２４のまわりの電界の間の強度差が所定のスレッショルドを越えるとき、検出回路は、特定のタッチゾーンにおけるタッチ入力を表示する出力信号を発生する。

例えば、カルドウェル氏に付与された米国特許第6,320,282号には、好ましい電界効果センサの作動原理が更に詳細に説明されており、この米国特許の開示内容を本明細書で参考例として援用する。

図１に最良に示されるように、表面１４からグラフィック表示Ｇを見ることができるように、ミラーＭの内側表面１６にタッチゾーンＺ１〜Ｚ５を識別するプリントされたグラフィック表示Ｇのシートを接着することができる。 これとは異なり、グラフィック表示ＧをミラーＭの内側表面１６または外側表面１４に直接エッチングしたり、プリントしたり、または他の方法で直接配置してもよい。 しかしながら、露出したプリントグラフィック表示がスクラッチされてなくなったり、または他の態様で摩耗してなくなることがあり得ると仮定すれば、外側表面１４にグラフィック表示Ｇをプリントすることは好ましくない。 いずれの場合においても、グラフィック表示ＧはタッチゾーンＺ１〜Ｚ５および内側電極２２と整合することが好ましい。 各タッチゾーンＺ１〜Ｚ５に対するグラフィック表示Ｇとして、数字、文字または各タッチゾーンＺ１〜Ｚ５を区別する他のインジケータを挙げることができる。 これらタッチゾーンＺ１〜Ｚ５はミラーＭの上部エッジに沿って直線状に配置することが好ましい。

システム１０は１つ以上の発光ダイオード３０も含むことが好ましく、このシステムでは図１４に最良に示されるように、対応する集積回路２６に各発光ダイオード（ＬＥＤ）３０が電気的に結合されている。 以下更に説明するように、集積回路２６が、コントローラＣに出力信号を発生すると、関連するＬＥＤ３０が点灯する。 好ましい実施例では、各集積回路２６に１つのＬＥＤ３０が関連しており、各ＬＥＤ３０が図２に最良に示されるように、対応するタッチゾーンＺ１〜Ｚ５に整合するように、基板２０上に配置されている。 すべてのＬＥＤ３０は、集積回路２６のいずれかが附勢されると、すべてのＬＥＤがトリガーされるよう、各集積回路２６に電気的に結合されていることが好ましい。 このように、仮想キーパッド１２が点灯し、集積回路２６のいずれかがコントローラＣへ信号を出力するときに、仮想キーパッドをユーザーが見ることができる。

コントローラＣ、例えばマイクロプロセッサが各電極パターン１８に関連するパルス発生回路および検出回路と通信するように、このコントローラを基板２０の上に配置してもよいし、基板２０から離間していてもよい。 コントローラＣは、各電極パターン１８に関連する検出回路からの検出信号を受信する。 どのセンサが附勢されたか、および／またはどのシーケンスで複数のセンサが附勢されたかをコントローラＣが解読できるように、これら検出回路は互いに区別できる。 これに応答し、コントローラＣは制御信号を発生し、この制御信号を制御されたデバイスへ出力する。 好ましい実施例では、コントローラＣは車両のドアのうちの１つ以上に設けられたロック機構と通信する。 タッチゾーンＺ１〜Ｚ５が所定のシーケンスで乱され、よってこれらタッチゾーンに対応する検出回路が、かかるシーケンスでコントローラＣに検出信号を出力すると、コントローラＣは制御信号を発生し、ロック機構を作動させ、１つ以上のドアをロックしたり、またはアンロックする。

パルス発生回路および検出回路は、リード線またはＰＣＢトレースのような導線を介して電極２２、２４にハード配線できる。 これとは異なり、本発明の別の特徴によれば、図６および７に最良に示されるように、電極２２、２４にパルス発生回路および検出回路を容量結合してもよい。 誘電基板２１の面２１ａにパターン１８の電極２２、２４が配置されている。 基板２１は、例えばガラス、プラスチック、グラスファイバー補強エポキシ樹脂、または他の誘電材料から形成できる。 電極２２、２４は、容量プレートＣ１、Ｃ２にそれぞれ電気的に結合されており、容量プレートＣ１、Ｃ２は、基板２１の一方の面２１ａにも配置されている。 基板２１の反対の面２１ｂには、部品２６が配置されており、この部品は反対の面２１ｂに配置された容量プレートＣ３、Ｃ４に電気的に結合されている。 プレートＣ１とＣ３とが容量結合され、プレートＣ２とＣ４とが容量結合されるように、プレートＣ３、Ｃ４にプレートＣ１、Ｃ２が整合している。 この結果、部品２６は電極２２、２４に容量結合される。

システム１０に基づき、容量結合について説明したが、この本発明の特徴は、他の用途、例えば業務用機器で使用されるセンサパッドにも使用できる。 電極２２、２４は、比較的厚い誘電基板を介して容量結合され、この厚い誘電基板は、十分な強度の電界がこれを透過できないようにしている。 電極２２、２４を基板の一方の面に設け、検出電子回路を基板の反対側の面に設けることができる。 これによって、電極２２、２４を検出すべき物体のより近くに設けることができるようにしながら、誘電基板をシールすることが可能となっている。

