JP2000146508A - 静電容量式変位検出器及び測定装置 - Google Patents
静電容量式変位検出器及び測定装置Info
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- JP2000146508A JP2000146508A JP10324244A JP32424498A JP2000146508A JP 2000146508 A JP2000146508 A JP 2000146508A JP 10324244 A JP10324244 A JP 10324244A JP 32424498 A JP32424498 A JP 32424498A JP 2000146508 A JP2000146508 A JP 2000146508A
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- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化を図りつつ、送受信電極間の混入ノイ
ズを効果的に低減させてS/Nを向上させる。 【解決手段】 計測すべき変位方向に相対変位可能に対
向配置された第1のスケール11及び第2のスケール1
2を備える。第1のスケール11は、送信電極群13と
受信電極14とを有する。送信電極群13は、変位方向
に基本周期W1で配列された複数の送信電極群ユニット
からなり、各送信電極群ユニットが変位方向に配列され
て8相の送信信号の各相信号がそれぞれ供給される8個
の送信電極からなる。受信電極14は、変位方向と直交
する方向に送信電極群13と隣接する。受信電極14
は、変位方向の幅が基本周期W1と等しく、送信電極群
13の幅よりも小さい。受信電極14は、その幅方向の
両端の送信電極群と近接する角部14a,14bを切り
欠いたものである。第2のスケール12は、第1のスケ
ール11の送信電極及13び受信電極14と容量結合さ
れる、基本周期W1で形成された複数の結合電極18を
有する。
ズを効果的に低減させてS/Nを向上させる。 【解決手段】 計測すべき変位方向に相対変位可能に対
向配置された第1のスケール11及び第2のスケール1
2を備える。第1のスケール11は、送信電極群13と
受信電極14とを有する。送信電極群13は、変位方向
に基本周期W1で配列された複数の送信電極群ユニット
からなり、各送信電極群ユニットが変位方向に配列され
て8相の送信信号の各相信号がそれぞれ供給される8個
の送信電極からなる。受信電極14は、変位方向と直交
する方向に送信電極群13と隣接する。受信電極14
は、変位方向の幅が基本周期W1と等しく、送信電極群
13の幅よりも小さい。受信電極14は、その幅方向の
両端の送信電極群と近接する角部14a,14bを切り
欠いたものである。第2のスケール12は、第1のスケ
ール11の送信電極及13び受信電極14と容量結合さ
れる、基本周期W1で形成された複数の結合電極18を
有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子式マイクロメ
ータ、ホールテスト、角度計及びノギス等の小型計測器
に適用される静電容量式変位検出器及び測定装置に関す
る。
ータ、ホールテスト、角度計及びノギス等の小型計測器
に適用される静電容量式変位検出器及び測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ノギスや半円筒型静電容量式ロータリ検
出器等の小型計測器等では、低消費電力で小型化に適し
た静電容量式変位検出器が使用される。この種の静電容
量式変位検出器は、2枚のスケールを相対移動させ、こ
れらのスケールに配列された電極間の静電容量変化を検
出して両スケールの相対移動量を測定するものである。
出器等の小型計測器等では、低消費電力で小型化に適し
た静電容量式変位検出器が使用される。この種の静電容
量式変位検出器は、2枚のスケールを相対移動させ、こ
れらのスケールに配列された電極間の静電容量変化を検
出して両スケールの相対移動量を測定するものである。
【0003】図9及び図10は、従来の静電容量式変位
検出器の概略構成を示す図である。検出器は、所定ギャ
ップを介して対向し相対移動可能に配置された第1のス
ケール1及び第2のスケール2を有する。第1のスケー
ル1には、複数の送信電極3と1つの受信電極4とが形
成されている。送信電極3は、検出すべき変位の方向に
所定のピッチをもって配設され、この例では、8つの電
極を1つの基本周期(W1)に相当する送信電極群ユニ
ットとして4ユニット分で送信電極群を形成している。
受信電極4は、変位方向に対して直交する方向に送信電
極3と隣接して配置され、送信電極群の幅L1よりも短
い幅L2の単一電極からなる。より具体的には、この受
信電極4の幅L2は、送信電極3の幅L1よりも1送信
電極群ユニット(8つの送信電極3)の幅W1分だけ短
く、その両端が送信電極群の両端からそれぞれ送信電極
4つ分(W1/2)内側に入った所に位置している。
検出器の概略構成を示す図である。検出器は、所定ギャ
ップを介して対向し相対移動可能に配置された第1のス
ケール1及び第2のスケール2を有する。第1のスケー
ル1には、複数の送信電極3と1つの受信電極4とが形
成されている。送信電極3は、検出すべき変位の方向に
所定のピッチをもって配設され、この例では、8つの電
極を1つの基本周期(W1)に相当する送信電極群ユニ
ットとして4ユニット分で送信電極群を形成している。
受信電極4は、変位方向に対して直交する方向に送信電
極3と隣接して配置され、送信電極群の幅L1よりも短
い幅L2の単一電極からなる。より具体的には、この受
信電極4の幅L2は、送信電極3の幅L1よりも1送信
電極群ユニット(8つの送信電極3)の幅W1分だけ短
く、その両端が送信電極群の両端からそれぞれ送信電極
4つ分(W1/2)内側に入った所に位置している。
