JP2002277280A - Position detecting device - Google Patents

Position detecting device

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JP2002277280A
JP2002277280A JP2001075307A JP2001075307A JP2002277280A JP 2002277280 A JP2002277280 A JP 2002277280A JP 2001075307 A JP2001075307 A JP 2001075307A JP 2001075307 A JP2001075307 A JP 2001075307A JP 2002277280 A JP2002277280 A JP 2002277280A
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signal
electrode
moving body
measurement
electrodes
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JP2001075307A
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Japanese (ja)
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Takuo Furuki
拓夫 古木
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a specified position of a measuring portable unit with a plate shape which moves on a plain face by phase detection using a capacitance element and resistance element with noncontacting. SOLUTION: A capacitance element is formed with two electrodes that are provided so as to parallel the platy and conductive measuring portable unit with a slit at the specified position. A delay circuit is contracted with a resistance element that is connected to two resistance elements, to which two alternating current signals with different phases are respectively applied. A phase and a gain change when the slit of the measuring portable unit passes on the two electrodes are detected with a time constant for a resistance value and a capacitance value as an equal value with a period of the alternating current signals, and the pass of the measuring portable unit is detected by rectifying a variation by a differentiating circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の初期位相の
異なる交流信号を、特定した部分の誘電率が排他である
計測用移動体と、計測用移動体に平行した複数の電極で
構成される容量素子の電界強度変化により、計測用移動
体の特定した位置を非接触で検出する装置において、複
数の交流信号から位相検波するための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring mobile unit in which a plurality of AC signals having different initial phases have exclusive dielectric constants at specified portions, and a plurality of electrodes parallel to the measuring mobile unit. The present invention relates to a device for non-contact detection of a specified position of a measurement moving body by a change in electric field strength of a capacitive element, and to phase detection from a plurality of AC signals.

【0002】[0002]

【従来の技術】板状の伝導体である計測用移動体と、該
計測用移動体に平行した2つの信号電極と1つの対向電
極を有して容量素子を形成し、該電極間に計測用移動体
を挿入し、計測用移動体の特定位置に設けられたスリッ
ト等からの漏れ電界を検出する位置検出装置で、漏れ電
界の強弱を対向電極で検出し、計測用移動体の通過を検
出する構成である。
2. Description of the Related Art A capacitive element is formed having a measuring moving body which is a plate-like conductor, two signal electrodes parallel to the measuring moving body, and one counter electrode, and measurement is performed between the electrodes. A position detection device that inserts a moving body for measurement and detects a leaked electric field from a slit or the like provided at a specific position on the moving body for measurement. This is a configuration for detecting.

【0003】図3に位置検出装置を示す。板状の伝導体
である計測用移動体118の特定した位置を通過したこ
とを検出するのに、板状の計測用移動体118と平行
で、対向し、隣接する第1の信号電極304と第2の信
号電極308を備えて、もう一方に前期2つの信号電極
と対向するように1つの対向電極324を設けて容量素
子を形成し、その電界中に板状の計測用移動体118が
挿入される構造の位相検出装置で、前期第1の信号電極
304に、第1の交流信号138と、第2の信号電極3
08に第1の交流信号138と初期位相の異なる第2の
交流信号142をそれぞれ印加する。板状の計測用移動
体118にはスリット122を設け、電極上を通過した
際にスリット122からの漏れ電界で、対向電極324
で合成信号を得る。
FIG. 3 shows a position detecting device. In order to detect passage through the specified position of the measurement movable body 118 which is a plate-shaped conductor, the first signal electrode 304 which is parallel to, is opposed to, and is adjacent to the plate-shaped measurement movable body 118 A second signal electrode 308 is provided, and another counter electrode 324 is provided on the other side so as to face the two signal electrodes to form a capacitive element. In the phase detection device having a structure to be inserted, a first AC signal 138 and a second signal electrode 3
08, a second AC signal 142 having a different initial phase from the first AC signal 138 is applied. A slit 122 is provided in the plate-like measurement moving body 118, and a leakage electric field from the slit 122 when passing over the electrode causes a counter electrode 324 to be formed.
To obtain a composite signal.

【0004】図3は、計測用移動体118を円盤状の回
転体であることを示しており、計測用移動体118の特
定した位置にスリット122を開けている。この特定し
たスリット122の位置が第1の信号電極304に近づ
くと、漏れ電界の強度変化で、第1の交流信号138が
容量結合によって、対向電極324へ信号が伝搬され
て、スリット122が完全に第1の信号電極304上に
到達したとき最大の信号伝搬を迎え、さらに計測用移動
体118が回転すると、信号伝搬は減少する。
FIG. 3 shows that the moving body for measurement 118 is a disk-shaped rotating body, and a slit 122 is opened at a specified position of the moving body for measurement 118. When the specified position of the slit 122 approaches the first signal electrode 304, the first AC signal 138 is capacitively coupled to the signal to the counter electrode 324 due to a change in the intensity of the leakage electric field, and the slit 122 is completely removed. When the first signal electrode 304 reaches the first signal electrode 304, the signal propagation reaches its maximum, and when the moving body 118 for measurement further rotates, the signal propagation decreases.

【0005】同様にもう一方の第2の信号電極308に
近づくと、漏れ電界の強度変化による第2の交流信号1
42の信号伝搬による振幅増減が生じる。
Similarly, when approaching the other second signal electrode 308, the second AC signal 1
42, the amplitude increases or decreases due to the signal propagation.

