JP2011163865A

JP2011163865A - 回転型静電エンコーダ

Info

Publication number: JP2011163865A
Application number: JP2010025586A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Gondo; 雅彦権藤
Original assignee: SEIDENSHA CO Ltd
Current assignee: SEIDENSHA CO Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】回転操作部等の機構部分が簡素な構造であり、処理回路が簡素な回路構成を有し、安価に製作することができる回転型静電エンコーダを提供する。
【解決手段】この回転型静電エンコーダ１０は、受信電極４１、受信電極の周りで円周方向に並べて配置される４つの送信電極４２Ａ〜４２Ｄを有する固定プレート３１と、固定プレートに対して略平行でかつ回転自在に設けられ、受信電極に対向しかつ回転に応じて対向面積が変化する中心非対称な誘導電極４３を有する回転プレート３２と、送信電極に対して多相信号を送信する多相信号送信手段５１と、受信電極から出力される受信信号を増幅する増幅器５７と、増幅器の出力信号から回転プレートの回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器５９と、比較器の出力信号に基づき回転プレートの回転動作に係る絶対回転角を求める電子回路部２３とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は回転型静電エンコーダに関し、特に、簡素な構造を有しかつ絶対角度を得ることができるアブソリュート式の回転型静電エンコーダに関する。

従来の静電型エンコーダの一例は特許文献１に開示される。特許文献１に開示される静電型エンコーダでは、固定子に対して移動するように移動子を設けるように構成し、当該移動子の位置の測定を可能にする。この静電型エンコーダによれば、固定子は誘導電極と電位検出電極を有するプレート体として形成され、移動子は電極を有するプレート体として形成される。プレート状固定子に対してプレート状移動子はその上に配置され、スライド自在に移動するように設けられ、これにより静電型エンコーダのセンサ部が形成される。特許文献１の静電型エンコーダのセンサ部は薄型で小型に作ることができる。

また関連する従来技術として、特許文献２では容量性変位エンコーダが開示される。この容量性変位エンコーダでは、円板状静止体に対する円板状移動体の回転位置を感知するための機構を有し、静止体に結合された少なくとも１つの静止素子と、静止素子の近傍において移動体に結合された移動素子とから構成される。電界送信装置は静電界を発生させ、この静電界は、両素子の相対的な回転移動に伴って両素子間に現れるキャパシタンス変化によって変調される。処理回路が、変調された静電界を感知し、これに呼応して移動体の回転測定量を求める。

特許文献２で、その図２に示された構成は、ステータ側に設けた９０度ごとに分離されて設けられた４つの電極に４相の信号を供給して駆動し、その信号をロータにおける偏心した電極で受信し、その受信信号の位相を検出することによりロータの角度を検出する構成である。また図７に示された構成は、２枚のステータを設け、２枚のステータの間に１枚のロータを設けることにより、３枚構造を有する。一方のステータの対向面には同心円で内側リング電極と外側リング電極が形成され、かつ外側リング電極は９０度ごとに分離され４つの電極が形成されている。他方のステータの対向面には同心円で内側リング電極と外側リング電極が形成されている。ステータでは４つの電極に対して４相駆動を行う。２枚のステータの中間に位置するロータは一種の静電遮蔽材となっており、当該静電遮蔽材は偏心した電極構造を有する。受信信号は上記の他方のステータから取り出される。受信信号の位相は、ロータの静電遮蔽部材が偏心しているため、回転に応じて０〜３６０度の範囲で変化する。

さらに関連する従来技術として静電容量式のエンコーダが特許文献３に開示される。この静電容量式エンコーダは、センサ部として円板状のステータとからなる２枚構造を有する。ステータは、中心に位置する送信電極と、３相の受信信号を得るように送信電極の周囲に空間的に配置された１２個の受信電極とを有する。またロータは空間的に４方向に飛び出した歯車状の電極を有する。

さらに非特許文献１は、電子化されたデジタルノギスを開示している。このデジタルノギスでは、当該文献の図２の構造図に示されるように、本尺部と、当該本尺部を移動するスライド部とから構成される。スライド部の位置を検出するための構成は静電容量を利用した方式である。この位置検出のための信号処理の回路は、インクリメンタリ型の信号処理の構成になっている。

特開２００５−２２１４７２号公報特表２００２−５４２４７６号公報特開平０８−２３３６０５号公報

山口靖之、荒井喜博、「特集：エンコーダ活用図解集、デジマチックキャリパーＣＤとエンコーダ」、センサ技術、日本、１９８５年１１月号、Vol.５、No.１２、p.３０−３３

絶対回転角度を検出することができる回転型静電エンコーダを、例えば携帯電話の回転操作部あるいは家電製品の回転型リモコン等のダイアル部に応用する場合には、特に薄型構造や低価格化が要求される。静電エンコーダの製作について、センサ部である電極部は比較的に安価に製作することができるが、検出信号を処理して回転角度の値に係る信号を出力する処理回路の部分はその精度に応じて費用がかかるものであった。そこで、最終製品の価格との関係で、処理回路の回路構造を簡素化してその製造コストを大幅に低減することが求められている。

また従来の回転型エンコーダでは、回転操作部等の構造部分にスイッチ機能を持たせたものは存在しなかった。換言すれば、角度検出機能部とスイッチ機能部を兼ね備えたデバイスは存在しなかった。従来の装置でそのような機能が必要とされる場合には、回転型エンコーダは回転角を求める構造のみを有するものとし、スイッチ機能部は他のスイッチ部材を用いて構成するようにしていた。

ところが、携帯電話の回転操作部や回転型リモコン等のダイアル部の機能を実現する場合において、矢印キーやスイッチ機能も同時に実現することができれば、部品スペースの有効利用や低コスト化に大いに貢献することができる。