【0004】第2のスケール2には、これら送信電極3
及び受信電極4と容量結合する結合電極5と接地電極6
とが形成されている。結合電極5及び接地電極6の変位
方向の配列周期は、送信電極3の1ユニット分の幅W
1、即ち基本周期と一致している。電極5,6の幅は、
基本周期の約1/2の幅L3に設定されている。
及び受信電極4と容量結合する結合電極5と接地電極6
とが形成されている。結合電極5及び接地電極6の変位
方向の配列周期は、送信電極3の1ユニット分の幅W
1、即ち基本周期と一致している。電極5,6の幅は、
基本周期の約1/2の幅L3に設定されている。
【0005】送信電極3の各ユニットには、パルス変調
回路7から出力される45°ずつ位相のずれた8相の変
調パルス信号が供給される。結合電極5で受信される変
調パルスの合成位相は、送信電極3の1ユニットと結合
電極5との間のスケール変位方向の相対変位量によって
変化する。結合電極5で受信された変調パルスの位相情
報は、受信電極4にそのまま伝達される。受信電極4で
受信した位相情報は、測定回路8で処理されて、第1の
スケール1と第2のスケール2との相対変位量が求めら
れる。
回路7から出力される45°ずつ位相のずれた8相の変
調パルス信号が供給される。結合電極5で受信される変
調パルスの合成位相は、送信電極3の1ユニットと結合
電極5との間のスケール変位方向の相対変位量によって
変化する。結合電極5で受信された変調パルスの位相情
報は、受信電極4にそのまま伝達される。受信電極4で
受信した位相情報は、測定回路8で処理されて、第1の
スケール1と第2のスケール2との相対変位量が求めら
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、この
種の静電容量式変位検出器では、第1のスケール1に形
成される受信電極4の幅L2は、送信電極群の幅L1よ
りも短く設定されている。その理由は、送信電極群の両
端部分では、結合電極5との容量結合が部分的となるた
め、送信電極群の両端とそれぞれ結合する2つの結合電
極5での受信位相が不一致となり、もし、受信電極4の
幅L2が送信電極群の幅L1と等しいと、上記両端部分
の不一致位相が変位量検出精度に悪影響を及ぼすからで
ある。このため、通常は、受信電極4は、その両端が送
信電極群の両端よりもそれぞれ結合電極5の幅L3分ず
つ短く形成され、スケール変位量に対して同じ受信位相
となる結合電極5のみと容量結合するようにしている。
種の静電容量式変位検出器では、第1のスケール1に形
成される受信電極4の幅L2は、送信電極群の幅L1よ
りも短く設定されている。その理由は、送信電極群の両
端部分では、結合電極5との容量結合が部分的となるた
め、送信電極群の両端とそれぞれ結合する2つの結合電
極5での受信位相が不一致となり、もし、受信電極4の
幅L2が送信電極群の幅L1と等しいと、上記両端部分
の不一致位相が変位量検出精度に悪影響を及ぼすからで
ある。このため、通常は、受信電極4は、その両端が送
信電極群の両端よりもそれぞれ結合電極5の幅L3分ず
つ短く形成され、スケール変位量に対して同じ受信位相
となる結合電極5のみと容量結合するようにしている。
【0007】しかしながら、上述した従来の静電容量式
変位検出器では、第1のスケール1に形成される送信電
極3と受信電極4の幅L1,L2が異なるため、送信電
極3から受信電極4へ結合電極5を介さないで混入する
ノイズ成分がアンバランスになってこれが測定精度に影
響を及ぼすという問題がある。図11は、これを説明す
るための送信電極3と受信電極4の電極パターンを拡大
して示す図である。各送信電極3から受信電極4へは、
各位相成分のノイズΔ0°、Δ45°、…、Δ315°
が混入する。また、受信電極4の両端部分では、受信電
極4の幅L2の内側に位置する送信電極3aだけでな
く、その外側に位置し、且つ受信電極4の両端に近い送
信電極3b,3cからもノイズδ135°、δ180°
が混入する。これら受信電極4に混入するノイズ成分を
ベクトル図によって示したのが図12(a)である。こ
れらノイズの合成ベクトルは同図(b)のようになる。
即ち、もし送信電極群の幅L1と受信電極4の幅L2と
が等しければ、混入ノイズΔ0°〜Δ315°は互いに
相殺されて0になるが、L1>L2であると、受信電極
4の幅L2の範囲をはみ出した送信電極3a,3bの存
在によって混入ノイズδ135°、δ180°が発生
し、これがノイズ成分となって測定値に混入されてS/
Nが低下することになる。
変位検出器では、第1のスケール1に形成される送信電
極3と受信電極4の幅L1,L2が異なるため、送信電
極3から受信電極4へ結合電極5を介さないで混入する
ノイズ成分がアンバランスになってこれが測定精度に影
響を及ぼすという問題がある。図11は、これを説明す
るための送信電極3と受信電極4の電極パターンを拡大
して示す図である。各送信電極3から受信電極4へは、
各位相成分のノイズΔ0°、Δ45°、…、Δ315°
が混入する。また、受信電極4の両端部分では、受信電
極4の幅L2の内側に位置する送信電極3aだけでな
く、その外側に位置し、且つ受信電極4の両端に近い送
信電極3b,3cからもノイズδ135°、δ180°
が混入する。これら受信電極4に混入するノイズ成分を
ベクトル図によって示したのが図12(a)である。こ
れらノイズの合成ベクトルは同図(b)のようになる。
即ち、もし送信電極群の幅L1と受信電極4の幅L2と
が等しければ、混入ノイズΔ0°〜Δ315°は互いに
相殺されて0になるが、L1>L2であると、受信電極
4の幅L2の範囲をはみ出した送信電極3a,3bの存
在によって混入ノイズδ135°、δ180°が発生
し、これがノイズ成分となって測定値に混入されてS/
Nが低下することになる。
【0008】このため、従来は、送信電極3のユニッ
ト数を増やす、送信電極と受信電極との距離を離す、
送信電極と受信電極との間にシールド用のアース電極