【0006】第1の交流信号138を信号伝達する第1
の信号電極304と、第2の交流信号142を発生する
第2の信号電極308との、電極間寸法は、計測用移動
体118に設けた穴等のスリット122の移動方向の開
口寸法と等しいか、それ以下に配置している。
A first AC signal 138 for transmitting a signal
Between the signal electrode 304 and the second signal electrode 308 that generates the second AC signal 142 is the same as the opening size in the moving direction of the slit 122 such as a hole provided in the measurement moving body 118. Or less.

【0007】図3で、計測用移動体118の回転ととも
に、第1の交流信号138と第2の交流信号142が、
対向する対向電極324に信号伝搬され、前期2つの交
流信号が合成される。
In FIG. 3, the first AC signal 138 and the second AC signal 142 are generated along with the rotation of the measuring movable body 118.
The signal is propagated to the opposing counter electrode 324, and the two AC signals are combined.

【0008】対向電極324で合成される信号には、第
1の交流信号138と第2の交流信号142の位相成分
があり、この合成信号を適当に増幅器312で増幅し、
その後、処理回路316で、前記増幅器312で増幅さ
れた合成波と、第1の交流信号138あるいは、第2の
交流信号142と、AND処理し、さらに第1の交流信
号138の位相成分と、第2の交流信号142の位相成
分とに分けることで、合成信号内の位相成分の変化量が
検出される。
The signal synthesized by the counter electrode 324 has a phase component of the first AC signal 138 and the second AC signal 142, and the synthesized signal is appropriately amplified by the amplifier 312.
After that, in the processing circuit 316, the composite wave amplified by the amplifier 312 and the first AC signal 138 or the second AC signal 142 are AND-processed, and the phase component of the first AC signal 138 is further processed. By dividing it into the phase component of the second AC signal 142, the amount of change in the phase component in the composite signal is detected.

【0009】処理回路316で得られた位相の変化量
を、正と負の電位に重み付けし、整流すれば直流の電位
変化が得られ、微分回路等(図示せず)で位相成分の変
化点を検出する。
[0009] The amount of phase change obtained by the processing circuit 316 is weighted to positive and negative potentials, and rectified to obtain a DC potential change. Is detected.

【0010】したがって、第1の信号電極304と、第
2の信号電極308は、スリット122の開口部に対
し、第1の交流信号138の漏れ電界強度の減少と、第
2の交流信号142の漏れ電界強度の増加が重なるよう
に配置する必要がある。
Therefore, the first signal electrode 304 and the second signal electrode 308 reduce the leakage electric field intensity of the first AC signal 138 and the second AC signal 142 with respect to the opening of the slit 122. It is necessary to arrange such that the increase of the leakage electric field strength overlaps.

【0011】整流された信号は、スリット122の開口
が、第1の信号電極304と第2の信号電極308から
遠い場合には、対向電極324は電気的に接地された計
測用移動体118を対向電極とする容量素子であるの
で、理論的には交流成分がないが、実際にはノイズ成分
を持ち、AND処理から整流すると不要なバイアス成分
を持つ。
When the opening of the slit 122 is far from the first signal electrode 304 and the second signal electrode 308, the rectified signal causes the counter electrode 324 to move the electrically-grounded measurement moving body 118. Since the capacitive element is a counter electrode, there is no AC component in theory, but it actually has a noise component and has an unnecessary bias component when rectified from AND processing.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】板状の伝導体である計
測用移動体と、該計測用移動体に平行した2つの信号電
極と1つの対向電極を有して容量素子を形成し、該電極
間に計測用移動体を挿入し、計測用移動体の特定位置に
設けられたスリット等からの漏れ電界を検出する位置検
出装置において、前期対向電極でのS/N比が低下した
り、一方でアスペクト比が高く、低容量値になると、交
流信号の送受信による十分な振幅変化が得られず、位相
変化検出時に不要なバイアス成分が増えてしまう。
A capacitive element is formed having a measuring moving body which is a plate-shaped conductor, two signal electrodes parallel to the measuring moving body, and one counter electrode. In a position detection device that inserts a measurement moving body between the electrodes and detects a leakage electric field from a slit or the like provided at a specific position of the measurement moving body, the S / N ratio at the counter electrode may decrease, On the other hand, if the aspect ratio is high and the capacitance value is low, a sufficient amplitude change due to the transmission and reception of the AC signal cannot be obtained, and unnecessary bias components increase when detecting a phase change.

【0013】2つの信号電極から容量結合される、2つ
の初期位相の異なる交流信号の電界が、対向電極により
合成されるが、遮蔽封止されていない容量素子の、受け
側となる対向電極には、これに接続される配線も含み、
ノイズ成分が載ることは避けられない。
The electric fields of two AC signals having different initial phases, which are capacitively coupled from the two signal electrodes, are combined by the counter electrode, but are applied to the receiving electrode of the capacitive element which is not shielded and sealed. Includes the wiring connected to it,
It is inevitable that noise components appear.