本発明の第１の目的は、上記の課題に鑑み、回転操作部等の機構部分が簡素な構造であり、処理回路が簡素な回路構成を有し、安価に製作することができる回転型静電エンコーダを提供することにある。
本発明の第２の目的は、円板状または円筒状の回転機構部を備え、応用範囲の広い回転型静電エンコーダを提供することにある。
本発明の第３の目的は、回転角度の検出機能と共に回転部を押したことを判別して出力するスイッチ機能をコンパクトにかつ小型に実現し製作することができる回転型静電エンコーダを提供することにある。

本発明に係る回転型静電エンコーダは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

第１の回転型静電エンコーダ（請求項１に対応）は、
中央部に配置される受信電極と、この受信電極の周りで円周方向に並べて配置される複数の送信電極とを有する固定子（固定プレートに対応）と、
固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、固定子の受信電極に対向しかつ回転に応じて対向面積が変化する中心非対称な誘導電極を有する回転子（回転プレートに対応）と、
固定子の複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
固定子の受信電極から出力される受信信号を増幅する増幅器と、
上記の増幅器の出力信号から回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
比較器の出力信号に基づき回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、を備えるように構成される。

上記の回転型静電エンコーダによれば、固定子に対する回転子の回転角度を絶対角度として取り出す。固定子側の送信電極と受信電極の電極配置パターンと、回転子側の誘導電極の電極配置パターンとの間で電荷誘導作用を生じさせ、かつ回転子側の誘導電極の形状に偏心形状を持たせることにより、回転子の回転動作時に電極対向状態や対向部分の形状が回転角度に応じて一義的に決まるようにし、これにより相対的な回転角度状態を検出し、これを絶対角度情報として取り出すようにしている。また固定子の受信電極は単一であり、単一の受信電極から取り出される単一の受信信号に基づいて回転子の回転角度を検出するように構成されている。

第２の回転型静電型エンコーダ（請求項２に対応）は、
円周方向に並べて配置される複数の送信電極と、内側受信電極と、外側受信電極とを有する固定子と、
固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、第１誘導電極と第２誘導電極を有し、第１および第２の誘導電極は内側受信電極の一部に対向する回転子と、
固定子の複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
内側受信電極および外側受信電極からそれらの差分信号を取り出す差動増幅器と、
差動増幅器の出力信号から回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
比較器の出力信号に基づき回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、を備えるように構成される。

第３の回転型静電型エンコーダ（請求項３に対応）は、
中心非対称な位置に配置された受信電極を有する内側円筒部と、
内面に円周方向に並べて配置される複数の送信電極を有する外側円筒部と、
外側円筒部の複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
内側円筒部の受信電極から出力される受信信号を増幅する増幅器と、
増幅器の出力信号から回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
比較器の出力信号に基づき回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、を備えるように構成される。

第４の回転型静電型エンコーダ（請求項４に対応）は、
中心非対称な位置に配置された第１受信電極と第２受信電極を有する内側円筒部と、
内面に円周方向に並べて配置される複数の送信電極を有する外側円筒部と、
外側円筒部の複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
第１受信電極および第２受信電極から差分信号を取り出す差動増幅器と、
差動増幅器の出力信号から回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
比較器の出力信号に基づき回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、を備えるように構成される。

上記の第３と第４の回転型静電型エンコーダにおいて、上記の内側円筒部および外側円筒部の各々は可撓性を有する筒部材で形成されることを特徴とする。

第５の回転型静電型エンコーダ（請求項６に対応）は、
円周方向に並べて配置される複数の送信電極と、内側受信電極と、外側受信電極とを有する固定子と、
固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、第１誘導電極と第２誘導電極を有し、第１および第２の誘導電極は内側受信電極の一部に対向する回転子と、
固定子の複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
内側受信電極および前記外側受信電極からそれらの差分信号を取り出す差動増幅器と、
差動増幅器の出力信号から回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する第１の比較器と、
比較器の出力信号に基づき回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
内側受信電極および外側受信電極からそれらの加算信号を求める加算回路と、
加算回路の出力信号に基づき回転子を押圧した場所に対応する位相情報をパルス長として抽出する第２の比較器と、
加算回路の出力信号と第２の比較器の出力信号に基づいて回転子が押圧された状態を判定するスイッチ機能判定回路（電子回路部２３Ｂ）と、を備えるように構成される。

上記の構成において、スイッチ機能判定回路は、第２の比較器の出力信号に基づきパルス長を計測するパルスカウンタと、加算回路から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含むことを特徴とする請求項６記載の回転型静電エンコーダ。
上記の構成において、スイッチ機能判定回路は、パルスカウンタで計測されたパルス長を位相に対応させかつＡ／Ｄ変換器の出力を振幅に対応させて成るベクトル量を求め、このベクトル量の振幅に基づいて回転子の押圧状態を判定し、当該ベクトルの位相量から回転子の押された場所を判定する判定手段を備えることを特徴とする。
上記の構成において、信号処理手段はパルスカウンタを用いて構成されることを特徴とする。
上記の構成において、複数の送信電極は円周方向に並べて配置された４つの電極であり、多相の送信回路は位相が９０°ずつずれた４相の送信回路であることを特徴とする。

本発明に係る回転型静電エンコーダによれば、次の効果を奏する。
第１に、円板状センサ部および円筒状センサ部のいずれの場合にも、固定子に対する回転子の回転動作に基づきかつ各々の電極の間の静電作用に基づく電荷誘導で回転子の絶対回転角を検出するようにしたため、回転操作部等の機構部分が簡素な構造であり、また処理回路が簡素な回路構成を有し、安価に製作することができる。
第２に、回転型静電エンコーダのセンサ部として用途に応じて小型の円板状または円筒状の回転機構部を備えるように構成することができ、応用範囲の広い回転型静電エンコーダを実現することができる。
第３に、固定プレートと回転プレートから成る円板状センサ部で、固定プレートと回転プレートとの間に、回転可能構造と共にスイッチ機能を可能にする可動構造部を設けて両プレートを連結するようにし、さらに受信信号の処理を行う電子回路部にスイッチ機能の動作状態を判定する回路を設けるようにしたため、回転角度の検出機能と共に回転部を押したことを判別して出力するスイッチ機能をコンパクトにかつ小型に実現し製作することができる。