を設ける、等の方法を用いてS/Nを向上させるように
している。しかし、計測器のより一層の小型化を図ろう
とする場合、上述した〜の方法は、いずれも小型化
を阻害する方法である。したがって、ユニット数の低
減、送受信電極間距離の微少化によって計測器の小型化
を図ろうとした場合でも、上述した送受信電極間の混入
ノイズを効果的に低減する方法が望まれていた。
ト数を増やす、送信電極と受信電極との距離を離す、
送信電極と受信電極との間にシールド用のアース電極
を設ける、等の方法を用いてS/Nを向上させるように
している。しかし、計測器のより一層の小型化を図ろう
とする場合、上述した〜の方法は、いずれも小型化
を阻害する方法である。したがって、ユニット数の低
減、送受信電極間距離の微少化によって計測器の小型化
を図ろうとした場合でも、上述した送受信電極間の混入
ノイズを効果的に低減する方法が望まれていた。
【0009】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、小型化を図りつつ、送受信電極間の混入ノイズを
効果的に低減させてS/Nを向上させることができる静
電容量式変位検出器を提供することを目的とする。
ので、小型化を図りつつ、送受信電極間の混入ノイズを
効果的に低減させてS/Nを向上させることができる静
電容量式変位検出器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る静電容量式
変位検出器は、計測すべき変位の方向に相対変位可能に
対向配置された第1及び第2のスケールを備える。前記
第1のスケールは、その前記第2のスケールとの対向面
に形成された送信電極群と少なくとも1つの受信電極と
を有する。前記送信電極群は、前記計測すべき変位の方
向に基本周期で配列された複数の送信電極群ユニットか
らなり、各送信電極群ユニットが前記計測すべき変位の
方向に配列されてn相(nは2以上の整数)の送信信号
の各相信号がそれぞれ供給されるn個の送信電極からな
る。前記受信電極は、前記計測すべき変位の方向と直交
する方向に前記送信電極群と隣接すると共に、前記計測
すべき変位の方向の幅が前記基本周期の整数倍で且つ前
記送信電極群の幅よりも小さく、その幅方向の両端が前
記送信電極群の両端よりも内側に位置し、且つその両端
の少なくとも前記送信電極群と近接する部分を切り欠い
たものである。前記第2のスケールは、前記第1のスケ
ールの前記送信電極及び受信電極と容量結合される、前
記基本周期で形成された複数の結合電極を有する。
変位検出器は、計測すべき変位の方向に相対変位可能に
対向配置された第1及び第2のスケールを備える。前記
第1のスケールは、その前記第2のスケールとの対向面
に形成された送信電極群と少なくとも1つの受信電極と
を有する。前記送信電極群は、前記計測すべき変位の方
向に基本周期で配列された複数の送信電極群ユニットか
らなり、各送信電極群ユニットが前記計測すべき変位の
方向に配列されてn相(nは2以上の整数)の送信信号
の各相信号がそれぞれ供給されるn個の送信電極からな
る。前記受信電極は、前記計測すべき変位の方向と直交
する方向に前記送信電極群と隣接すると共に、前記計測
すべき変位の方向の幅が前記基本周期の整数倍で且つ前
記送信電極群の幅よりも小さく、その幅方向の両端が前
記送信電極群の両端よりも内側に位置し、且つその両端
の少なくとも前記送信電極群と近接する部分を切り欠い
たものである。前記第2のスケールは、前記第1のスケ
ールの前記送信電極及び受信電極と容量結合される、前
記基本周期で形成された複数の結合電極を有する。
【0011】また、本発明に係る静電容量式変位測定装
置は、n相(nは2以上の整数)の送信信号を生成する
送信信号生成回路と、計測すべき変位の方向に相対変位
可能に対向配置された第1及び第2のスケールを備え、
前記n相の送信信号を入力してその相対変位量に応じた
位相の受信信号を出力する、上述の静電容量式変位検出
器と、この静電容量式変位検出器から出力される受信信
号の位相を検出して前記第1及び第2のスケールの相対
変位量を算出する測定回路とを備えたことを特徴とす
る。
置は、n相(nは2以上の整数)の送信信号を生成する
送信信号生成回路と、計測すべき変位の方向に相対変位
可能に対向配置された第1及び第2のスケールを備え、
前記n相の送信信号を入力してその相対変位量に応じた
位相の受信信号を出力する、上述の静電容量式変位検出
器と、この静電容量式変位検出器から出力される受信信
号の位相を検出して前記第1及び第2のスケールの相対
変位量を算出する測定回路とを備えたことを特徴とす
る。
【0012】本発明によれば、受信電極が、その幅方向
の両端の少なくとも前記送信電極群と近接する部分を切
り欠いた形状となっているので、送信電極群から受信電
極に混入するノイズの位相バランスを均等にすることが
でき、結局、混入ノイズを相殺してS/Nの向上を図る
ことができる。受信電極を、例えば幅方向の両端の送信
電極群と近接する角部を円弧状又は斜めに切り欠いた形
状とすると、結合電極からの受信信号量は殆ど減らさず
に、送受信電極間の混入ノイズ成分のみを減らすことが
できる。
の両端の少なくとも前記送信電極群と近接する部分を切
り欠いた形状となっているので、送信電極群から受信電
極に混入するノイズの位相バランスを均等にすることが
でき、結局、混入ノイズを相殺してS/Nの向上を図る
ことができる。受信電極を、例えば幅方向の両端の送信
電極群と近接する角部を円弧状又は斜めに切り欠いた形
状とすると、結合電極からの受信信号量は殆ど減らさず
に、送受信電極間の混入ノイズ成分のみを減らすことが
できる。
【0013】このように送受信電極間の混入ノイズを減
らすことができると、スケールに形成すべき送信電極群
ユニットの数も少なくすることができ、例えば2つの送
信電極群ユニットにて送信電極群を構成することも可能
になる。この場合、受信電極は、その幅が基本周期と等
しく、且つその幅方向の中心位置が送信電極群の幅方向