これまでバックミラーＭを参照してシステム１０について説明したが、キーパッド１２は車両の他の表面、例えば車両のＡピラーまたはＢピラー、ドアハンドル、トリミング部品に配置してもよい。 かかる表面は、バーチャルキーパッド１２をディスプレイするための半透明部分を含むことができる。 例えば成形されたグラスファイバーのＢピラー４０の上にバーチャルキーパッド１２を設けてもよく、図８に最良に示されるように、部品に関連する１つ以上のＬＥＤが附勢されると、このバーチャルキーパッドは点灯する。 これとは異なり、この表面はタッチゾーンを構成する成形された凹凸を含んでもよい。

これとは異なり、車両の外側表面に固定された別個の基板にキーレスエントリータッチパッドを設けてもよい。 図９に最良に示されるように、車両の外側表面５２、例えばプラスチックまたは金属のトリミング部品、車両のドアハンドルまたは車両のＡピラーまたはＢピラー内に設けられた開口部へキーレスエントリーパッドシステム５０が固定されている。 製造中、システム５０を所定の場所に容易にスナップ嵌合またはクランプできるように、表面５２はロックタブ５４を含むことができる。

システム５０は、誘電材料、例えばガラス、プラスチックまたはグラスファイバー補強エポキシ樹脂から成形された外側パネル５６を含む。 このパネル５６は半透明であることが好ましい。 システム１０と同じように、パネル５６は外側表面５８上に複数のタッチゾーンＺ１〜Ｚ５を含み、キーパッドを形成している。 更に、パネル５６の内側表面６０に複数の電極パターン１８が隣接して配置されており、上記のように内側表面６０に接着または設けられた基板２０上にパターン１８を設けることができる。 各パターン１８は内側電極２２および外側電極２４を含み、これら電極は上記のようにアクティブな電気部品２６に電気的に結合されている。 システム５０の集積制御回路２６は、電極２２、２４にハード配線できるか、またはこれらに容量結合できる。 集積制御回路２６の各々は、上記のように同一のピンアウトを有するＴＳ−１００ ＡＳＩＣであることが好ましい。 集積制御回路２６からの入力電力接続部および信号出力接続部に関連する配線を、ハーネスＨ内に束状にまとめてもよいし、または一体的なコネクタを設けてもよい。 基板２０およびハーネスＨの端部を短時間硬化性ポッティング材料２８または他の絶縁体で覆い、これらをシールすることが好ましい。 これとは異なり、空気ギャップまたは絶縁バッキングを設けてもよい。

上記のように、タッチゾーンＺ１〜Ｚ５は、図５に最良に示されるように、内側電極２２から電界が生じるように、対応する内側電極２２に整合している。 物体または刺激物、例えば人の指が、対応するタッチゾーンに接近すると、内側電極２２に関連する電界が変化する。 内側電極２２と外側電極２４との間の電界強度の差が所定のスレッショルドを超えた場合、集積制御回路２６が附勢される。 附勢時に、部品２６はコマンド信号を発生し、このコマンド信号は関連するコントローラ、例えばマイクロプロセッサへ送られる。

パネルの内側表面６０または外側表面５８のいずれかに、プリントされたグラフィック表示Ｇのシートを設けることができる。 グラフィック表示Ｇの代わりに、またはこのグラフィック表示Ｇに加えて、パネル５６の外側表面５８は、図９に最良に示されるように、各タッチゾーンＺ１〜Ｚ５を構成する凹凸または畝Ｒのような成形部分を含むことができる。 このグラフィック表示Ｇはパネル５６に直接プリンとしてもよいし、パネル５６の表面に接着されたシート上に設けてもよい。 タッチゾーンＺ１〜Ｚ５は表面５２の一部に沿って直線状に配置してもよいし、または他のパターンに配置してもよい。 システム５０はシステム１０を参照してこれまで説明したように、１つ以上の発光ダイオード３０を含むことができる。

本明細書に開示した実施例は単なる例にすぎず、本発明を限定すると見なしてはならない。 例えば本発明は、車両ではなく、ビルのドアにおけるロックを制御するのに、またはロック以外の機器の作動を制御するのにも使用できる。 更に本発明は、種々の用途、例えば照明、スリープモードから電子機器をウェイキングする操作などにも使用できる。 更に、一実施例の特徴を別の実施例に組み込んでもよい。 従って、本開示は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨から逸脱することなく変更できる。

本発明の一実施例に係わる車両のバックミラーに配置されたキーレスエントリータッチパッドシステムの正面図である。

２−２線に沿った図１のシステムの横断面図である。

本発明に係わる電極パターンの略図である。

本発明の好ましい実施例の略図である。

点線で電界ラインを示す、図２に示されたシステムの一部の部分横断面図である。

本発明の別の実施例に係わる容量結合された電界効果電極の斜視図である。

図６に示された実施例の略図である。

本発明の実施例に係わる車両のピラーに配置されたキーレスエントリータッチパッドシステムの斜視図である。

本発明の一実施例に係わる、キーレスエントリータッチパッドシステムの部分横断面図である。