【0014】対向電極の電極有効面積を増加されると、
ノイズ成分も増加し、AND処理後に整流した際の不要
バイアス成分も大きくなる。また、2つの信号電極と、
対向電極間に挿入される板状の計測用移動体の厚みは、
容量素子の電極間距離に直接関与するため、容量値確保
には計測用移動体厚み寸法の制限が必要となる。
When the effective area of the counter electrode is increased,
The noise component also increases, and the unnecessary bias component when rectifying after the AND processing increases. Also, two signal electrodes,
The thickness of the plate-shaped measurement moving body inserted between the opposed electrodes is
Since it is directly related to the distance between the electrodes of the capacitive element, it is necessary to limit the thickness of the measuring movable body in order to secure the capacitance value.

【0015】また、計測用移動体と2つの信号電極およ
び対向電極との接触を避けるための、マージンの寸法公
差も考慮が必要である。
Further, it is necessary to consider a dimensional tolerance of a margin for avoiding contact between the measurement moving body and the two signal electrodes and the counter electrode.

【0016】合成信号のノイズ成分を減らし、整流した
際の不要バイアスを低減することと、計測用移動体の厚
みと、容量値確保への対策がともに反しているため、検
出における最適値を特定する、または調整することが困
難である。
Since the noise component of the synthesized signal is reduced and the unnecessary bias at the time of rectification is reduced, and the measures for securing the thickness of the movable body for measurement and securing the capacitance value are contrary to each other, the optimum value for the detection is specified. Or difficult to adjust.

【0017】本発明の目的は、上記課題を解決するた
め、対向電極の合成信号から位相を検出することなく、
2つの信号電極のみから位相を検出する位置検出回路を
提供することである。
An object of the present invention is to solve the above problems without detecting a phase from a composite signal of a counter electrode.
An object of the present invention is to provide a position detection circuit for detecting a phase from only two signal electrodes.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位置検出回路装置は下記記載の構成を採用
する。
In order to achieve the above object, a position detecting circuit device of the present invention employs the following configuration.

【0019】第1の交流信号を受ける容量素子と第2の
交流信号を受ける容量素子を形成した複数個の信号電極
と、該複数個の信号電極と平行して移動する計測用移動
体とから構成され、該計測用移動体に誘電率が異なる特
定部分を設け、該計測用移動体の移動に伴う電界強度変
化を検出する位置検出装置において、前記計測用移動体
は、導電体で電気的に接地され、前記複数個の信号電極
は、前記計測用移動体の一方の面で対向する第1の信号
電極と第2の信号電極からなり、第1の抵抗素子を経由
して第1の交流信号を印加するとともに、第2の抵抗素
子を経由して第1の交流信号と初期位相が異なる第2の
交流信号を印加し、前記第1の信号電極および前記第2
の信号電極が前記特定部分を通過する際の前記計測用移
動体との間の容量値変化から、前記第1の信号電極と前
記計測用移動体の間で形成される第1の容量素子と前記
第1の抵抗素子で構成される回路によって位相変調され
た信号を検出するとともに、前記第2の信号電極と前記
計測用移動体の間で形成される第2の容量素子と前記第
2の抵抗素子で構成される回路によって位相変調される
信号を検出することを特徴とする。
A plurality of signal electrodes each having a capacitive element for receiving the first AC signal and a capacitive element for receiving the second AC signal, and a measuring movable body moving in parallel with the plurality of signal electrodes. In the position detection device configured to provide a specific portion having a different dielectric constant to the measurement moving body and to detect a change in electric field intensity accompanying the movement of the measurement moving body, the measurement moving body may be an electric conductor. And the plurality of signal electrodes are composed of a first signal electrode and a second signal electrode facing each other on one surface of the measurement moving body, and are connected to the first signal electrode via a first resistance element. An AC signal is applied, and a second AC signal having an initial phase different from that of the first AC signal is applied via a second resistive element, and the first signal electrode and the second AC signal are applied.
A first capacitance element formed between the first signal electrode and the measurement moving body from a capacitance value change between the measurement moving body when the signal electrode passes through the specific portion; A signal that is phase-modulated by a circuit constituted by the first resistance element is detected, and a second capacitance element formed between the second signal electrode and the measurement moving body is connected to the second capacitance element. It is characterized in that a signal phase-modulated by a circuit composed of a resistance element is detected.

【0020】前記第1の容量素子と前記第1の抵抗素子
から定まる時定数と前記第2の容量素子および前記第2
の抵抗素子から定まる時定数は、いずれも前記第1の交
流信号および前記第2の交流信号の基本周波数とほぼ同
値であることを特徴とする。
The time constant determined by the first capacitance element and the first resistance element, and the time constant determined by the second capacitance element and the second resistance element
Each of the time constants determined by the resistance elements is substantially the same as the fundamental frequency of the first AC signal and the second AC signal.