の中心位置と一致するように配置されればよい。このよ
うに構成することにより、より一層小型の計測器を構成
することが可能になる。
らすことができると、スケールに形成すべき送信電極群
ユニットの数も少なくすることができ、例えば2つの送
信電極群ユニットにて送信電極群を構成することも可能
になる。この場合、受信電極は、その幅が基本周期と等
しく、且つその幅方向の中心位置が送信電極群の幅方向
の中心位置と一致するように配置されればよい。このよ
うに構成することにより、より一層小型の計測器を構成
することが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好ましい実施の形態について説明する。図1は、電子式
マイクロメータ等に適用される半円筒型ロータリ検出器
の構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面
図である。この半円筒型ロータリ検出器10は、ステー
タ等に固定される半円筒体11と、この半円筒体11と
同軸配置されて半円筒体11に対して所定ギャップ
(0.1〜0.2mm)を保って、ロータ等と共に回転
方向に変位する円筒体12とにより構成されている。
好ましい実施の形態について説明する。図1は、電子式
マイクロメータ等に適用される半円筒型ロータリ検出器
の構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面
図である。この半円筒型ロータリ検出器10は、ステー
タ等に固定される半円筒体11と、この半円筒体11と
同軸配置されて半円筒体11に対して所定ギャップ
(0.1〜0.2mm)を保って、ロータ等と共に回転
方向に変位する円筒体12とにより構成されている。
【0015】半円筒体11は、第1のスケールを構成す
るもので、図2(a)に展開図を示すように、その内周
面に複数の送信電極13と受信電極14とが形成されて
いる。この例では、8つの送信電極13で基本周期W1
の送信電極群ユニットが構成され、このユニットが2つ
で幅2W1の送信電極群が構成されている。受信電極1
4は、基本周期に相当する幅W1を有し、その両端が送
信電極群の両端から送信電極4つ分だけそれぞれ内側に
入った位置となるように、送信電極13に対し中心振り
分けで配置されている。また、この受信電極14の両端
の送信電極群に近い方の角部14a,14bは、円弧状
に面取りされている(R面取り)。送信電極13と受信
電極4とは、この例では破線で示すFPC基板17にパ
ターン形成されており、FPC基板17は、曲げが容易
となるように片面基板構成となっており、半円筒体11
の内周面に貼着されている。FPC基板17には、これ
ら電極パターンと同時に、それらのリード線15,16
も一体形成され、これらリード15,16が半円筒体1
1の側端開放部から外部に引き出されている。送信電極
13につながるリード15は、受信電極14及びそれに
つながるリード線16へのノイズ混入を招かないよう
に、受信電極14及びリード線16とは離して配設され
ている。
るもので、図2(a)に展開図を示すように、その内周
面に複数の送信電極13と受信電極14とが形成されて
いる。この例では、8つの送信電極13で基本周期W1
の送信電極群ユニットが構成され、このユニットが2つ
で幅2W1の送信電極群が構成されている。受信電極1
4は、基本周期に相当する幅W1を有し、その両端が送
信電極群の両端から送信電極4つ分だけそれぞれ内側に
入った位置となるように、送信電極13に対し中心振り
分けで配置されている。また、この受信電極14の両端
の送信電極群に近い方の角部14a,14bは、円弧状
に面取りされている(R面取り)。送信電極13と受信
電極4とは、この例では破線で示すFPC基板17にパ
ターン形成されており、FPC基板17は、曲げが容易
となるように片面基板構成となっており、半円筒体11
の内周面に貼着されている。FPC基板17には、これ
ら電極パターンと同時に、それらのリード線15,16
も一体形成され、これらリード15,16が半円筒体1
1の側端開放部から外部に引き出されている。送信電極
13につながるリード15は、受信電極14及びそれに
つながるリード線16へのノイズ混入を招かないよう
に、受信電極14及びリード線16とは離して配設され
ている。
【0016】一方、円筒体12は第2のスケールを構成
するもので、この円筒体12には、その外周面に、図2
(b)に示すような結合電極18と接地電極19とが、
基本周期W1で交互に形成されている。これら電極の幅
は、基本周期W1のほぼ1/2(送信電極13の約4個
分)となっている。この例では、結合電極18及び接地
電極19は、共に円筒体12の外周に沿って5組形成さ
れている。なお、接地電極19は、受信電極14に対し
て余分なノイズを混入させないために設けられたもので
あるが、ノイズの影響が少なければ省略することもでき
る。
するもので、この円筒体12には、その外周面に、図2
(b)に示すような結合電極18と接地電極19とが、
基本周期W1で交互に形成されている。これら電極の幅
は、基本周期W1のほぼ1/2(送信電極13の約4個
分)となっている。この例では、結合電極18及び接地
電極19は、共に円筒体12の外周に沿って5組形成さ
れている。なお、接地電極19は、受信電極14に対し
て余分なノイズを混入させないために設けられたもので
あるが、ノイズの影響が少なければ省略することもでき
る。
【0017】図3は、この静電容量式変位検出器を用い
た変位測定装置の概略構成を示すブロック図である。送
信電極群ユニットを構成する各8つの送信電極13に
は、送信信号生成回路であるパルス変調回路21からの
互いに45°ずつ位相のずれた8相の変調パルスが供給
される。送信電極13から送信され結合電極18を介し
て受信電極14に受信された受信信号は、測定回路22
に入力される。測定回路22にはパルス変調回路21か