本発明に係る回転型静電エンコーダの実施形態の全体構成を示す斜視図である。本実施形態に係る回転型静電エンコーダのセンサ部の平面図である。本実施形態に係る回転型静電エンコーダのセンサ部の側面図である。本発明の第１実施形態に係る円板状のセンサ部であって、固定プレートと回転プレートの電極の配置パターンと、送信信号を出力しかつ受信信号を受信して処理する電子回路部の回路構成とを示す図である。本発明の第２実施形態に係る円筒状のセンサ部における電極の配置パターンの第１の例を示す図である。図５における円筒状のセンサ部の横断面図である。本発明の第２実施形態に係る円筒状のセンサ部における電極の配置パターンの第２の例を示す図である。図７における円筒状のセンサ部の横断面図である。本発明の第３実施形態に係る回転型静電エンコーダの回転角度検出機能とスイッチ機能の構成を示し、固定プレートと回転プレートの電極の配置パターンと、送信信号を出力しかつ受信信号を受信して処理する電子回路部の回路構成とを示す図である。第３実施形態における回転角度の検出の原理を説明する図である。第３実施形態における４方向のスイッチ機能の動作原理を説明する図である。第３実施形態における中央方向のスイッチ機能の動作原理を説明する図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図３を参照して本発明に係る回転型静電エンコーダが適用される機械的構造の一例を説明する。図１はセンサ部として回転型静電エンコーダを備える装置全体の斜視図を示し、図２はセンサ部を平面形状を拡大して示し、図３はセンサ部の側面形状を示している。なお図１〜図３で図示した構成は一例であり、これに限定されるものではない。またその大きさ、寸法も任意に決めることができる。

図１において１０は回転型静電エンコーダの装置本体である。回転型静電エンコーダ１０は例えば基台２１の上に設けられている。当該基台２１の上にセンサ部２２と、フラットケーブル２４を介してセンサ部２２に対して必要な送信信号（電圧信号）を与えると共にセンサ部２２から出力される検出受信信号を入力する電子回路部２３とが設けられている。電子回路部２３は、検出受信信号等に基づいてセンサ部２２で生じた回転角度に係る計測値を求める。計測値に係る信号は電子回路部２３から信号線ケーブル２４を介して取り出される。２５はバッテリや表示装置につながるケーブルである。なお電子回路部２３に電力を供給するバッテリの図示は省略されている。また実際の製品レベルでは電子回路部２３はケーシングでカバーされており、製品のレベルにおいて電子回路要素は図１に示すごとき外部に露出した状態にはない。

センサ部２２は全体形状として円板状のセンサ部である。センサ部２２は、図１〜図３に示すように、図中下側に位置しかつ基台２１に支持軸部３０で固定された円板状の固定プレート（ステータ）３１と、図中上側に位置しかつ軸３２ａの周りに回転自在に設けられた円板状の回転プレート（ロータ）３２とから構成されている。固定プレート３１と回転プレート３２は、略同じ直径を有する円板形状を有しており、それらの中心を一致させた状態で所要の隙間をあけて対向させ、かつ好ましくは平行にあるいは略平行になるように配置されている。固定プレート３１と回転プレート３２は共に絶縁材料で作られており、さらに固定プレート３１と回転プレート３２の対向面には後述するような特定のパターン形状で複数の電極が形成されている。基台２１に固定して設けられた固定プレート３１に対して、回転プレート３２は任意の回転角度で回転させることができる。また、回転プレート３２の上面には、回転プレート３２を回転させるときに、回転力を与える指を接触させるための突部３３が設けられている。

装置本体１０やセンサ部２２のサイズについて、図１等で示した形状を有するものは相対的に或る程度の大きさを有するものであるが、当該サイズは用途や目的に応じて任意の大きさにすることができる。例えばセンサ部２２を、携帯電話等の回転角度のセンシング機能部と同時に回転操作子として利用する場合には、通常の携帯電話機に組み込める程度の大きさとなるように小型でかつコンパクトに製作することが可能である。

電子回路部２３には、例えば、後述されるごとく、固定プレート３１に形成された送信電極に送信信号を供給する送信回路と、固定プレート３１に形成された受信電極から得られる受信信号を処理する信号処理回路が設けられている。電子回路部２３と固定プレート３１の各電極との間には上記のフラットケーブル２４が配線されている。

次に図４を参照して本発明に係る回転型静電エンコーダの第１の実施形態を説明する。この第１の実施形態では、センサ部２２を形成する固定プレート（ステータ）３１と回転プレート（ロータ）３２の各々の対向面（内面）に形成される電極の構造と、電子回路部２３の内部構造を説明する。電極は、絶縁体で形成された固定プレート３１と回転プレート３２の各表面に導電体（例えば銅箔）で形成されている。第１の実施形態はパルス長カウント方式の回転型静電エンコーダを示している。

図４において、電極の構造について、固定プレート３１の対向面（内面）には、中心部に配置される略円形の受信電極４１と、当該受信電極４１の周囲に等間隔で配置される４つの略扇形に類似した送信電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄとが設けられている。回転プレート３２の中心軸３２ａは固定プレート３１の中心３１ａと一致しており、回転自在である。これにより固定プレート３１に対して回転プレート３２は時計回りまたは反時計回りに自在に回転し得る。回転プレート３２の対向面（内側面）には、固定プレート３１の受信電極４１および送信電極４２Ａ〜４２Ｄと面している対向電極４３が形成されている。回転プレート３２の対向電極４３は２つの部分が１つの連続した形状をなし、略円形の中央部４３ａと、これにつながる略扇形に類似した周縁部４３ｂとから構成されている。

