DE3941029C2 - Elektrostatischer Kapazitätsdetektor des Phasendiskriminierungstyps - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Kapazitätsdetektoren der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9 genannten Art.

Derartige Kapazitätsdetektoren sind aus der US 46 33 249 bekannt. Dabei wird zur Miniaturisierung des Kapazitätsdetektors und zur Verbesserung seiner Detektionsgenauigkeit vorgeschlagen die erforderlichen Koppelleitungen zur Verbindung der einzelnen zu einer Sendeelektroden-Elementeneinheit gehörenden Sendeelektrodenelemente auf der Rückseite des die erste Elektrodenplatte tragenden Substrats unterhalb der Sendeelektrodenelemente anzuordnen. Die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase werden so mit einem elektrischen Signal dieser selben Phase von der Stromversorgung durch die jeweiligen Koppelleitungen versorgt.

In den Fig. 10 bis 13 ist ein bekannter elektrostatischer Kapazitätsdetektor in seinem allgemeinen Aufbau dargestellt.

Wie aus Fig. 10 hervorgeht, weist der Kapazitätsdetektor eine Elektrodenplatte 10 auf einer Seite und eine Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite, eine Stromversorgung 30 und eine Detektorschaltung 40 auf.

Die Elektrodenplatte 10 umfaßt eine Sendeelektrode 11 mit mehreren Sendeelektrodenelementen. 11 a bis 11 h und eine Empfangselektrode 17. Die Sendeelektrodenelemente derselben Phase 11a, 11a, . . ., (zum Beispiel) sind mit Koppelleitungen 13 über Nebenanschlußleitungen 5 verbunden und weiter mit der Stromversorgung 30 über eine Verdrahtung 16 verbunden, wie es in Fig. 12 dargestellt ist.

Die Empfangselektrode 17 ist mit der Detektorschaltung 40 über eine Ausgangsleitung 18 verbunden.

Dagegen weist, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, die Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite mehrere Koppelelektroden 21 und mehrere Erdelektroden 22 auf, die gegenseitig über eine Kurzschlußschaltung kurzgeschlossen sind, wobei beide alternierend angeordnet sind. Jede Koppelelektrode 21 erstreckt sich in ihrer Länge über vier Sendeelektrodenelemente (beispielsweise 11a bis 11d) und in ihrer Breite von der Sendeelektrode 11 bis zu der Empfangselektrode 17.

Beide Elektrodenplatten 10, 20 sind einander gegenüberliegend angeordnet, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, und sind längsverschieblich (die Vorderseite zu der Rückseite von Fig. 11).

Hierbei bezeichnet AR einen Koppelbereich für die elektrostatische Kapazität. Die zugehörigen Leitungen 5, 13 sind in einem Verbindungsbereich vorgesehen, der sich von dem Koppelbereich AR für die elektrostatische Kapazität unterscheidet, und sind mit der flexiblen Verdrahtung 16 verbunden.

Wie aus Fig. 10 hervorgeht, umfaßt die Stromversorgung 30 einen Oszillator 31 und einen Signalgenerator 32 zur Erzeugung mehrerer (8) Signale, die sich in der Phase voneinander unterscheiden. Die Detektorschaltung 40 weist einen Integrator 41 auf, einen Komparator 42, einen Flankendetektor 43, einen Phasendifferenzdetektor 44 zur Phasenunterscheidung, einen Zähler 45, und eine Anzeige 47.

Wenn die Elektrodenplatte 10, die Stromversorgung 30, und die Detektorschaltung 40 auf dem Gehäuse eines Feinmeßinstrumentes zur Messung der Länge und die Elektrodenplatte 20 auf einer Spindel angeordnet sind, die gleitbeweglich an dem Gehäuse angeordnet ist, so kann der Betrag der Verschiebung der Spindel auf der Anzeige 47 abgelesen werden.

Ein derartiger Kapazitätsdetektor hat Vorteile bezüglich eines verringerten Stromverbrauchs, einer hohen Störsicherheit und einer hohen Auflösung, im Vergleich zu beispielsweise einem photoelektrischen Detektor.

Allerdings sind bei einem derartigen Detektor dieselben phasenübertragenden Elektrodenelemente (beispielsweise 11a, 11a, . . .) mit derselben Kopplungsleitung 13 durch die entsprechenden Nebenanschlußleitungen 5 verbunden, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Im einzelnen ist, wie aus Fig. 14 hervorgeht, die Nebenanschlußleitung 5 auf einem Substrat 19 der Elektrodenplatte 10 so angeordnet, daß sie sich auf derselben Höhe befindet wie das Sendeelektrodenelement, und die jeweiligen Koppelleitungen 13 sind oberhalb der Nebenanschlußleitung 5 über der elektrisch isolierenden Schicht 1 angeordnet. Daher ist jede Nebenanschlußleitung 5 mit der Koppelleitung 13 über einen Verbindungsanschluß 6 verbunden, der sich durch ein Durchgangsloch 3 in der elektrisch isolierenden Schicht 1 erstreckt.

Wie aus Fig. 15 hervorgeht, ergibt sich bei einer Breite der Koppelleitung 13 bzw. des Verbindungsanschlusses von W bzw. D eine Breite D zwischen 0,1 und 0,2 mm, infolge der Einschränkung des Durchgangsloches 3 hinsichtlich seiner Herstellungsweise, obwohl für die elektrischen Eigenschaften eine Breite W von 0,03 mm ausreichen würde. Die Breite D führt im Fall von acht Phasen zu einer Größe L von 0,9 bis 1,9 mm, die erforderlich ist, um sämtliche Koppelleitungen 13 auszubilden. Dieses ist jedoch übertrieben groß, verglichen mit der Breite W (0,03 mm) der einzigen Koppelleitung 13, und verhindert so eine Miniaturisierung des Detektors.