らの基準位相信号も与えられている。測定回路22は、
受信信号の位相と基準位相信号の位相とを比較してスケ
ール間の変位量を算出する。そしてこの算出値が、表示
器23に表示される。
た変位測定装置の概略構成を示すブロック図である。送
信電極群ユニットを構成する各8つの送信電極13に
は、送信信号生成回路であるパルス変調回路21からの
互いに45°ずつ位相のずれた8相の変調パルスが供給
される。送信電極13から送信され結合電極18を介し
て受信電極14に受信された受信信号は、測定回路22
に入力される。測定回路22にはパルス変調回路21か
らの基準位相信号も与えられている。測定回路22は、
受信信号の位相と基準位相信号の位相とを比較してスケ
ール間の変位量を算出する。そしてこの算出値が、表示
器23に表示される。
【0018】図4には、送信電極13から受信電極14
へ直接混入する主なノイズが模式的に示されている。図
示のように、受信電極14の両端の送信電極13に近い
方の角部14a,14bが左右対称に円弧状に面取りさ
れているので、角部14a,14bに近い送信電極13
b,13c,13d,13eからのノイズ成分δ135
°、Δ180°、Δ135°、δ180°が、従来より
も減少する。図5は、このノイズ成分のベクトル図を示
している。この図から明らかなように、受信電極14の
受信ノイズ量が、
へ直接混入する主なノイズが模式的に示されている。図
示のように、受信電極14の両端の送信電極13に近い
方の角部14a,14bが左右対称に円弧状に面取りさ
れているので、角部14a,14bに近い送信電極13
b,13c,13d,13eからのノイズ成分δ135
°、Δ180°、Δ135°、δ180°が、従来より
も減少する。図5は、このノイズ成分のベクトル図を示
している。この図から明らかなように、受信電極14の
受信ノイズ量が、
【0019】
【数1】 Δ135°+δ135° =Δ180°+δ180° =Δ0°=Δ45°=Δ90°=Δ225°=Δ270
°=Δ315°
°=Δ315°
【0020】となるように、角部の面取り量を調整する
ことにより、受信電極14に混入するノイズ成分は相殺
することができる。一方、送信電極13から結合電極1
8を介して受信電極14で受信される本来の信号成分
は、面取りによっても僅かしか減少しないから、S/N
は従来よりも改善され、変位検出精度は向上する。これ
により、ユニット数をこの例のように、2ユニットとし
た場合でも、十分な測定精度が得られ、装置の小型化に
寄与することができる。
ことにより、受信電極14に混入するノイズ成分は相殺
することができる。一方、送信電極13から結合電極1
8を介して受信電極14で受信される本来の信号成分
は、面取りによっても僅かしか減少しないから、S/N
は従来よりも改善され、変位検出精度は向上する。これ
により、ユニット数をこの例のように、2ユニットとし
た場合でも、十分な測定精度が得られ、装置の小型化に
寄与することができる。
【0021】勿論、本発明は、ユニット数が2つのもの
に限定されるものではなく、より一般的には、送信電極
群が、複数の送信電極群ユニットから構成され、受信電
極の幅が送信電極群の幅よりも小さく、受信電極の両端
が送信電極群の両端よりも内側に位置している検出器に
広く適用することができる。
に限定されるものではなく、より一般的には、送信電極
群が、複数の送信電極群ユニットから構成され、受信電
極の幅が送信電極群の幅よりも小さく、受信電極の両端
が送信電極群の両端よりも内側に位置している検出器に
広く適用することができる。
【0022】なお、受信電極14の形状は、上述したよ
うにR面取り方法以外に、例えば図6に示すように、受
信電極31の角部31a,31bを斜めに面取りする方
法(C面取り)でも同様の効果が得られる。また、図7
に示すように、受信電極32の両端32a,32bが基
本周期W1の幅から若干内側に入るように、受信電極1
4を短めに形成するようにしても良い。この場合、図4
及び図6の例に比べると結合電極18との結合面積は若
干少なくなるが、パターン自体は作りやすいというメリ
ットがある。
うにR面取り方法以外に、例えば図6に示すように、受
信電極31の角部31a,31bを斜めに面取りする方
法(C面取り)でも同様の効果が得られる。また、図7
に示すように、受信電極32の両端32a,32bが基
本周期W1の幅から若干内側に入るように、受信電極1
4を短めに形成するようにしても良い。この場合、図4
及び図6の例に比べると結合電極18との結合面積は若
干少なくなるが、パターン自体は作りやすいというメリ
ットがある。
【0023】なお、以上の実施例では、ロータリ型検出
器の例について説明したが、例えば図8に示すように、
ノギス等に利用する直線変位検出器40にも本発明を適
用することができる。この直線変位検出器40は、平板
状の第1のスケール41と、これと対向する平板状の第
2のスケール42とを有し、第1のスケール41に送信
電極43と受信電極44が形成され、第2のスケール4
2に結合電極45と接地電極46が形成されたもので、
受信電極44は、送信電極13に近い角部が面取りされ
ている。
器の例について説明したが、例えば図8に示すように、
ノギス等に利用する直線変位検出器40にも本発明を適
用することができる。この直線変位検出器40は、平板
状の第1のスケール41と、これと対向する平板状の第
2のスケール42とを有し、第1のスケール41に送信
電極43と受信電極44が形成され、第2のスケール4
2に結合電極45と接地電極46が形成されたもので、
受信電極44は、送信電極13に近い角部が面取りされ
ている。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、受
信電極が、その幅方向の両端の少なくとも前記送信電極
群と近接する部分を切り欠いた形状となっているので、
送信電極群から受信電極に混入するノイズの位相バラン