固定プレート３１の受信電極４１は、回転プレート３２の対向電極４３の中央部４３ａに常に対面している位置関係にある。また、固定プレート３１の４つの送信電極４２Ａ〜４２Ｄの各々は、回転プレート３２の回転位置に応じて、そのいずれか少なくとも１つが、回転プレート３２の対向電極４３の周縁部４３ｂに対面し得る位置関係にある。回転プレート３２の対向電極４３の周縁部４３ｂが対向する送信電極４２Ａ〜４２Ｄは、回転プレート３２の回転状態に応じて変化していく。固定プレート３１における送信電極４２Ａ〜４２Ｄおよび受信電極４１に対して、回転プレート３２の対向電極４３は、静電誘導に基づき電荷を誘導するための誘導電極としての機能を有している。

また図４において上記の電子回路部２３は一点鎖線のブロックで示されている。当該電子回路部２３は例えばアナログ混在型マイコン等で作られる。電子回路部２３に含まれる各機能部の内、デジタルフィルタ５３とルックアップテーブル５４はソフトウェア的に処理される。Ｄ／Ａ変換器５１は２種類の送信信号ＳＩＮ，ＣＯＳを出力する。送信信号ＳＩＮは正弦的交流信号であり、送信信号ＣＯＳは余弦的交流信号である。送信信号ＳＩＮと送信信号ＣＯＳとは位相が９０°（π／２）ずれている。さらにＤ／Ａ変換器５１から１０ｋＨｚの周波信号が出力され、当該周波信号はカウンタ５２のＳＴ（スタート）端子に入力されている。

Ｄ／Ａ変換器５１から出力される送信信号ＳＩＮは、差動増幅器５５を介して、固定プレート３１における４つの送信電極４２Ａ〜４２Ｄのうち、１８０°ずれた反対位置に存する対になった２つの送信電極４２Ａ，４２Ｃの間に印加される。またＤ／Ａ変換器５１から出力される送信信号ＣＯＳは、差動増幅器５６を介して、固定プレート３１における残りの１８０°ずれた反対位置に存する対になった２つの送信電極４２Ｂ，４２Ｄの間に印加される。

固定プレート３１の中央に設けられた受信電極４１から出力される受信信号は、増幅器５７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５８、コンパレータ５９を介して、電子回路部２３のカウンタ５２のＲ（ストップ）端子に入力される。受信電極４１からの受信信号は、コンパレータ５９によって交流アナログ信号がデジタルパルスに変換される。カウンタ５２のＣＫ（クロック）端子には例えば１０ＭＨｚのクロック信号が入力され、さらにＳＴ（スタート）端子には前述した通りＤ／Ａ変換器５１から１０ｋＨｚの周波信号が入力されている。周波数１０ｋＨｚの信号は基準波（基準信号）であり、前述した送信信号ＳＩＮに対応するものである。カウンタ５２は、固定プレート３１に対する回転プレート３２の回転による相対的位置変化に基づく位相量を計測して回転プレート３２の絶対的回転角（θ）を求める。カウンタ５２は１０ビットカウンタとして構成され、その出力端から１０ビット形式で回転プレート３２の絶対的回転角（θ）に係る信号が出力される。後段のデジタルフィルタ５３は計測数値のバラツキを改善する機能を有する。またルックアップテーブル５４は計測数値の直線性を改善する機能を有している。こうしてルックアップテーブル５４の出力端子から、計測数値のバラツキおよび直線性が改善された回転プレート３２の絶対的回転角（θ）が１０ビット形式の計測数値として出力される。ルックアップテーブル５４の出力値は電子回路部２３から出力される計数数値となる。

上記において、２つの送信電極４２Ａ，４２Ｃの間の送信信号ＳＩＮは、Ｅ_ＡＣ＝Ｅsinｗｔであり、２つの送信電極４２Ｂ，４２Ｄの間の送信信号ＣＯＳはＥ_ＢＤ＝Ｅcosｗｔである。また受信電極４１から取り出される受信信号はＥ_Ｒ＝ｋ_１Ｅsin（ｗｔ＋θ）である。絶対的回転角（θ）は、θ＝tan^−１（IMAG／REAL）として回転プレート３２の回転角θを絶対値として取り出される。

送信電極４２Ａ〜４２Ｄと受信電極４１の対向関係において、両電極の間では次のような誘電関係が生じ、この誘電関係に基づいて受信信号が得られる。
送信電極４２Ａ，４２Ｃに送信信号ＳＩＮが給電され、送信電極４２Ｂ，４２Ｄに送信信号ＣＯＳが給電されているとき、２つの送信信号ＳＩＮ（正弦信号）と送信信号ＣＯＳ（余弦信号）の間には９０°の位相がずれが生じている。送信信号ＳＩＮを給電された状態で電荷誘導が生じる送信電極４２Ａ，４２Ｃの各々の電荷誘起状態と、送信信号ＣＯＳを給電された状態で電荷誘導が生じる送信電極４２Ｂ，４２Ｄの各々の電荷誘起状態とにおいて、回転する受信電極４３の周縁部４３ｂが送信電極４２Ａ〜４２Ｄに順次に対面すると、周縁部４３ｂには同時に対面する１つまたは２つの送信電極での電荷分布に応じた反対電荷が回転角度に応じて発生する。この周縁部４３ｂに誘起される電荷分布状態は受信電極４３全体の電荷分布状態になる。このため、例えば受信電極４３の周縁部４３ｂが例えば円周方向に配列された４つの送信電極４２Ａ〜４２Ｄに沿って時計回りに回転するとき、受信電極４３における電荷分布状態が周期的に変化し、これにより受信電極４３で生じる電荷分布状態、すなわちこれを表す受信信号から回転プレート３２の回転角度情報を取り出すことができる。