Zur Lösung dieses Problems hat die Anmelderin mit der noch nicht veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 63-199690 ein Detektorsystem zur Erhöhung der Stabilität der elektrostatischen Kapazitätskopplung zwischen der Koppelelektrode 1 und der Sende- und Empfangselektrode 11, 17 zur Verbesserung des parallelen Verhaltens zwischen diesen Teilen vorgeschlagen. Das Detektorsystem umfaßt eine Empfangselektrode 17, die aus mehreren Empfangselektrodenelementen 17A, 17B besteht, zwischen denen die Sendeelektrode 11 angeordnet ist, und Paralleldetektoreinrichtungen 50, die aus mehreren Integratoren 51A, 51B bestehen, die jeweils mit den Empfangselektrodenelementen verbunden sind, einem Komparator 52 und einer Meßeinrichtung 53, wie dieses teilweise in Fig. 3 dargestellt ist, wobei mit der Bezugsziffer 46 ein Addierer bezeichnet ist.

Allerdings hat ein derartiger Detektor, der mehrere Empfangselektrodenelemente 17A, 17B aufweist, wobei die Sendeelektrode 11 zwischen diesen angeordnet ist, eine beträchtliche Baugröße, ist technisch schwer ausführbar und auch kosten ungünstig.

Im einzelnen gibt es Schwierigkeiten bei der Anordnung der jeweiligen Nebenanschlußleitungen 5 und der Koppelleitungen 13 auf der Seite der Sendeelektrode 11 und außerhalb des Koppelbereiches AR für die elektrostatische Kapazität, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Daher müssen sie so gelegt werden, daß sie um die Sendeelektrode 11 und die Empfangselektrode 17 (17A, 17B) herumgehen, um dieser gegenüber einen Abstand in Längsrichtung aufzuweisen, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Daher ist die Elektrodenplatte 10 auf der einen Seite nicht nur übertrieben lang und kostenaufwendig, sondern in ihrer Einsetzbarkeit beschränkt, so daß sie nicht zu einem handlichen Meßinstrument zusammengesetzt werden kann.

Um die Koppelleitung 13 innerhalb des Koppelbereiches AR für die elektrostatische Kapazität auszubilden, böte sich ein Aufbau an, wie er in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist, bei welchem ein abgestufter Abschnitt 19b an einem Seitenende 19a des Substrates 19 vorgesehen ist, das die Elektrodenplatte 10 auf einer Seite zur Verbindung der flexiblen Verdrahtung 16 unter Nutzung des ausgenommenen Abschnitts 19b bildet. Da bei diesem Aufbau allerdings das Substrat 19, welches aus einer Glasplatte hergestellt wird, selbst bearbeitet werden muß, um den abgestuften Abschnitt auszubilden, ist dessen Bearbeitung schwierig und führt so zu weiteren Kosten und einer ungenügenden Stabilität. Wenn darüber hinaus irgendwelche Abweichungen in den Abmessungen und Verbindungsfehler bei der flexiblen Verdrahtung 16 auftreten, so erstreckt sich die flexible Verdrahtung 16 in eine Lücke zwischen der Koppelelektrode 21, der Sendeelektrode 11 und der Empfangselektrode 17, und beeinträchtigt so die Verläßlichkeit des Gerätes, beispielsweise dessen glatte Relativbewegung, wodurch instabile Signale auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrostatischen Kapazitätsdetektor hinsichtlich seiner Genauigkeit, Stabilität, Kosten und seiner Miniaturisierung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 9 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Aufbau gemäß der Erfindung muß, da die jeweiligen Koppelleitungen an einem Seitenende der einen Elektrodenplatte durch einen Raum zwischen beiden Empfangselektrodenelementen herausgeführt werden, nicht die Breite der einseitigen Elektrodenplatte vergrößert werden. Weiterhin kann, da die jeweiligen Anschlußleitungen, welche die entsprechenden Koppelleitungen verbinden, sowie die flexible Verdrahtung und die Stromversorgung aus leitfähigen Beschichtungen bestehen, die in enger Berührung mit der Seiten-Oberfläche oder der hinteren Oberfläche der Elektrodenplatte auf der einen Seite stehen, der Detektor miniaturisiert werden, ohne daß seine Länge vergrößert wird, ohne daß die flexible Verdrahtung in den Raum zwischen den Elektroden vorsteht, und weiterhin ohne daß ein Verbindungsfehler auftritt. Daher kann eine Kostenverringerung, ein einfacherer Zusammenbau und eine Miniaturisierung des Detektors erzielt werden, einschließlich einer äußerst genauen, stabilen und verläßlichen Bestimmung einer Änderung der elektrostatischen Kapazitätskopplung, wobei eine vorbestimmte elektrostatische Kapazitätskopplung und eine glatte Relativbewegung zwischen beiden Elektrodenplatten beibehalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt zur Erläuterung einer einseitigen Elektrodenplatte in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht zur Erläuterung der einseitigen Elektrodenplatte von Fig. 1 mit teilweisen Auslassungen und entlang einer Linie II-II dieser Figur;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Gesamtaufbaus einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Aufsicht zur Erläuterung der einseitigen Elektrodenplatte gemäß der zweiten Ausführungsform mit teilweisen Auslassungen;

Fig. 5 eine Vorderansicht zur Erläuterung eines Abschnittes einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Aufsicht von Fig. 5 entlang einer Linie VI-VI dieser Figur;