スを均等にすることができ、結局、混入ノイズを相殺し
てS/Nの向上を図ることができ、小型化と変位検出の
精度とを同時に図ることができるという効果を奏する。
信電極が、その幅方向の両端の少なくとも前記送信電極
群と近接する部分を切り欠いた形状となっているので、
送信電極群から受信電極に混入するノイズの位相バラン
スを均等にすることができ、結局、混入ノイズを相殺し
てS/Nの向上を図ることができ、小型化と変位検出の
精度とを同時に図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る電子式マイクロメー
タ等に適用される半円筒型ロータリ検出器の構成を示す
図である。
タ等に適用される半円筒型ロータリ検出器の構成を示す
図である。
【図2】 同検出器の電極部分の展開図である。
【図3】 同検出器を用いた測定装置のブロック図であ
る。
る。
【図4】 同検出器の電極パターンと混入ノイズを示す
図である。
図である。
【図5】 同混入ノイズのベクトル図である。
【図6】 本発明の他の実施例に係る検出器の電極パタ
ーンを示す図である。
ーンを示す図である。
【図7】 本発明の更に他の実施例に係る検出器の電極
パターンを示す図である。
パターンを示す図である。
【図8】 本発明を直線変位検出器に適用した例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図9】 従来の静電容量式変位検出器を説明するため
の図である。
の図である。
【図10】 同変位検出器の側面図である。
【図11】 同変位検出器における電極パターンを示す
図である。
図である。
【図12】 同変位検出器のノイズ成分のベクトル図で
ある。
ある。
1,41…第1のスケール、2,42…第2のスケー
ル、3,13,43…送信電極、4,14,31,3
2,43…受信電極、5,18,45…結合電極、6,
19,46…接地電極、7,21…パルス変調回路、8
…22…測定回路、10…半円筒型ロータリ検出器、4
0…直線変位検出器。
ル、3,13,43…送信電極、4,14,31,3
2,43…受信電極、5,18,45…結合電極、6,
19,46…接地電極、7,21…パルス変調回路、8
…22…測定回路、10…半円筒型ロータリ検出器、4
0…直線変位検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA02 AA35 CA08 CA34 DA01 DA04 DB07 DC08 DD02 HA05 HA12 2F069 AA02 AA83 DD27 DD30 GG04 GG06 GG66 JJ06 JJ10 2F077 AA21 HH02 HH12 UU26
Claims (6)
- 【請求項1】 計測すべき変位の方向に相対変位可能に
対向配置された第1及び第2のスケールを備え、 前記第1のスケールは、その前記第2のスケールとの対
向面に形成された送信電極群と少なくとも1つの受信電
極とを有し、 前記送信電極群は、前記計測すべき変位の方向に基本周
期で配列された複数の送信電極群ユニットからなり、各
送信電極群ユニットが前記計測すべき変位の方向に配列
されてn相(nは2以上の整数)の送信信号の各相信号
がそれぞれ供給されるn個の送信電極からなり、 前記受信電極は、前記計測すべき変位の方向と直交する
方向に前記送信電極群と隣接すると共に、前記計測すべ
き変位の方向の幅が前記基本周期の整数倍で且つ前記送
信電極群の幅よりも小さく、その幅方向の両端が前記送
信電極群の両端よりも内側に位置し、且つその両端の少
なくとも前記送信電極群と近接する部分を切り欠いたも
のであり、 前記第2のスケールは、前記第1のスケールの前記送信
電極及び受信電極と容量結合される、前記基本周期と同
一の周期で形成された複数の結合電極を有する、 ことを特徴とする静電容量式変位検出器。 - 【請求項2】 前記受信電極は、前記幅方向の両端の前
記送信電極群と近接する角部を円弧状に切り欠いたもの
であることを特徴とする請求項1記載の静電容量式変位
検出器。 - 【請求項3】 前記受信電極は、前記幅方向の両端の前
記送信電極群と近接する角部を斜めに切り欠いたもので
あることを特徴とする請求項1記載の静電容量式変位検
出器。 - 【請求項4】 前記受信電極は、前記幅方向の両端を、
幅方向内側に僅かに切り欠いたものであることを特徴と
する請求項1記載の静電容量式変位検出器。 - 【請求項5】 前記送信電極群は、2つの送信電極群ユ
ニットからなり、 前記受信電極は、その幅が基本周期と等しく、且つその
幅方向の中心が前記送信電極群の幅方向の中心と一致す
るように配置されたものであることを特徴とする請求項
1記載の静電容量式変位検出器。 - 【請求項6】 n相(nは2以上の整数)の送信信号を
生成する送信信号生成回路と、 計測すべき変位の方向に相対変位可能に対向配置された
第1及び第2のスケールを備え、前記n相の送信信号を
入力してその相対変位量に応じた位相の受信信号を出力
する静電容量式変位検出器と、 この静電容量式変位検出器から出力される受信信号の位
相を検出して前記第1及び第2のスケールの相対変位量
を算出する測定回路とを備えた静電容量式変位測定装置
において、 前記第1のスケールは、その前記第2のスケールとの対
向面に形成された送信電極群と少なくとも1つの受信電
極とを有し、 前記送信電極群は、前記計測すべき変位の方向に基本周
期で配列された複数の送信電極群ユニットからなり、各
送信電極群ユニットが前記計測すべき変位の方向に配列
されて前記n相の送信信号の各相信号がそれぞれ供給さ
れるn個の送信電極からなり、 前記受信電極は、前記計測すべき変位の方向と直交する
方向に前記送信電極群と隣接すると共に、前記計測すべ
き変位の方向の幅が前記基本周期の整数倍で且つ前記送
信電極群の幅よりも小さく、その幅方向の両端が前記送
信電極群の両端よりも内側に位置し、且つその両端の少
なくとも前記送信電極群と近接する部分を切り欠いたも