本実施形態の回転型静電エンコーダによれば、特に、固定プレート３１における電極の製作について電極パターンが簡素であるため片面プリント基板の構造を採用して製作することができ、製作コストを低減することができる。また受信信号は差信号として取り出すのではないため、換言すれば差動出力である必要は必ずしもないため、一般的なＣＭＯＳオペアンプを用いることができ、安価に製作することができる。

次に図５〜図８を参照して本発明に係る回転型静電エンコーダの第２の実施形態を説明する。この実施形態に係る回転型静電エンコーダは、センサ部の機械的構造に特徴があり、センサ部が円筒状の形態を有している。図５と図６は２つの受信電極を備える構造例を示し、図７と図８は１つの受信電極を備える構造例を示している。

図５と図６に基づき、円筒状センサ部であって２つの受信電極を備えるセンサ部７０について説明する。図５はセンサ部７０の機械的構造と電極の配置関係とを示し、図６は送信電極と受信電極の対面関係を示している。
このセンサ部７０は、同軸的に配置される外側円筒体７１と内側円筒体７２を備える。通常的な構造では、図示しない他の部材に取り付けられて固定された外側円筒体７１に対して、同軸で内側円筒体７２が回転自在に設けられる。図示例では、説明の便宜上、内側円筒体７２は、外側円筒体７１の外部に取り出して示している。

外側円筒体７１の内面には、その円周方向に第１から第４の４つの送信電極７３Ａ〜７３Ｄが等間隔に設けられている。４つの送信電極７３Ａ〜７３Ｄのうち対向する２つの送信電極７３Ａ，７３Ｃの間には送信信号ＳＩＮが給電され、他の２つの送信電極７３Ｂ，７３Ｄの間には送信信号ＣＯＳが給電される。また内側円筒体７２の外面には、２つの受信電極７４Ａ，７４Ｂが１８０°の角度をあけて反対側の位置に設けられている。受信電極７４Ａ，７４Ｂは外側円筒体７１の内面の４つの送信電極７３Ａ〜７３Ｄに対面する位置に配置される。２つの受信電極７４Ａ，７４Ｂの各々からは信号線７５Ａ，７５Ｂが引き出される。信号線７５Ａ，７５Ｂは同軸ケーブル７６Ａ，７６Ｂとして外部に引き出される。信号線７５Ａ，７５Ｂの受信信号（Ｕ，Ｖ）は、内側円筒体７２が回転自在であるため、スリップリング７７を介して取り出され、差動増幅器７８の入力部に入力される。差動増幅器７８から所要レベルに増幅された受信信号が出力される。

４つの送信電極７３Ａ〜７３Ｄと２つの受信電極７４Ａ，７４Ｂの各々の形状は、円筒体の軸方向に必要とされる任意の長さを有し、かつ円周方向には同様な任意の長さの弧をなす形状を有している。

上記の４つの送信電極７３Ａ〜７３Ｄと２つの受信電極７４Ａ，７４Ｂを有するセンサ部７０の場合においても、２つの送信信号ＳＩＮ，ＣＯＳを供給する回路および差動増幅器７８からの出力信号の処理回路の構成は、図４に示した電子回路部２３と実質的に同じである。

上記のセンサ部７０を有する回転型静電エンコーダによれば、特に小型に作ることにより例えば医療用超音波プローブに適し、当該超音波プローブの先端部の回転角検出部として用いることができる。当該超音波プローブの外径はおよそ１〜３ｍｍ程度である。内側円筒体７２の回転ブレを画像処理によって補正することによって、被検査体について正確な空間把握を行うことができる。

図７と図８に基づき、円筒状センサ部であって１つの受信電極を備えるセンサ部８０について説明する。
このセンサ部８０について、図８等で明らかなように、外側円筒体と内側円筒体からなる機械的構造部分は、図５等で説明したものと同じであるので、同一要素には同一の符号を付している。機械的な構造上で異なる点は、内側円筒体７２の外面においてその円周方向に１つの受信電極８１が設けられていることである。その他の機械的構造の部分は前述したセンサ部７０と同じである。
内側円筒体７２の外面に設けられた１つの受信電極８１から１本の信号線８２が引き出され、さらに同軸ケーブル８３によって外部に取り出され、スリップリング８４に接続される。スリップリング８４からはさらに受信信号が取り出され、増幅器８５の入力端に入力される。増幅器８５から所要レベルに増幅された受信信号が出力される。
増幅器８５から出力される信号を処理するための回路は図１に示した信号処理回路と基本的に同じである。
センサ部８０は、機械的構造部分の構成が簡素であり、製作コストを安価にすることができるという利点を有する。

次いで、図９〜図１２を参照して、本発明に係る回転型静電エンコーダの第３の実施形態を説明する。
この実施形態に係る回転型静電エンコーダは、円板状のセンサ部にスイッチ機能部を付加しかつ電子回路部にスイッチ機能部のオン・オフ動作（スイッチ機能）を検出する回路構成を設けた点に特徴がある。なお第３実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、符号３１は固定プレートを指し、符号３２は回転プレートを指している。固定プレート３１と回転プレート３２の各々の形状、配置関係および動作関係は、前述した実施形態で説明した内容と実質的に同じである。但し、固定プレート３１および回転プレート３２に設けた電極構造には、前述の実施形態とは異なっており、本出願人が先に出願した特願２００８−２１１３３７（図３、図１３等）で開示した電極構造が用いられている。

先ず図９を参照して固定プレート３１と回転プレート３２とが対向する各々の対向面に形成した電極構造を説明する。

固定プレート３１の電極パターンでは、円形である固定プレート３１の外周部の全周縁に沿って配置されたリング形状の電極１０１が設けられ、固定プレート３１の中心部に配置された円形形状の電極１０２が設けられる。外周部の電極１０１は第１の受信電極であり、中心部の電極１０２は第２の受信電極である。２つの受信電極１０１，１０２の各々から受信信号（Ｕ，Ｖ）が取り出される。２つの受信電極１０１，１０２の間には４つの送信電極１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄが配置される。４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄは、固定プレート３１の中心３１ａの周りに円周方向に９０°ずつ位置をずらせて等間隔で配置されている。固定プレート３１の対向面で、上記の受信電極１０１，１０２と送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄが形成されていない領域は絶縁体表面となっている。