Fig. 7 eine Aufsicht von Fig. 5 entlang einer Linie VII-VII dieser Figur;

Fig. 8 einen Seitenquerschnitt zur Erläuterung eines Abschnitts der dritten Ausführungsform mit teilweisen Auslassungen entlang einer Linie VIII-VIII von Fig. 6;

Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einem abgeänderten Verdrahtungsmuster von Koppel­ leitungen;

Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Gesamtaufbaus eines elektro­ statischen Kapazitätsdetektors nach dem Stand der Technik;

Fig. 11 eine Ansicht zur Erläuterung der Verdrahtungssituation einer Elektroden­ platte auf einer Seite und einer Elektrodenplatte auf der anderen Seite;

Fig. 12 eine Aufsicht zur Erläuterung der Elektrodenplatte einer Seite von Fig. 11 mit teilweisen Auslassungen und entlang einer Linie XII-XII derselben Figur;

Fig. 13 eine Aufsicht zur Erläuterung der Elektrodenplatte mit einer Seite gemäß

Fig. 11 mit teilweisen Auslassungen und entlang einer Linie XIII-XIII derselben Figur;

Fig. 14 einen Längsschnitt zur Erläuterung der Elektrodenplatte einer Seite von Fig. 11 mit teilweisen Auslassungen und entlang einer Linie XIV-XIV von Fig. 12;

Fig. 15 eine Ansicht zur Erläuterung der Verbindungsbeziehung zwischen Sende­ elektrodenelementen und Kopplungsleitungen;

Fig. 16 eine Aufsicht zur Erläuterung der Elektrodenplatte mit einer Seite, wenn Anschlußleitungen außerhalb eines elektrostatischen Kapazitätsbereiches vorgesehen sind;

Fig. 17 eine Aufsicht zur Erläuterung der Elektrodenplatte mit einer Seite, wenn ein abgestufter Abschnitt vorgesehen ist, um die Anschlußleitungen und die flexible Verdrahtung zu verbinden; und

Fig. 18 eine Seitenansicht der Elektrodenplatte einer Seite von Fig. 17, entlang einer Linie XVIII-XVIII von Fig. 17.

Wie aus den Figuren hervorgeht, weist der elektrostatische Kapazitätsdetektor eine Elektrodenplatte 10 auf einer Seite und eine Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite auf sowie eine Stromversorgung 30 und eine Detektorschaltung 40.

Hierbei sind die Stromversorgung 30 und die Detektorschaltung 40 entsprechend den bereits in Fig. 10 dargestellten Teilen ausgeführt.

Die Elektrodenplatte 10 weist, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ein Substrat 19 auf, welches aus einer Glasplatte hergestellt ist, eine Sendeelektrode 11, in welcher mehrere Sendeelektroden-Elementeneinheiten aus mehreren (acht in dieser Ausführungsform) Sendeelektrodenelementen 11a bis 11h bestehen und entsprechend angeordnet sind, und eine Empfangselektrode 17, die parallel zu der Sendeelektrode 11 angeordnet ist.

Im Gegensatz dazu weist die andere Elektrodenplatte 20, wie bei dem Aufbau nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 12, ein aus einer Glasplatte hergestelltes Substrat 29, eine Koppelelektrode 21, deren Länge sich über vier Sendeelektrodenelemente (11a bis 11d, 11e bis 11h) und deren Breite sich von der Sendeelektrode 11 bis zur Empfangselektrode 17 erstreckt, und Erdelektroden 22 auf, die jeweils dieselbe Form aufweisen wie die Koppelelektrode 21 und alternierend mit den Koppelelektroden 21 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Erdelektroden 22 gegenseitig durch eine Kurzschlußanordnung 23 kurzgeschlossen sind.

Die Sendeelektrode 11 ist in zwei Schichten unterschiedlicher Ordnung aufgeteilt, wobei in der ersten die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase durch Koppelleitungen 13 miteinander in Reihe geschaltet sind und mit einem elektrischen Signal derselben Phase von der Stromversorgung über die Koppelleitungen 13 versorgt werden.

Dabei ist die Elektrodenplatte 10 auf dem Substrat 19 über eine erste elektrisch isolierende Schicht 1 in eine Schicht erster und zweiter Ordnung unterteilt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und die zugehörigen Sendeelektroden-Elementeneinheiten 11a bis 11h sind in der Schicht dem zweiten Ordnung und oberhalb der ersten elektrisch isolierenden Schicht 1 angeordnet. Beide gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Sendeelektrodenelemente durchdringen die erste elektrisch isolierende Schicht 1, die aus einem Siliziumdioxid-(SiO₂)Film hergestellt ist, bis in die Schicht erster Ordnung hinein. Im einzelnen ist ein Paar verlängerter schlitzförmiger Durchgangslöcher 3, 3, die sich längs des Substrats 19 erstrecken, in der ersten elektrisch isolierenden Schicht 1 vorgesehen und die jeweiligen Sendeelektrodenelemente erstrecken sich bis in die Schicht erster Ordnung und sind durch sich nach unten erstreckende Leitungen 12, 12, welche durch die Durchgangslöcher 3, 3 führen, an dem Substrat 19 mit Hilfe von Verbindungsanschlüssen 14, 14 befestigt. Hierbei ist mit AR ein Kopplungsbereich für die elektrostatische Kapazität bezeichnet.

Die jeweiligen Sendeelektrodenelemente 11a, 11a, . . .; 11b, 11b, . . .; 11c, 11c, . . .; . . . derselben Phase sind durch die Koppelleitungen 13 in einem Schrägmuster in Reihe miteinander verbunden.