のであり、 前記第2のスケールは、前記第1のスケールの前記送信
電極及び受信電極と容量結合される、前記基本周期と同
一の周期で形成された複数の結合電極を有する、 ことを特徴とする静電容量式変位測定装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32424498A JP3246726B2 (ja) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | 静電容量式変位検出器及び測定装置 |
US09/407,865 US6292001B1 (en) | 1998-11-13 | 1999-10-20 | Capacitance-type displacement measuring apparatus |
CNB991232895A CN1157585C (zh) | 1998-11-13 | 1999-10-29 | 电容型位移测量装置 |
DE69915212T DE69915212T2 (de) | 1998-11-13 | 1999-11-05 | Kapazitive Wegmesseinrichtung |
EP99122155A EP1001252B1 (en) | 1998-11-13 | 1999-11-05 | Capacitance-type displacement measuring apparatus |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000146508A true JP2000146508A (ja) | 2000-05-26 |
JP3246726B2 JP3246726B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=18163649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32424498A Expired - Fee Related JP3246726B2 (ja) | 1998-11-13 | 1998-11-13 | 静電容量式変位検出器及び測定装置 |
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---|---|
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EP (1) | EP1001252B1 (ja) |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011163865A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Seidensha Co Ltd | 回転型静電エンコーダ |
JP2012506190A (ja) * | 2008-10-17 | 2012-03-08 | フォルシア ブロック アバン | 自動車両のための物体検出装置 |
JP2013516601A (ja) * | 2009-12-31 | 2013-05-13 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー.ブイ. | 静電容量感知システム |
JP2016538554A (ja) * | 2014-03-19 | 2016-12-08 | 重慶理工大学 | 単列多層構造に基づく電界式タイムグレーティング直線変位センサ |
JP2016217821A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置 |
KR20190016520A (ko) * | 2016-06-03 | 2019-02-18 | 브랜덴버그 (유케이) 리미티드 | 물체의 감지 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001183163A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Mitsutoyo Corp | 変位測定装置 |
JP2001201308A (ja) * | 2000-01-21 | 2001-07-27 | Mitsutoyo Corp | 静電容量式変位検出装置及びその製造方法 |
GB0114456D0 (en) * | 2001-06-14 | 2001-08-08 | Koninkl Philips Electronics Nv | Object sensing |
DE102005046099A1 (de) * | 2005-09-27 | 2007-03-29 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Vorrichtung zur Erfassung von Schaltstellungen eines Schaltmittels |
CN101354231B (zh) * | 2007-07-28 | 2011-07-27 | 深圳市联思精密机器有限公司 | 一种栅状电极位移传感器 |
US8653834B2 (en) * | 2010-01-15 | 2014-02-18 | Synaptics Incorporated | Input device with floating electrodes having at least one aperture |
CN102538650A (zh) * | 2010-12-29 | 2012-07-04 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种纳米级微小位移测量装置 |
JP6327874B2 (ja) * | 2014-02-04 | 2018-05-23 | 株式会社ミツトヨ | 誘導型位置測定装置 |