回転プレート３２の電極パターンでは、第１受信電極１０１に対面して重なるように配置されかつ一部がはみ出した偏心打ち抜き外周部である第１誘導電極１１１と、第１誘導電極１１１の内側に位置しかつ第２受信電極１０２に対面して重なるように配置されかつ一部がはみ出した偏心円形部である第２誘導電極１１２が設けられている。第１誘導電極１１１は、その周縁部分が全周に渡って常に第１受信電極１０１（破線１０１で示す）と重なって対面している状態にある。また第２誘導電極１１２は、円形形状であるが、回転プレート３２の中心３２ａに対して偏心した位置に配置されている。そのため、第２誘導電極１１２は、その偏心中心の部分が常に第２受信電極１０２（破線１０２で示す）に重なって対面している状態にある。これらの関係は、固定プレート３１に対して、回転プレート３２が例えば時計方向に回転したときにも常に成り立っている。ただし、固定プレート３１の４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄと、回転プレート３２の第１誘導電極１１１および第２誘導電極１１２との対面関係では、回転プレート３２の回転状態に応じて変化が生じる。なお、第１誘導電極１１１と第２誘導電極１１２との間には絶縁体で形成された円形境界部１１３が形成されている。

固定プレート３１に形成された第１受信電極１０１、第２受信電極１０２、および４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄの各々と、回転プレート３２に形成された第１誘導電極１１１および第２誘導電極１１２の各々とが対向している状態において、それらの対向部分ではコンデンサが形成されている。

図９において、一点鎖線で示したブロック２３は前述した第１実施形態と同様に電子回路部を示している。本実施形態の電子回路部２３では、２つの電子回路部２３Ａ，２３Ｂを有している。電子回路部２３の境界線２３−１の上側部分が電子回路部２３Ａであり、下側部分が電子回路部２３Ｂである。電子回路部２３Ａは、固定プレート３１に対する回転プレート３２の回転による相対的位置変化に基づく位相量を計測して回転プレート３２の絶対的回転角（θ）を求めるための回路である。電子回路部２３Ｂはスイッチ機能（オン・オフ動作）を検出するための回路である。

電子回路部２３Ａは、第１実施形態で説明した電子回路部２３の構成および機能と実質的に同じである。電子回路部２３Ａでは、機能要素として、Ｄ／Ａ変換器１５１、カウンタ１５２、デジタルフィルタ１５３、ルックアップテーブル１５４を備える。Ｄ／Ａ変換器１５１は２種類の送信信号ＳＩＮ，ＣＯＳを出力する。送信信号ＳＩＮは正弦的交流信号であり、送信信号ＣＯＳは余弦的交流信号である。送信信号ＳＩＮと送信信号ＣＯＳとは位相が９０°（π／２）ずれている。送信信号ＳＩＮは、２次ローパスフィルタ１５５を介して差動増幅器１５６に入力され、さらにその後、固定プレート３１における４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄのうち、１８０°ずれた反対位置に存する対になった２つの送信電極１０３Ａ，１０３Ｃの間に印加される。送信信号ＣＯＳは、２次ローパスフィルタ１５７を介して差動増幅器１５８に入力され、さらにその後、固定プレート３１における残りの１８０°ずれた反対位置に存する対になった２つの送信電極１０３Ｂ，１０３Ｄの間に印加される。２次ローパスフィルタ１５５，１５７の遮断周波数ｆｃは例えば３ｋＨｚであり、高周波成分が除去される。

またＤ／Ａ変換器１５１から２．５ｋＨｚの周波信号が出力され、当該周波信号はカウンタ５２のＳＴ（スタート）端子に入力されている。さらにＤ／Ａ変換器１５１には５０ｋＨｚのクロック信号が入力されている。

固定プレート３１の中央に設けられた受信電極１０２から出力される受信信号（Ｕ）は差動増幅器１５９の非反転入力端子（＋）に入力され、周縁部に設けられた受信電極１０１から出力される受信信号（Ｖ）は差動増幅器１５９の反転入力端子（−）に入力される。差動増幅器１５９はその２つの入力電圧の差電圧を出力し、コンパレータ１６０の入力端に入力する。当該コンパレータ１６０の出力信号は電子回路部２３Ａのカウンタ１５２のＲ（ストップ）端子に入力される。差動増幅器１５９の出力端から出力される信号は、コンパレータ１６０によって交流アナログ信号がデジタルパルスに変換される。カウンタ１５２のＣＫ（クロック）端子には例えば２．５ＭＨｚのクロック信号が入力され、さらにＳＴ（スタート）端子には前述した通りＤ／Ａ変換器１５１から２．５ｋＨｚの周波信号が入力されている。周波数２．５ｋＨｚの信号は基準波（基準信号）であり、前述した送信信号ＳＩＮ等に対応するものである。カウンタ１５２は、固定プレート３１に対する回転プレート３２の回転による相対的位置変化に基づく位相量を計測して回転プレート３２の絶対的回転角（θ）を求める。カウンタ１５２は１０ビットカウンタとして構成され、その出力端から１０ビット形式で回転プレート３２の絶対的回転角（θ）に係る信号が出力される。その後、第１実施形態の場合と同様に、計測数値のバラツキを改善するデジタルフィルタ１５３、および計測数値の直線性を改善するルックアップテーブル１５４を介して、ルックアップテーブル１５４の出力端子から、計測数値のバラツキおよび直線性が改善された回転プレート３２の絶対的回転角（θ）が１０ビット形式の計測数値として出力される。ルックアップテーブル１５４の出力値は電子回路部２３Ａから出力される計数数値となる。回転プレート３２の回転角度（θ）を検出する原理は、さらに図１０を参照して後述される。