Wenn die Stromversorgung 30 mit einer der Koppelleitungen 13 verbunden ist, kann das elektrische Signal derselben Phase an alle Sendeelektrodenelemente (11a, 11a, . . .) angelegt werden, die in Reihe mit dieser Koppelleitung 13 verbunden sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Koppelleitungen 13 mit der Stromversorgung 30, d. h. einem Signalgenerator 32 über die Anschlußleitungen 15 und die flexible Verdrahtung 16 verbunden.

Hierbei ist die Sendeelektrode 11 mit einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht 2 abgedeckt, die aus einem Siliziumdioxid-Film (SiO₂) hergestellt ist, und ist daher verläßlich geschützt.

Weiterhin ist die Empfangselektrode 17 in der Schicht erster Ordnung oder in einem Substrat 19 angeordnet, ebenso wie die Koppelleitungen 13, die Verbindungsanschlüsse 14, und die Anschlußleitungen 15. In diesem Fall ist die Empfangselektrode 17 durch die erste und zweite elektrisch isolierende Schicht 1, 2 abgedeckt. Allerdings kann die Empfangselektrode 17 auch in der Schicht zweiter Ordnung oder auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht 1 wie die Sendeelektrode 11 vorgesehen sein.

In dem vorstehend beschriebenen elektrostatischen Kapazitätsdetektor ist die einseitige Elektrodenplatte 10 auf einem stationären Gehäuse beispielsweise eines Feinmeßinstruments zur Längenmessung zusammen mit der Stromversorgung 30 und der Detektorschaltung 40 angeordnet, während die Elektrodenplatte 20 auf einer bewegbaren Spindel angebracht ist. Die Verbindung zwischen den jeweiligen Sendeelektrodenelementen (11a, 11b, . . .) und der Stromversorgung 30 kann durch Verbindung der flexiblen Verdrahtung 16 mit den Anschlußleitungen 15 über die Koppelleitungen 13 hergestellt werden, die in der Schicht erster Ordnung vorgesehen sind.

Durch Einschalten der Stromversorgung 30 zum Anlegen eines elektrischen Signals an die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase über die flexible Verdrahtung 16, die Anschlußleitungen 15 und die Koppelleitungen 13 kann der Betrag der Verschiebung der Spindel relativ zum Gehäuse bestimmt und auf einer Anzeige 47 der Detektorschaltung 40 angezeigt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Sendeelektrode 11 in der Schicht zweiter Ordnung angeordnet, welche durch die elektrisch isolierende Schicht 1 in der Elektrodenplatte 10 abgeteilt ist, wogegen die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase über die Koppelleitungen 13 in der Schicht erster Ordnung unter der Schicht zweiter Ordnung miteinander in Reihe geschaltet sind. Daher kann der elektrostatische Kapazitätsdetektor im Vergleich mit dem Beispiel nach dem Stand der Technik, welches in der Fig. 12 dargestellt ist und bei welchem der Verbindungsbereich außerhalb des Kopplungsbereiches AR für die elektrostatische Kapazität bereitgestellt wird, erheblich weiter miniaturisiert werden. Zusätzlich kann ein Paar der schlitzförmigen Durchgangslöcher 3, 3 vorgesehen sein, um beide gegenüberliegende Enden der Sendelektrodenelemente sich in die Schicht erster Ordnung hinein erstrecken zu lassen. Dieses sichert eine Verringerung der Kosten und eine Miniaturisierung des Gerätes, selbst wenn die Durchgangslöcher 3, 3 verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen, was zu einer weiteren Verbesserung der Gesamtverläßlichkeit des Gerätes führt.

Darüber hinaus sind die jeweiligen Koppelleitungen 13 schräg und parallel zueinander angeordnet, um die Sendeelektrodenelemente derselben Phase in Reihe miteinander zu verbinden. Daher gibt es genug Raum für die Breite jeder Koppelleitung, um die elektrische und mechanische Verläßlichkeit des Gerätes zu verbessern und die Bearbeitungskosten erheblich zu verringern. Unter der Annahme, daß die Koppelleitung 13 eine Leitungsbreite W von 0,03 mm aufweist, wie bei dem in Fig. 14 erläuterten Fall gemäß dem Stand der Technik, kann die Abmessung L bei der vorliegenden Ausführungsform auf ein Drittel oder weniger verringert werden.

Weiterhin weisen die jeweiligen Sendeelektrodenelemente (11a, 11b, . . .) dieselbe Breite auf, wie die Verbindungsanschlüsse 14,14 und sind mit einem Paar der zugehörigen Verbindungsanschlüsse 14, 14 durch die nach unten führenden Leitungen 12, 12 verbunden. Daher kann der Abstand zwischen den benachbarten Sendeelektroden 11 nach Ausbildung dieser Elektroden gering ausgebildet werden, um eine Messung mit hoher Auflösung zu ermöglichen.

Zusätzlich ist es nicht erforderlich, so viele kleine Durchgangslöcher zur Verfügung zu stellen wie die Anzahl der Phasen beträgt, wie beim Stand der Technik. Daher kann die Bearbeitungsgüte wesentlich verbessert werden, um eine Kostenverringerung, Stabilität und Verläßlichkeit der elektrischen Eigenschaften sicherzustellen.

Nachstehend wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 3 und 4 beschrieben.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten darin, daß eine Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 vorgesehen ist, wozu der Aufbau der Elektrodenplatte 10 abgeändert ist. Eine Stromversorgung 30 und eine Detektorschaltung 40 sind identisch wie bei der ersten Ausführungsform, abgesehen davon, daß ein Addierer 46 vorgesehen ist, und aus diesem Grunde werden gleiche Bezeichnungen für entsprechende Teile benutzt, deren Beschreibung aber weggelassen.