【0021】第1の交流信号を受ける容量素子と第2の
交流信号を受ける容量素子を形成した複数個の信号電極
と、該複数個の信号電極と平行して移動する計測用移動
体とから構成され、該計測用移動体に誘電率が異なる特
定部分を設け、該計測用移動体の移動に伴う電界強度変
化を検出する位置検出装置において、前記複数個の信号
電極は、前記計測用移動体の一方の面で対向する第1の
信号電極と他方の面で対向する第2の信号電極が一対に
なって構成される第1の電極群と、前記計測用移動体の
一方の面で対向する第3の信号電極と他方の面で対向す
る第4の信号電極が一対になって構成される第2の電極
群からなり、前記第1の電極群の第1の信号電極には第
1の抵抗素子を経由して第1の交流信号を印加するとと
もに、前記第2の電極群の第3の信号電極には第2の抵
抗素子を経由して前記第1の交流信号と初期位相が異な
る第2の交流信号を印加し、第1の電極群の第2の信号
電極には前記第1の交流信号を直接印加するとともに、
第2の電極群の第4の信号電極には前記第2の交流信号
を直接印加してそれぞれ並列回路を構成し、前記第1の
電極群および前記第2の電極群に前記特定部分が通過す
る際の前記計測用移動体との間の容量値変化から、前記
第1の電極群で形成される第1の容量素子と前記第1の
抵抗素子によって位相変調された信号を検出するととも
に、前記第2の電極群で形成される第2の容量素子と前
記第2の抵抗素子によって位相変調された信号を検出す
ることを特徴とする。
A plurality of signal electrodes forming a capacitive element for receiving the first AC signal and a capacitive element for receiving the second AC signal, and a measuring movable body moving in parallel with the plurality of signal electrodes. A position detecting device configured to provide a specific portion having a different dielectric constant to the measurement moving body, and to detect a change in electric field intensity accompanying movement of the measurement moving body, wherein the plurality of signal electrodes are A first electrode group composed of a pair of a first signal electrode facing one surface of the body and a second signal electrode facing the other surface, and one surface of the measurement moving body. A second electrode group includes a pair of an opposing third signal electrode and an opposing fourth signal electrode on the other surface, and the first signal electrode of the first electrode group includes a second electrode group. A first AC signal is applied via the first resistance element, and the second AC signal is applied to the second AC signal. A second AC signal having a different initial phase from the first AC signal is applied to a third signal electrode of the pole group via a second resistance element, and a second signal electrode of the first electrode group is applied. To which the first AC signal is directly applied,
The second AC signal is directly applied to the fourth signal electrode of the second electrode group to form a parallel circuit, and the specific portion passes through the first electrode group and the second electrode group. Detecting a signal phase-modulated by the first capacitance element formed by the first electrode group and the first resistance element from a capacitance value change between the measurement moving body and A signal phase-modulated by a second capacitance element formed by the second electrode group and the second resistance element is detected.

【0022】前記計測用移動体は、導電体であって、電
気的に接地されて、前記計測用移動体の導電体部分は、
前記第1の電極群間および前記第2の電極群間に挿入さ
れ、容量素子の交流結合を遮断していることを特徴とす
る。
The measurement moving body is a conductor, and is electrically grounded, and the conductor portion of the measurement moving body is
It is characterized by being inserted between the first electrode group and between the second electrode groups to cut off AC coupling of the capacitor.

【0023】前記並列回路は、前記第1の容量素子の容
量値と前記第1の抵抗素子の抵抗値とで定められる時定
数の逆数および前記第2の容量素子の容量値と前記第2
の抵抗素子の抵抗値とで定められる時定数の逆数は、い
ずれも前記第1の交流信号の基本周波数の角振動数およ
び前記第2の交流信号の基本周波数の角振動数とほぼ同
値であることを特徴とする。
The parallel circuit includes a reciprocal of a time constant defined by a capacitance value of the first capacitance element and a resistance value of the first resistance element, and a capacitance value of the second capacitance element and the second capacitance element.
The reciprocal of the time constant determined by the resistance value of the resistor element is substantially the same as the angular frequency of the fundamental frequency of the first AC signal and the angular frequency of the fundamental frequency of the second AC signal. It is characterized by the following.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例1における
位置検出回路装置の構造および回路構成を示す説明図で
あり、図2は本発明の実施例2における位置検出回路装
置の構造および回路構成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the structure and circuit configuration of a position detecting circuit device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the structure and circuit structure of the position detecting circuit device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a circuit configuration.

【0025】図1は、本発明の実施例1における位置検
出回路装置で、構造的には第1の信号電極110と、第
2の信号電極114が平面上に隣接して並び、板状の伝
導体である計測用移動体118と、前記2つの信号電極
110と114が平行しており、計測用移動体118に
は特定した位置に誘電率の異なる素性もしくは穴等のス
リット122が備えられており、図1では計測用移動体
118は円盤状で回転動作することを示している。ま
た、スリット122は2つの信号電極110と114上
を通過する構造をとる。
FIG. 1 shows a position detecting circuit device according to a first embodiment of the present invention. The first signal electrode 110 and the second signal electrode 114 are structurally arranged adjacent to each other on a plane. The measurement moving body 118 which is a conductor and the two signal electrodes 110 and 114 are parallel to each other, and the measurement moving body 118 is provided with a slit 122 having a feature with a different dielectric constant or a hole at a specified position. FIG. 1 shows that the measurement moving body 118 rotates in a disk shape. The slit 122 has a structure passing over the two signal electrodes 110 and 114.