CN104913712A (zh) * | 2014-03-13 | 2015-09-16 | 深圳市联思精密机器有限公司 | 一种容栅位移传感器 |
JP6475936B2 (ja) * | 2014-08-19 | 2019-02-27 | 株式会社ミツトヨ | エンコーダスケールおよびその製造方法 |
US9704012B2 (en) * | 2015-09-10 | 2017-07-11 | Cypress Semiconductor Corporation | Fingerprint sensor pattern |
JP6823483B2 (ja) * | 2017-02-02 | 2021-02-03 | 株式会社ミツトヨ | 変位検出器 |
CN111739268A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-02 | 吴才远 | 一种智能门锁上锁提醒装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4959615A (en) | 1988-05-31 | 1990-09-25 | Micro Encoder, Inc. | Electrode structure for capacitance-type measurement transducers |
JPS62235504A (ja) | 1986-04-04 | 1987-10-15 | Mitsutoyo Corp | 容量型位置測定トランスデユ−サ |
US5691646A (en) | 1994-12-07 | 1997-11-25 | Mitutoya Corporation | Capacitance-type displacement measuring device with electrodes having spiral patterns |
JP3256443B2 (ja) | 1996-09-20 | 2002-02-12 | 株式会社ミツトヨ | 静電容量式変位測定装置 |
-
1998
- 1998-11-13 JP JP32424498A patent/JP3246726B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-20 US US09/407,865 patent/US6292001B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-10-29 CN CNB991232895A patent/CN1157585C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-05 EP EP99122155A patent/EP1001252B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-05 DE DE69915212T patent/DE69915212T2/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012506190A (ja) * | 2008-10-17 | 2012-03-08 | フォルシア ブロック アバン | 自動車両のための物体検出装置 |
US8779782B2 (en) | 2008-10-17 | 2014-07-15 | Faurecia Bloc Avant | Object detection device for an automotive vehicle |
JP2013516601A (ja) * | 2009-12-31 | 2013-05-13 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー.ブイ. | 静電容量感知システム |
JP2011163865A (ja) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Seidensha Co Ltd | 回転型静電エンコーダ |
JP2016538554A (ja) * | 2014-03-19 | 2016-12-08 | 重慶理工大学 | 単列多層構造に基づく電界式タイムグレーティング直線変位センサ |
JP2016217821A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置 |
US10274813B2 (en) | 2015-05-19 | 2019-04-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement detecting apparatus, lens barrel, and image pickup apparatus |
KR20190016520A (ko) * | 2016-06-03 | 2019-02-18 | 브랜덴버그 (유케이) 리미티드 | 물체의 감지 |
KR102462191B1 (ko) * | 2016-06-03 | 2022-11-02 | 브랜덴버그 (유케이) 리미티드 | 물체의 감지 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6292001B1 (en) | 2001-09-18 |
EP1001252B1 (en) | 2004-03-03 |
EP1001252A1 (en) | 2000-05-17 |
DE69915212D1 (de) | 2004-04-08 |
CN1157585C (zh) | 2004-07-14 |
CN1254087A (zh) | 2000-05-24 |
JP3246726B2 (ja) | 2002-01-15 |
DE69915212T2 (de) | 2004-07-29 |
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