Die Elektrodenplatte 10 weist, wie in Fig. 4 dargestellt ist, ein Substrat 19, welches aus einer Glasplatte hergestellt ist, eine Sendeelektrode 11 einschließlich Sendeelektroden-Elementeneinheiten, die aus mehreren (acht) Sendeelektrodenelementen 11a bis 11h bestehen, die zusammen in einer Ordnung angeordnet sind, sowie ein Paar von Empfangselektrodenelementen 17A, 17B auf, zwischen denen die Sendeelektroden 11 in der Breitenrichtung vorgesehen ist. Zwar ist die Elektrodenplatte 20 identisch in ihrem grundlegenden Aufbau zu der voranstehend bei Fig. 13 beschriebenen Platte, allerdings ist die Breite der Koppelelektrode 21 so festgelegt, daß sie der Gesamtbreite beider Empfangselektrodenelemente 17A, 17B entspricht.

Die jeweiligen Sendeelektrodenelemente 11a, 11b, . . ., die in einer Schicht zweiter Ordnung angeordnet sind, sind in einer Schicht erster Ordnung durch Koppelleitungen 13 miteinander in Reihe geschaltet, wie bei der ersten Ausführungsform. Die jeweiligen Koppelleitungen 13 sind mit Anschlußleitungen 15 verbunden, die so angeordnet sind, daß sie sich zu der Seitenoberfläche 9V und zur rückseitigen Oberfläche 9B des Substrats 19 erstrecken. Auf der rückwärtigen Oberfläche 9B ist die flexible Verdrahtung 16 mit den jeweiligen Anschlußleitungen 15 verbunden, die weiterhin mit der Stromversorgung 30 verbunden sind.

Die Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 dient zur Einstellung der Parallelität zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 und zum Nachweis einer Änderung der Parallelität während des Betriebs des Gerätes, wenn die Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite in eine konkrete Einrichtung eingebaut wird, wie etwa in einem Fall, in welchem sie an einer Spindel eines Feinmeß-Längenmeßinstrumentes angebracht ist. Wie in Fig. 3 erläutert ist, vergleicht die Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 Signalpegel, die in Integratoren 51A, 51B integriert werden, unter Verwendung eines Komparators 52, und zeigt auf einem Meßgerät 53 eine relative Neigung zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 aufgrund der Größe und Richtung eines Unterschieds zwischen den Signalpegel sichtbar an. In die jeweiligen Integratoren 51A, 51B werden Signale, die in die entsprechenden Empfangselektrodenelemente 17A, 17B induziert werden, durch Ausgangsleitungen 18A, 18B eingegeben.

Hierbei wurde die Empfangselektrode 17 mit einem Paar von Empfangselektrodenelemente 17A, 17B ausgeführt, um - abgesehen von der Anordnung der Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 -, die vorbestimmten Zustände der elektrostatischen Kapazitätskopplung unverändert zu halten, selbst wenn eine Neigung bis zu einem gewissen Grad zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 auftritt. Aus diesem Grunde umfaßt die Detektorschaltung 40 einen Addierer 46, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei dem elektrostatischen Kapazitätsdetektor mit einem derartigen Aufbau kann die Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 die Parallelität zwischen der Elektrodenplatte 10 auf der einen Seite und der Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite einfach und genau bestimmen, wenn die Elektrodenplatte 10 auf der einen Seite auf einem stationären Gehäuse eines Feinmeß-Längenmeßinstrumentes zusammen mit der Stromversorgung 30 und der Detektorschaltung 40 angebracht ist, und beispielsweise die andere Elektrodenplatte 20 auf der bewegbaren Spindel angebracht ist. Die Verbindung untereinander zwischen den jeweiligen Sendeelektrodenelementen (11a, 11b, . . .) und der Stromversorgung 30 reicht aus, um die flexible Verdrahtung 16 mit den Anschlußleitungen 15 zu verbinden, die in enger Berührung mit der rückwärtigen Oberfläche 9B der Elektrodenplatte 10 angeordnet sind, und läßt sich daher einfach und schnell erreichen.

Durch Einschalten der Stromversorgung 30 und Anlegen von deren Versorgungsspannung an die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase über die flexible Verdrahtung 16, die zugehörigen Anschlußleitungen 15 und die jeweiligen Koppelleitungen 13 kann der Betrag der Verschiebung der Spindel bezüglich des Gehäuses des Feinmeß-Längenmeßinstrumentes nachgewiesen und digital auf einer Anzeige 47 der Detektorschaltung 40 angezeigt werden.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die jeweiligen Sendeelektrodenelemente, die in der Schicht zweiter Ordnung angeordnet sind, in der Schicht erster Ordnung über die Koppelleitungen 13 miteinander verbunden. Daher stellt die zweite Ausführungsform sicher, daß die Betriebsweise und Vorteile identisch sind zu denen der ersten Ausführungsform, etwa die Miniaturisierung und die Kostenverringerung usw. des Gerätes.

Weiterhin ist die Empfangselektrode 17 der Elektrodenplatte 10 mit dem Paar von Empfangselektrodenelementen 17A, 17B aufgebaut und die Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 erfaßt die Parallelität zwischen der Elektrodenplatte 10 auf der einen Seite und der Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite, indem sie Ausgangssignale von den jeweiligen Empfangselektrodenelementen 17A, 17B vergleicht. Daher kann der Detektor einfach zu einem handlichen miniaturisierten Längenmeßinstrument zusammengebaut und justiert werden, zusammen mit dem hoch präzisen Nachweis der Relativverschiebung zwischen der Elektrodenplatte 10 auf der einen Seite und der Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, einen großen Raum (Verbindungsbereich) in dem Kopplungsbereich AR für die elektrostatische Kapazität, wie in Fig. 15 dargestellt, für die Verbindung zwischen der Sendeelektrode 11 und der Stromversorgung 30 vorzusehen. Es ist daher auch hier möglich, das Gerät zu miniaturisieren und weiterhin Mehrfunktionseigenschaften des Gerätes zu erhalten.