【0026】回路的には、第1の信号電極110と、第
2の信号電極114のそれぞれに第1の交流信号138
と、第2の交流信号142が抵抗素子126から供給さ
れる。計測用移動体118は導電体で、電気的に接地さ
れており、前期2つの信号電極110と114と、それ
ぞれ容量素子を形成している。2つの信号電極110と
114のノードは、それぞれ増幅器134により適当に
増幅され、この増幅された信号は処理回路140で、第
1の交流信号318と第2の交流信号142と、AND
処理されたのち、位相変位量が取り出される。
In terms of circuit, the first AC signal 138 is applied to each of the first signal electrode 110 and the second signal electrode 114.
Then, the second AC signal 142 is supplied from the resistance element 126. The moving body for measurement 118 is a conductor and is electrically grounded, and forms a capacitive element with the two signal electrodes 110 and 114 respectively. The nodes of the two signal electrodes 110 and 114 are appropriately amplified by an amplifier 134, respectively, and the amplified signal is processed by a processing circuit 140 into a first AC signal 318, a second AC signal 142, and an AND signal.
After the processing, the amount of phase displacement is extracted.

【0027】位置検出回路148は、処理回路140で
取り出された位相変位量を、第1の交流信号138の位
相成分と、第2の交流信号142の位相成分とに分け、
正と負の電位を重み付けし整流したのち、微分回路等
(図示せず)により電位の変化点を検出する。
The position detecting circuit 148 separates the phase displacement amount extracted by the processing circuit 140 into a phase component of the first AC signal 138 and a phase component of the second AC signal 142,
After weighting and rectifying the positive and negative potentials, a potential change point is detected by a differentiating circuit or the like (not shown).

【0028】図1の抵抗素子126と、伝導体である計
測用移動体118と、第1の信号電極110および第2
の信号電極114から形成される容量素子との時定数
は、それぞれ第1の交流信号138と、第2の交流信号
142の周期とほぼ同値に設定することが必要である。
The resistance element 126 shown in FIG. 1, the measuring movable body 118 which is a conductor, the first signal electrode 110 and the second
It is necessary to set the time constant of the first AC signal 138 and the period of the second AC signal 142 to substantially the same value as the time constant of the capacitor formed from the signal electrode 114.

【0029】計測用移動体118に設けられたスリット
122が、2つの信号電極110と114それぞれから
遠いときには、容量素子と抵抗素子126の時定数によ
り、第1の交流信号138および第2の交流信号142
より位相遅れした信号が得られる。
When the slit 122 provided in the measurement moving body 118 is far from each of the two signal electrodes 110 and 114, the first AC signal 138 and the second AC Signal 142
A signal with a more delayed phase is obtained.

【0030】計測用移動体118に設けられたスリット
122が2つの信号電極110と114上を通過すると
き、それぞれの信号電極110と114に対し、対向す
る計測用移動体118のスリット122によって、容量
の有効電極面積が増加、減少し、これにより容量変化が
生じると、遅延回路の時定数が変化して信号の位相変化
が生じる。
When the slit 122 provided on the measuring moving body 118 passes over the two signal electrodes 110 and 114, the slit 122 of the measuring moving body 118 facing the respective signal electrodes 110 and 114 When the effective electrode area of the capacitor increases or decreases, which causes a change in the capacitance, the time constant of the delay circuit changes and the phase of the signal changes.

【0031】この位相変化をもつ信号を増幅し、インピ
ーダンス変換された後に、2つのそれぞれ増幅された信
号を、第1の交流信号138と、第2の交流信号142
とそれぞれAND処理し、位相変化量を取り出したの
ち、整流することで、バイアス電位の変化が得られる。
After amplifying the signal having the phase change and performing impedance conversion, the two amplified signals are converted into a first AC signal 138 and a second AC signal 142.
After performing AND processing on each of them and extracting a phase change amount, rectification results in a change in bias potential.

【0032】2つの信号電極110と114に供給され
る第1の交流信号138と、第2の交流信号142は、
初期位相が異なり、同周波数の信号が望ましく、それぞ
れの交流信号の位相変化量が大きく検出でき、増加過渡
期と減少過渡期とが交差する点を検出することが位置検
出の目的である。
The first AC signal 138 supplied to the two signal electrodes 110 and 114 and the second AC signal 142 are
It is desirable that signals having different initial phases and the same frequency be used, the phase change amount of each AC signal can be detected largely, and the point at which the rising transition period and the falling transition period intersect is detected.

【0033】従って、容量変化の絶対量を確保すること
も不可欠で、板状の計測用移動体118と、2つの平面
上に隣接して配置された信号電極110と114との電
極間距離は近接することが望ましい。
Therefore, it is also essential to ensure the absolute amount of the change in capacitance. The distance between the plate-like measuring moving body 118 and the signal electrodes 110 and 114 arranged adjacent to each other on two planes is determined by the following formula. It is desirable to be close.

【0034】図2は本発明の実施例2における位置検出
装置で、対になった第1の信号電極204と第2の信号
電極208と、第3の信号電極212と第4の信号電極
216が、平面上に並び隣接して容量素子を形成し、2
対の信号電極と、板状の伝導体である計測用移動体11
8とが平行しており、計測用移動体118は容量素子間
に挿入された構造をとる。
FIG. 2 shows a position detecting device according to a second embodiment of the present invention, in which a first signal electrode 204, a second signal electrode 208, a third signal electrode 212 and a fourth signal electrode 216 are paired. Are arranged side by side on a plane to form adjacent capacitive elements,
A pair of signal electrodes and a moving body for measurement 11 which is a plate-like conductor
8 are parallel to each other, and the measurement moving body 118 has a structure inserted between the capacitance elements.