また電子回路部２３Ｂは、機能要素として、カウンタ１７１、デジタルフィルタ１７２、２つのＡ／Ｄ変換器１７３，１７４、スイッチ判定部１７５を備えている。カウンタ１７１のＳＴ（スタート）端子にはＤ／Ａ変換器１５１からの２．５ｋＨｚの周波信号が入力され、ＣＫ（クロック）端子には２．５ＭＨｚの周波信号が入力される。カウンタ１７１の出力端からは８〜１０ビットのデジタル信号が出力される。デジタルフィルタ１７２は、カウンタ１７１から出力される計測数値のバラツキを改善する機能を有している。デジタルフィルタ１７２の出力信号Ｅθはスイッチ判定部１７５に入力される。

固定プレート３１の受信電極１０２から出力される受信信号（Ｕ）はまた加算増幅器１７６の非反転入力端子（＋）に入力され、受信電極１０１から出力される受信信号（Ｖ）は加算増幅器１５９の他の非反転入力端子（＋）に入力される。加算増幅器１７６はその２つの入力電圧を加算して出力し、コンパレータ１７７の入力端に入力する。当該コンパレータ１７７の出力信号は電子回路部２３Ｂのカウンタ１７１のＲ（ストップ）端子に入力される。加算増幅器１７６の出力端から出力される信号は、コンパレータ１７７によって交流アナログ信号がデジタルパルスに変換される。またＡ／Ｄ変換器１７３の入力端には加算増幅器１７６の出力信号が入力され、Ａ／Ｄ変換器１７４の入力端には差動増幅器１５９の出力信号が入力される。第１のＡ／Ｄ変換器１７３は４方向スイッチ用のアナログ・デジタル変換の手段であり、第２のＡ／Ｄ変換器１７４は中央スイッチ用のアナログ・デジタル変換の手段である。Ａ／Ｄ変換器１７３の出力信号Ｅ_ＣＷは８ビットのデジタル信号であり、Ａ／Ｄ変換器１７４の出力信号Ｅ_ＣＵは８ビットのデジタル信号である。各出力信号Ｅ_ＣＷ，Ｅ_ＣＵはスイッチ判定部１７５に入力される。スイッチ判定部１７５は、２つの信号Ｅ_ＣＷ，Ｅ_ＣＵとデジタルフィルタ１７２の出力信号Ｅθとを対比し、後述するような所定の基準に基づいてスイッチ情報を検出して出力する。

図１０を参照して回転角度（θ）の検出原理を説明する。図１０において、（Ａ）は固定プレート３１の４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄの各々に供給される送信信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの波形と位相関係を示し、（Ｂ）は回転プレート３２の例えば４つの回転位置に応じた受信信号の受信ベクトルおよび受信の時間信号波形を図解する。

図１０の（Ａ）において、２つの送信電極１０３Ａ，１０３Ｃの間には前述した通り送信信号ＳＩＮが供給される。従って、送信電極１０３Ａには通常の正弦波形の送信信号Ａが供給され、送信電極１０３Ｃは送信信号Ａとは逆位相（１８０°位相がずれた）の正弦波形である送信信号Ｃが供給される。また２つの送信電極１０３Ｂ，１０３Ｄの間には前述した通り送信信号ＣＯＳが供給される。送信電極１０３Ｂには通常の余弦波形の送信信号Ｂが供給され、送信電極１０３Ｄは送信信号Ｂとは逆位相（１８０°位相がずれた）の余弦波形である送信信号Ｄが供給される。符号１８１で示した関係図は、送信信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位相の関係を示している。送信信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの隣り合う２つの送信信号の間には各々９０°の位相差が存在する。

図１０の（Ｂ）は回転プレート３２が時計方向に回転する状態を示し、本図において、（１）は回転プレート３２の第２誘導電極１１２が最上位位置にある回転位置を示し、（２）は第２誘導電極１１２が最右側位置にある回転位置を示し、（３）は第２誘導電極１１２が最下位位置にある回転位置を示し、（４）は第２誘導電極１１２が最左側位置にある回転位置を示している。回転位置（１）〜（４）の各々で受信信号に関する受信ベクトルと信号波形が示されている。

図１０の（Ｂ）において、（１）の回転位置では送信信号Ｂ，Ｄに関する電極成分は正負で相殺してゼロになり、送信電極１０３Ｃでの送信信号Ｃが主になりかつ符号が反転される。その結果、受信信号は符号１９１に示すベクトルの信号成分になり、波形１９１Ａの受信信号が発生する。当該波形１９１Ａの受信信号は送信信号Ａに類似した信号となる。（２）の回転位置では送信信号Ａ，Ｃに関する電極成分は正負で相殺してゼロになり、送信電極１０３Ｄでの送信信号Ｄが主になり、かつ符号が反転される。その結果、受信信号は符号１９２に示すベクトルの信号成分になり、波形１９２Ａの受信信号が発生する。当該波形１９２Ａの受信信号は送信信号Ｂに類似した信号となる。（３）の回転位置では送信信号Ｂ，Ｄに関する電極成分は正負で相殺してゼロになり、送信電極１０３Ａでの送信信号Ａが主になりかつ符号が反転される。その結果、受信信号は符号１９３に示すベクトルの信号成分になり、波形１９３Ａの受信信号が発生する。当該波形１９３Ａの受信信号は送信信号Ｃに類似した信号となる。（４）の回転位置では送信信号Ａ，Ｃに関する電極成分は正負で相殺してゼロになり、送信電極１０３Ｂでの送信信号Ｂが主になり、かつ符号が反転される。その結果、受信信号は符号１９４に示すベクトルの信号成分になり、波形１９４Ａの受信信号が発生する。当該波形１９４Ａの受信信号は送信信号Ｄに類似した信号となる。