Zusätzlich ist die flexible Verdrahtung 16 mit den Anschlußleitungen 15 auf der Seite der rückwärtigen Oberfläche 9B der Elektrodenplatte 10 auf einer Seite verbunden, so daß die Verbindung einfach, schnell und zuverlässig hergestellt werden kann. Da die Abmessungen (insbesondere die Dicke) der flexiblen Verdrahtung 16 keine Rolle spielen, kann die elektrische Kapazität und die mechanische Festigkeit freizügig gewählt werden, was in bezug auf die Leistung und die Kosten vorteilhaft ist.

Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die erste elektrisch isolierende Schicht 1 so ausgebildet ist, daß sie die gesamte Oberfläche des Substrats 19 bedeckt, ist es hier wesentlich, daß die Sendeelektrode 11 und die jeweiligen Koppelleitungen 13 nicht kurzgeschlossen werden können, wenn die jeweiligen Sendeelektrodenelemente 11a, 11b, . . . derselben Phase, die in der Schicht zweiter Ordnung angeordnet sind, in der Schicht der ersten Ordnung über die jeweiligen Koppelleitungen 13 untereinander in Reihe geschaltet werden, die unterhalb der Schicht zweiter Ordnung ausgebildet ist. Daher kann die elektrisch isolierende Schicht auch nur teilweise zwischen den Sendeelektrodenelementen und den Koppelleitungen 13 vorgesehen werden.

Nachstehend wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 5 bis 8 beschrieben.

Die dritte Ausführungsform umfaßt, wie bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform, eine Elektrodenplatte 10 auf einer Seite, eine Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite, eine Stromversorgung 30, eine Detektorschaltung 40 und eine Parallelitätsdetektoreinrichtung 50.

Die Stromversorgung und die Detektorschaltung 40 sind identisch mit den in Fig. 10 dargestellten herkömmlichen Teilen und daher wird auf eine Beschreibung verzichtet.

Die Elektrodenplatte 10 auf einer Seite weist, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, ein aus einer Glasplatte hergestelltes Substrat 19 auf, eine Sendeelektrode 11 einschließlich mehrerer Sendeelektroden-Elementeneinheiten, die aus mehreren (acht) Sendeelektrodenelementen 11a bis 11h bestehen, wobei die Einheiten in einer Reihenfolge angeordnet sind, und eine Empfangselektrode 17, die aus einem Paar von Empfangselektrodenelementen 17A, 17B besteht, zwischen denen die Sendeelektrode 11 angeordnet und in ihrer Breitenrichtung begrenzt ist.

Dagegen weist die Elektrodenplatte 20 auf der anderen Seite ein Glasplattensubstrat 29, Koppelelektroden 21, wobei jede Elektrode sich in ihrer Länge über vier Sendeelektrodenelemente (11a bis 11d, 11e bis 11h) und in ihrer Breite über die beiden Empfangselektrodenelemente 17A, 17B erstreckt, und Erdelektroden 22 auf, die alternierend in bezug auf die Koppelelektroden 21 angeordnet sind, wobei jede Erdelektrode dieselbe Form aufweist wie jede Koppelelektrode 21 und die jeweiligen Erdelektroden 22 gegenseitig über eine Kurzschlußschaltung 23 kurzgeschlossen sind.

Diese Ausführungsform weist dabei den folgenden Aufbau mit technischen Merkmalen auf, wie er in Fig. 5 und 6 dargestellt ist: Jeweilige Koppelleitungen 13 werden zu dem einen Seitenende 19a der Elektrodenplatte 10 durch einen Raum zwischen den Empfangselektrodenelementen 17A, 17B herausgeleitet, und jeweilige Anschlußleitungen 15 sind aus leitfähigen Beschichtungen gebildet, die in enger Berührung mit der Seitenoberfläche 9V oder der rückwärtigen Oberfläche 9B des Substrats 19 auf der Elektrodenplatte 10 angeordnet sind.

Im einzelnen sind die jeweiligen Sendeelektrodenelemente der jeweiligen Sendeelektroden-Elementeneinheiten, wobei die Elemente dieselbe Phase aufweisen, beispielsweise 11a und 11a, mit denselben Koppelleitungen 13 durch zugehörige Nebenanschlußleitungen 5 verbunden, und die jeweiligen Koppelleitungen 13 sind zu dem unteren Abschnitt in Fig. 6 durch einen Raum zwischen beiden Empfangselektrodenelementen 17A, 17B herausgeleitet.

Konkret sind die jeweiligen Nebenanschlußleitungen 5 auf der Oberfläche des Substrats 19 ausgebildet und mit einer ersten Isolierschicht 1 abgedeckt, die einen Siliziumdioxid-Film aufweist (SiO₂). Die jeweiligen Koppelleitungen 13 sind auf der ersten Isolierschicht 1 ausgebildet und mit den zugehörigen Nebenanschlußleitungen 5 durch Durchgangslöcher 3 hindurch verbunden, welche durch die erste Isolierschicht 1 hindurch ausgebildet sind. Die gesamte Oberfläche des Gerätes ist mit einer zweiten Isolierschicht 2 abgedeckt, die einen Siliziumdioxid-Film (SiO₂) aufweist. Selbstverständlich werden die Sendeelektrodenelemente und die Empfangselektrodenelemente wie auch die Nebenanschlußleitungen 5 auf dem Substrat 19 ausgebildet.