【0035】計測用移動体118には特定した位置に誘
電率の異なる素性もしくは穴等のスリット122が備え
られており、図2では計測用移動体118は円盤状で回
転動作することを示している。計測用移動体118のス
リット122は、回転動作により2対の信号電極からな
る容量素子間を通過する構造をとる。
The measurement moving body 118 is provided with slits 122 such as features or holes having different dielectric constants at specified positions, and FIG. 2 shows that the measurement moving body 118 rotates in a disk shape. I have. The slit 122 of the moving body for measurement 118 has a structure that passes between capacitive elements formed of two pairs of signal electrodes by a rotation operation.

【0036】回路的には、対になった第1の電極群であ
る第1の信号電極204と第2の信号電極208およ
び、第2の電極群である第3の信号電極212と第4の
信号電極216からなる容量素子の、片側の第1の信号
電極204と第3の信号電極212のそれぞれに、第1
の交流信号138と、第2の交流信号142が抵抗素子
231から供給され、もう一方の第2の信号電極208
と第4の信号電極216のそれぞれに第1の交流信号1
38と、第2の交流信号142が直接供給される。伝導
体である計測用移動体118は電気的に接地されてい
る。
In terms of circuit, the first signal electrode 204 and the second signal electrode 208 which are a pair of the first electrode group, and the third signal electrode 212 and the fourth signal electrode which are the second electrode group are paired. The first signal electrode 204 and the third signal electrode 212 on one side of the capacitive element composed of the
Signal 138 and the second AC signal 142 are supplied from the resistance element 231 and the other second signal electrode 208
The first AC signal 1 is applied to each of the
38 and a second AC signal 142 are provided directly. The measurement moving body 118 which is a conductor is electrically grounded.

【0037】図2の第1の交流信号138と、第2の交
流信号142は、初期位相が異なる同周波数の信号であ
り、2つの抵抗素子231と、対になった信号電極20
4と208および、信号電極212と216から形成さ
れる容量素子との、それぞれの時定数は、第1の交流信
号138と、第2の交流信号142の角振動数の逆数と
ほぼ同値に設定することが必要である。
The first AC signal 138 and the second AC signal 142 shown in FIG. 2 are signals having the same frequency but different initial phases, and include two resistance elements 231 and a pair of signal electrodes 20.
4 and 208 and the time constant of the capacitor formed from the signal electrodes 212 and 216 are set to be substantially the same as the reciprocal of the angular frequency of the first AC signal 138 and the second AC signal 142. It is necessary to.

【0038】計測用移動体118に設けられたスリット
122が、2対の信号電極からなる容量素子のそれぞれ
から遠いとき、容量素子は、容量素子それぞれの片側の
信号電極204と212と、電気的に接地された計測用
移動体118とで容量素子を形成されるので、遅延回路
が構成される。
When the slit 122 provided in the measurement moving body 118 is far from each of the capacitive elements composed of two pairs of signal electrodes, the capacitive elements are connected to the signal electrodes 204 and 212 on one side of each of the capacitive elements and electrically. Since the capacitive element is formed by the measurement moving body 118 that is grounded, a delay circuit is formed.

【0039】計測用移動体118に設けられたスリット
122が2対の容量素子の信号電極上を通過するとき、
計測用移動体118のスリット122によって、信号電
極と計測用移動体118間の容量の有効電極面積が増
加、減少が起こり、一方で、2対のそれぞれの容量素子
を形成する信号電極間に、スリットからの漏れ電界によ
り容量値の増加、減少が生じる。スリット122が2対
の容量素子から遠いときには遅延回路が構成されてお
り、スリット122が容量素子の信号電極上にあるとき
は、並列回路が構成されるため、信号電極204ノード
と、信号電極212ノードには、それぞれ第1の交流信
号の位相変化と、第2の交流信号の位相変化が得られ
る。
When the slit 122 provided in the measuring movable body 118 passes over the signal electrodes of the two pairs of capacitive elements,
Due to the slit 122 of the moving body for measurement 118, the effective electrode area of the capacitance between the signal electrode and the moving body for measurement 118 increases and decreases, while, between the signal electrodes forming two pairs of the respective capacitive elements, The capacitance value increases or decreases due to the leakage electric field from the slit. When the slit 122 is far from the two pairs of capacitive elements, a delay circuit is configured. When the slit 122 is on the signal electrode of the capacitive element, a parallel circuit is configured. At the nodes, a phase change of the first AC signal and a phase change of the second AC signal are obtained.

【0040】この位相成分をもつ信号を、増幅器238
で増幅し、インピーダンス変換されたのちに、2つのそ
れぞれ増幅された信号を、処理回路240で、第1の交
流信号138および、第2の交流信号142と、AND
処理したのち、第1の交流信号の位相成分と、第2の交
流信号の位相成分とに分け、位置検出回路248で、2
つの位相成分に、正と負の電位の重み付けをして、整流
することで、バイアス電位の変化が得られる。
The signal having this phase component is supplied to an amplifier 238.
, And impedance-converted, the two amplified signals are processed by a processing circuit 240 into a first AC signal 138, a second AC signal 142, and
After the processing, the phase component of the first AC signal and the phase component of the second AC signal are separated, and the position
By weighting the two phase components with positive and negative potentials and rectifying them, a change in bias potential can be obtained.

【0041】2つの信号電極110と114に供給され
る第1の交流信号138と、第2の交流信号142は、
初期位相が異なり、同周波数の信号が望ましく、それぞ
れの交流信号の位相変化量が大きく検出でき、増加過渡
期と減少過渡期とが交差する点を検出することが位置検
出の目的である。
The first AC signal 138 and the second AC signal 142 supplied to the two signal electrodes 110 and 114 are:
It is desirable that signals having different initial phases and the same frequency be used, the phase change amount of each AC signal can be detected largely, and the point at which the rising transition period and the falling transition period intersect is detected.

【0042】したがって、容量変化の絶対量を確保する
ことも不可欠で、板状の計測用移動体118の厚みは、
極めて薄い方が望ましく、計測用移動体118平面と、
2つの平面上に配置された第1の信号電極204と第2
の信号電極208および、第3の信号電極212と第4
の信号電極216とは近接することが望ましい。
Therefore, it is also essential to secure the absolute amount of the capacitance change.
It is desirable that the thickness is extremely thin,
A first signal electrode 204 and a second signal electrode 204 are arranged on two planes.
Signal electrode 208, the third signal electrode 212 and the fourth
Is desirably close to the signal electrode 216.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の位置検出装置は、複数の信号電
極で容量素子を形成し、抵抗素子と、遅延回路または並
列回路を構成しており、容量値変化から、直接位置検出
における位相の検波のための位相変調信号を得ることが
可能である。
According to the position detecting device of the present invention, a capacitance element is formed by a plurality of signal electrodes, and a resistance element and a delay circuit or a parallel circuit are formed. It is possible to obtain a phase modulation signal for detection.

【0044】容量素子間のスリットによる漏れ電界か
ら、複数の交流信号を容量結合して、合成信号を検出す
る場合と比較し、遮蔽封止されていない電界方向の距離
が絶対的に小さいため、電極間ノイズの低減が可能であ
り、また、容量値変化により交流信号が位相変調するこ
とを利用して、直接位相とゲインの変化を得るため、出
力信号の波高が高いので、S/N比が高くとれる。
Since the distance in the direction of the electric field that is not shielded and sealed is absolutely smaller than that in the case of detecting a composite signal by capacitively coupling a plurality of AC signals from the leakage electric field due to the slit between the capacitive elements, The inter-electrode noise can be reduced, and the phase signal and the gain are directly changed by utilizing the phase modulation of the AC signal due to the change in the capacitance value. Can be taken high.