An den Enden der jeweiligen Koppelleitungen 13 vorhandene Anschlüsse, also die zugehörigen Anschlußleitungen 15 zur Verbindung der jeweiligen Koppelleitungen 13 mit der flexiblen Verdrahtung 16, werden dicht über der oberen Oberfläche, der Seitenoberfläche 9V und der rückwärtigen Oberfläche 9B des Substrats 19 ausgebildet, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Diese Anschlüsse werden bei dieser Ausführungsform unter Verwendung einer Metallmaske aufgespritzt.

Die jeweiligen Koppelleitungen 13 und die Stromversorgung 30 (Signalgenerator 32) sind miteinander durch die flexible Verdrahtung 16 verbunden, die mit den jeweiligen Anschlußleitungen 15 auf der rückwärtigen Oberfläche 9B der Elektrodenplatte 10 verbunden ist.

Entsprechend der dritten Ausführungsform sind die jeweiligen Koppelleitungen 13, welche die jeweiligen Sendeelektrodenelemente derselben Phase verbinden, an einem Seitenende 19a der Elektrodenplatte 10 durch einen Raum zwischen dem Paar der Empfangselektrodenelemente 17A, 17B herausgeführt, und die jeweiligen Anschlußleitungen 15 sind als leitfähige Beschichtungen ausgebildet, die dicht benachbart auf der Seitenoberfläche 9V und der rückwärtigen Oberfläche 9B des Substrats 19 angeordnet sind. Daher hat die Elektrodenplatte 10 keine solche Größe wie beim Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik, welches in Fig. 16 dargestellt ist, bei dem die jeweiligen Koppelleitungen 13 mit der flexiblen Verdrahtung außerhalb des Kapazitätskopplungsbereichs AR verbunden sind. Zusätzlich ist es nicht erforderlich, den abgestuften Abschnitt 19b in dem Substrat 19 der Elektrodenplatte 10 innerhalb des Kopplungsbereiches AR für die elektrostatische Kapazität vorzusehen, wie es in Fig. 17 und 18 dargestellt ist. Daher werden die Herstellungskosten gesenkt. Daher wird ein ökonomischer, miniaturisierter elektrostatischer Kapazitätsdetektor erhalten, welcher eine stabile, äußerst präzise Messung ermöglicht.

Weiterhin sind die jeweiligen Anschlußleitungen 15 als leitfähige Beschichtungen durch Spritztechnik gebildet, die ultradünn und äußerst anhaftend sind. Daher können die Sendeelektrode 11 und die Stromversorgung 30 sicher miteinander verbunden werden, und die Anschlußleitungen 15 und die flexible Verdrahtung 16 können so angeordnet werden, daß sie sich nicht in den Raum zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 hineinerstrecken. Daher kann die Verläßlichkeit des Gerätes weiter verbessert werden.

Da weiterhin die Parallelitätsdetektoreinrichtung 50 vorgesehen ist, können nicht nur beide Elektrodenplatten 10, 20 einfach zusammengebaut und eingestellt werden, sondern es kann auch eine relative Lagebeziehung zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 in einervorbestimmten Größenordnung gehalten werden, auch in bezug auf die Ausbildung der Empfangselektrode 17 mit dem Paar Elektrodenelementen 17A, 17B einschließlich der dazwischen angeordneten Sendeelektrode 11, um die elektrostatische Kapazitätskopplung zwischen beiden Elektrodenplatten 10, 20 stabil zu halten.

Zwar wurden in der dritten Ausführungsform die Anschlußleitungen 15 so gelegt, daß sie sich von der Seitenoberfläche 9V der Elektrodenplatte 10 zu deren rückwärtiger Oberfläche 9B erstrecken, sie können aber auch so angeordnet sein, daß sie an der Seitenoberfläche 9V der Elektrodenplatte 10 enden.

Obwohl die Anschlußleitungen 15 an den Enden der Koppelleitungen 13 vorgesehen sind, können die Koppelleitungen 13 mit konstanter Breite an ihren Enden auch als die Anschlußleitungen 15 selbst ausgebildet werden. Wenn jede Anschlußleitung 15 als ein breiteres Teil einer Koppelleitung 13 ausgebildet wird, kann die Verbindung der Anschlußleitung 15 mit der flexiblen Verdrahtung 16 noch-einfacher ausgeführt und der Kontaktwiderstand zwischen diesen weiter verringert werden. Zusätzlich können die jeweiligen Anschlußleitungen 15, die über die Seitenoberfläche 9V und die rückwärtige Oberfläche 9B des Substrats 19 gelegt werden, direkt durch Spritzen ausgebildet werden.

Obwohl weiterhin die Ausgangsleitungen 18A, 18B an dem einen Seitenende in Breitenrichtung der Elektrodenplatte 10 herausgeführt werden, können auch in Längsrichtung der Elektrodenplatte 10 herausgeführt werden, wie bei den Koppelleitungen 13, und auf der Seitenoberfläche 9V und der rückwärtigen Oberfläche 9B des Substrats 19 ausgebildet werden, um die Größe der Elektrodenplatte 10 in Breitenrichtung weiter zu verringern.

Zwar werden die Koppelleitungen 13 links und rechts von der Sendeelektrode 11, vier an jeder Seite, angeordnet, jedoch kann der Verlegeweg jeder Koppelleitung 13 willkürlich ausgewählt werden. Beispielsweise können, wie in Fig. 9 als vierte bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist, die Koppelleitungen 13 auch auf einer Seite (auf der linken Seite in der Figur) der Sendeelektrode 11 konzentriert werden.

Es ist wesentlich, daß sie an dem einen Seitenende 19 des Substrats 19 zwischen beiden Empfangselektrodenelementen 17A, 17B herausgeleitet werden können.

Claims (10)

1. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor des Phasendiskriminierungstyps, der aus einer ersten Elektrodenplatte (10), die aus einer Sendeelektrode (11) mit mehreren Sendeelektrodenelementen (11a, . . ., 11h) und aus einer Empfangselektrode (17) besteht, und einer gegenüber der ersten Elektrodenplatte relativ beweglich angeordneten zweiten Elektrodenplatte (20), die eine Koppelelektrode (21) aufweist, aufgebaut ist, mit einer an die Sendeelektrode (11) angeschlossenen Stromversor­ gung (30) und mit einer an die Empfangselektrode (17) angeschlossenen Detektor­ schaltung (40), wobei die jeweiligen Sendeelektrodenelemente (11a, . . ., 11h) derselben Phase mit einem elektrischen Signal derselben Phase von der Stromversorgung (30) über Koppelleitungen versorgt werden; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenplatte (10) auf ihrem Substrat (19) durch eine elektrisch isolierende Schicht (1) in eine Schicht erster Ordnung und eine Schicht zweiter Ordnung unterteilt ist, daß die Sendeelektrodenelemente (11a, . . ., 11h) in der Schicht zweiter Ordnung angeordnet sind, an deren Ende in die elektrisch isolierende Schicht (1) eindringen und sich in die Schicht erster Ordnung hineinerstrecken, und daß die Sendeelektrodenelemente derselben Phase über Koppelleitungen (13) in der Schicht der ersten Ordnung miteinander in Reihe geschaltet sind.

2. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitungen (13) schräg und parallel zueinander angeordnet sind.

3. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelektrodenelemente (11a, . . ., 11h) und die Koppelleitungen (13) miteinander durch Durchgangslöcher (3) hindurch verbunden sind, welche an dem Ende des Sendeelektrodenelements ausgebildet sind.

4. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeelektrode (11) mit einer zweiten elektrisch isolieren­ den Schicht (2) abgedeckt ist.

5. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselektrode (17) zusammen mit Verbindungsan­ schlüssen (14), Anschlußleitungen (15) und den Koppelleitungen (13) in der Schicht der ersten Ordnung angeordnet ist.

6. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Sendeelektrodenelemente (11a, . . ., 11h) im wesentlichen dieselbe Breite aufweisen wie die Verbindungsanschlüsse (14), und jeweils mit Paaren entsprechender Verbindungsanschlüsse durch nach unten gerichtete Leitungen (12) verbunden sind.

7. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselektrode (17) mit einem Paar von Empfangs­ elektrodenelementen (17A, 17B) versehen ist, und daß eine Parallelitätsdetektor­ einrichtung (50) vorgesehen ist, um eine Parallelität zwischen der ersten Elektroden­ platte (10) und der zweiten Elektrodenplatte (20) durch Vergleich von Ausgangssig­ nalen der zugehörigen Empfangselektrodenelemente (17A, 17B) festzustellen.

8. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Koppelleitungen (13) an Anschlußleitun­ gen (15) angeschlossen sind, die sich zu der Seitenoberfläche (9V) und der rückwär­ tigen Oberfläche (9B) des Substrats (19) erstrecken.

9. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor des Phasendiskriminierungstyps, der aus einer ersten Elektrodenplatte (10), die aus einer Sendeelektrode (11) mit mehreren Sendeelektrodenelementen (11a, . . ., 11h) und aus einer Empfangselektrode (17) besteht, und einer gegenüber der ersten Elektrodenplatte (10) relativ beweglich angeordneten zweiten Elektrodenplatte (20), die Koppelelektroden (21) aufweist, aufgebaut ist, mit einer an die Sendeelektrode (11) angeschlossenen Stromver­ sorgung (30) und mit einer an die Empfangselektrode (17) angeschlossenen Detektorschaltung (40), wobei Koppelleitungen (13), jeweilige Sendeelektroden­ elemente (11a, . . ., 11h) derselben Phase untereinander verbinden;
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfangselektrode (17) aus einem Paar von Empfangselektrodenelementen (17A, 17B) besteht, zwischen welchen die Sendeelektrode (11) angeordnet ist,
daß die Koppelleitungen (13) zu einem Ende der ersten Elektrodenplatte (10) durch einen Raum zwischen den beiden Empfangselektrodenelementen (17A, 17B) herausgeführt sind, und daß jeweilige Anschlußleitungen (15), die an den Enden der jeweiligen Koppelleitungen (13) vorgesehen sind, und zur Verbindung der Koppellei­ tungen mit der Stromversorgung (30) dienen, aus leitfähigen Beschichtungen bestehen, die eng benachbart auf der Seitenoberfläche (9V) oder der rückwärtigen Oberfläche (9B) eines Substrats (19) angeordnet sind.

10. Elektrostatischer Kapazitätsdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Nebenanschlußleitungen (5), welche die jeweiligen Sendeelektroden­ elemente (11a, . . ., 11h) und die Koppelleitungen (13) untereinander verbinden, auf der Oberfläche des Substrats (19) ausgebildet und mit einer elektrisch isolierenden Schicht (1) abgedeckt sind, und daß die Koppelleitungen auf der elektrisch isolierenden Schicht ausgebildet und mit den jeweiligen Nebenanschlußleitungen über Durchgangslöcher (3) hindurch verbunden sind.