【0045】計測用移動体と信号電極間で容量素子を形
成するため、計測用移動体と、信号電極間距離と、信号
電極面積でアスペクト比が決定でき、計測用移動体厚み
が容量値に無関係になる。このため容量値変化が大きく
とれるので、計測用移動体の移動変位量当たりの位相変
化量が大きい。
Since the capacitance element is formed between the moving object for measurement and the signal electrode, the aspect ratio can be determined by the distance between the moving object for measurement, the distance between the signal electrodes, and the area of the signal electrode, and the thickness of the moving object for measurement becomes the capacitance value. Become irrelevant. For this reason, a large change in the capacitance value can be obtained, and the phase change amount per movement displacement amount of the measurement moving body is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における位置検出回路装置を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a position detection circuit device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2における位置検出回路装置を
示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a position detection circuit device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来例における位置検出回路装置を示す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a position detection circuit device in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 第1の信号電極 114 第2の信号電極 118 計測用移動体 122 スリット 126 抵抗素子 138 第1の交流信号 142 第2の交流信号 110 first signal electrode 114 second signal electrode 118 moving body for measurement 122 slit 126 resistive element 138 first AC signal 142 second AC signal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の交流信号を受ける容量素子と第2
の交流信号を受ける容量素子を形成した複数個の信号電
極と、該複数個の信号電極と平行して移動する計測用移
動体とから構成され、該計測用移動体の移動に伴って信
号電極との間の容量変化を生ずる特定部分を該計測用移
動体に設け、該計測用移動体の移動に伴う電界強度変化
を検出する位置検出装置において、前記計測用移動体
は、導電体で電気的に接地され、前記複数個の信号電極
は、前記計測用移動体の一方の面で対向する第1の信号
電極と第2の信号電極からなり、第1の抵抗素子を経由
して第1の交流信号を印加するとともに、第2の抵抗素
子を経由して第1の交流信号と初期位相が異なる第2の
交流信号を印加し、前記第1の信号電極および前記第2
の信号電極の上を前記特定部分が通過する際に、前記第
1の信号電極と前記計測用移動体の間で形成される第1
の容量素子と前記第1の抵抗素子で構成される回路によ
って位相変調された信号を検出するとともに、前記第2
の信号電極と前記計測用移動体の間で形成される第2の
容量素子と前記第2の抵抗素子で構成される回路によっ
て位相変調される信号を検出することを特徴とする位置
検出装置。
A capacitor for receiving a first AC signal;
A plurality of signal electrodes each having a capacitive element for receiving an AC signal, and a measurement moving body that moves in parallel with the plurality of signal electrodes, and the signal electrodes are moved with the movement of the measurement moving body. In the position detecting device for providing a specific portion that causes a capacitance change between the measurement moving body and the electric field intensity change accompanying the movement of the measurement moving body, the measurement moving body is an electric conductor. The plurality of signal electrodes are composed of a first signal electrode and a second signal electrode which are opposed to each other on one surface of the measurement moving body, and are connected to the first signal electrode via a first resistance element. And applying a second AC signal having an initial phase different from that of the first AC signal via a second resistive element, and applying the first signal electrode and the second
A first portion formed between the first signal electrode and the measurement movable body when the specific portion passes over the signal electrode of
Detecting a signal phase-modulated by a circuit composed of the capacitive element and the first resistive element,
A position detection device which detects a signal phase-modulated by a circuit including a second capacitance element and the second resistance element formed between the signal electrode and the measurement moving body.
【請求項2】 前記第1の容量素子と前記第1の抵抗素
子から定まる時定数と前記第2の容量素子および前記第
2の抵抗素子から定まる時定数は、いずれも前記第1の
交流信号および前記第2の交流信号の基本周波数の周期
とほぼ同等であることを特徴とする請求項1に記載の位
置検出装置。
2. A time constant determined by the first capacitance element and the first resistance element and a time constant determined by the second capacitance element and the second resistance element are all the first AC signal. 2. The position detecting device according to claim 1, wherein the period is substantially equal to a period of a fundamental frequency of the second AC signal.
【請求項3】 第1の交流信号を受ける容量素子と第2
の交流信号を受ける容量素子を形成した複数個の信号電
極と、該複数個の信号電極と平行して移動する計測用移
動体とから構成され、該計測用移動体に誘電率が異なる
特定部分を設け、該計測用移動体の移動に伴う電界強度
変化を検出する位置検出装置において、前記複数個の信
号電極は、前記計測用移動体の一方の面で対向する第1
の信号電極と他方の面で対向する第2の信号電極が一対
になって構成される第1の電極群と、前記計測用移動体
の一方の面で対向する第3の信号電極と他方の面で対向
する第4の信号電極が一対になって構成される第2の電
極群からなり、前記第1の電極群の第1の信号電極には
第1の抵抗素子を経由して第1の交流信号を印加すると
ともに、前記第2の電極群の第3の信号電極には第2の
抵抗素子を経由して前記第1の交流信号と初期位相が異
なる第2の交流信号を印加し、第1の電極群の第2の信
号電極には前記第1の交流信号を直接印加するととも
に、第2の電極群の第4の信号電極には前記第2の交流
信号を直接印加してそれぞれ並列回路を構成し、前記第
1の電極群および前記第2の電極群の上を前記特定部分
が通過する際に、前記第1の電極群で形成される第1の
容量素子と前記第1の抵抗素子によって位相変調された
信号を検出するとともに、前記第2の電極群で形成され
る第2の容量素子と前記第2の抵抗素子によって位相変
調された信号を検出することを特徴とする位置検出装
置。
3. A capacitor for receiving a first AC signal and a second capacitor for receiving a first AC signal.
A plurality of signal electrodes each having a capacitive element for receiving an AC signal, and a measurement moving body that moves in parallel with the plurality of signal electrodes, and a specific portion having a different dielectric constant from the measurement moving body. Wherein the plurality of signal electrodes are opposed to each other on one surface of the measurement moving body.
A first electrode group composed of a pair of second signal electrodes facing one another on the other surface, and a third signal electrode facing the other surface on one surface of the moving object for measurement. The second signal group comprises a pair of fourth signal electrodes facing each other on the surface, and the first signal electrode of the first electrode group is connected to the first signal electrode via a first resistive element. And applying a second AC signal having a different initial phase from the first AC signal to a third signal electrode of the second electrode group via a second resistance element. The first AC signal is directly applied to the second signal electrode of the first electrode group, and the second AC signal is directly applied to the fourth signal electrode of the second electrode group. A parallel circuit is formed, and when the specific portion passes over the first electrode group and the second electrode group, A first capacitor formed by a first electrode group and a signal phase-modulated by the first resistor are detected, and a second capacitor formed by the second electrode group and the second capacitor are detected. A position detecting device for detecting a signal phase-modulated by the second resistance element.
【請求項4】 前記計測用移動体は、導電体であって、
電気的に接地されて、前記計測用移動体の導電体部分
は、前記第1の電極群間および前記第2の電極群間に挿
入され、容量素子の交流結合を遮断していることを特徴
とする請求項3に記載の位置検出装置。
4. The moving object for measurement is a conductor,
Electrically grounded, the conductor portion of the measurement moving body is inserted between the first electrode group and between the second electrode group, and cuts off AC coupling of the capacitive element. The position detecting device according to claim 3.
【請求項5】 前記並列回路は、前記第1の容量素子の
容量値と前記第1の抵抗素子の抵抗値とで定められる時
定数の逆数および前記第2の容量素子の容量値と前記第
2の抵抗素子の抵抗値とで定められる時定数の逆数は、
いずれも前記第1の交流信号の基本周波数の角振動数お
よび前記第2の交流信号の基本周波数の角振動数とほぼ
同等であることを特徴とする請求項3または請求項4に
記載の位置検出装置。
5. The parallel circuit includes: a reciprocal of a time constant defined by a capacitance value of the first capacitance element and a resistance value of the first resistance element; and a capacitance value of the second capacitance element and the second capacitance element. The reciprocal of the time constant determined by the resistance value of the resistance element 2 is
5. The position according to claim 3, wherein the angular frequency of the fundamental frequency of the first AC signal is substantially equal to the angular frequency of the fundamental frequency of the second AC signal. 6. Detection device.
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