固定プレート３１に対して例えば時計回りの方向に回転プレート３２が回転するときには、一例として（１）〜（４）の回転プレート３２の回転位置状態で、４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄの各々に供給される送信信号Ａ〜Ｄの組合せに基づいて、受信ベクトルで示される受信信号成分を検出することができる。送信信号Ｂの立ち上がりゼロクロス点を基準にして、波形１９１Ａ〜１９４Ａの受信信号の各々で受信信号のゼロクラス立ち上がり点までの時間を計測し、これにより回転プレート３２の回転角度を検出することが可能となる。波形１９２Ａの受信信号において定義される時間Ｔで、角度情報を検出する電子回路部２３Ａによれば、回転プレート３２の回転角度を時間計測値ｔとして０〜Ｔの間での変化として検出することができる。

次に図１１と図１２を参照してスイッチ機能の原理を説明する。図１１は４方向のスイッチ機能を説明するための図であり、図１２は中央のスイッチ機能を説明するための図である。
回転型静電エンコーダのセンサ部にスイッチ機能部を付加するためには、固定プレート３１と回転プレート３２との取付け構造において、回転プレート３２において、回転動作だけではなく、固定プレート３１との中心連結部で軸方向の押圧動作に対応する軸方向移動、および外縁部での押圧動作に対して中心連結部周りの傾斜移動を生じる構造部（２０１）が設けられている。

４方向のスイッチ機能の動作状態を示すマトリックス状の図１１において、縦方向（行方向）に関して、（１）は回転プレート３２を押圧していない状態を示し、（２）は送信電極１０３Ｄに対応する箇所で回転プレート３２が押圧された状態を示し、（３）は送信電極１０３Ｂに対応する箇所で回転プレート３２が押圧された状態を示している。横方向（列方向）に関して（イ）はセンサ部の断面図を示し、（ロ）は４つの送信電極１０３Ａ〜１０３Ｄへ給電される４つの送信信号に係る電圧ベクトルＶ_Ａ，Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｃ，Ｖ_Ｄの押圧状態に応じたベクトルバランスを示し、（ハ）は４つの電圧ベクトルに基づく押圧状態に応じた合成ベクトルを示している。

図１１の（１）に示すように、固定プレート３１に対する回転プレート３２は押圧されず（ＯＦＦ状態）、固定プレート３１と略平行な位置関係にある。このときには、４つの電圧ベクトルＶ_Ａ〜Ｖ_Ｄはバランスがとられ、合成ベクトルはゼロの状態（２１１）にあり、出力信号は出ない。図１１の（２）に示すように、固定プレート３１に対してその送信電極１０３Ｄに対応する回転プレート３２の箇所を押圧して回転プレート３２が図示されるごとく傾斜すると、４つの電圧ベクトルＶ_Ａ〜Ｖ_Ｄのうち電圧成分Ｖ_Ｄが大きくなり、その結果、合成ベクトル２１２（−１８０°ベクトル）が生じる。さらに図１１の（３）に示すように、固定プレート３１に対してその送信電極１０３Ｂに対応する回転プレート３２の箇所を押圧して回転プレート３２が図示されるごとく傾斜すると、４つの電圧ベクトルＶ_Ａ〜Ｖ_Ｄのうち電圧成分Ｖ_Ｂが大きくなり、その結果、合成ベクトル２１３（０°ベクトル）が生じる。このことは送信電極１０３Ａに対応する箇所、あるいは送信電極１０３Ｃに対応する箇所について、回転プレート３２の外縁部を押圧しても同様な合成ベクトルが発生する。

上記のごとく、スイッチ機能を検出する電子回路部２３Ｂのスイッチ判定部１７５から出力されるスイッチ情報出力によれば、回転プレート３２に関する４方向の押圧状態に応じて４つの電圧ベクトルＶ_Ａ〜Ｖ_Ｄのバランスが押圧位置に応じてくずれるので、その出力状態に基づいて４方向のオン・オフ動作、すなわち４方向の押圧状態を識別可能なスイッチ機能（オン・オフ動作）を検出することができる。前述したＡ／Ｄ変換器１７３の出力信号Ｅ_ＣＷは、回転プレート３２に関する４方向の押圧状態に応じて生じる４つの電圧ベクトルＶ_Ａ〜Ｖ_Ｄのバランスに基づく信号を表している。

なお図９に示したスイッチ機能検出のための電子回路２３Ｂにおいて、加算増幅器１７６は、その２入力端子に２つの受信電極１０１，１０２からの受信信号（Ｕ，Ｖ）が入力され、これらの２つの受信信号が加算される。その結果、加算増幅器１７６の出力端からは、回転プレート３２が第１および第２の誘導電極１１１，１１２ではなく単純な１つの円形電極になったと等価なものとしての出力信号が出力される。当該出力信号は本来的に無指向性の信号である。しかし、円板状のセンサ部において、固定プレート３１と回転プレート３２の間の平行性に関して回転プレート３２が押圧されることにより４方向のいずれかでそのバランスが変化すると、上記のごとき、４方向のいずれかの押圧状態を検出することができる信号が取り出される。

次に、中央方向のスイッチ機能の動作状態を示すマトリックス状の図１２において、縦方向（行方向）に関して、（１）は回転プレート３２を中央方向に押圧していない状態（ＯＦＦ状態）を示し、（２）は中央方向に押圧下状態（ＯＮ状態）を示している。横方向（列方向）に関して（イ）はセンサ部の断面図を示し、（ロ）は非押圧（ＯＦＦ）または押圧（ＯＮ）に応じたＡ／Ｄ変換器１７４の出力信号Ｅ_ＣＵに対応するベクトルの発生状態を示している。

図１２において、円２２１を描く半径としての大きさ（振幅）を有するベクトルＶ_Ｒは基準電圧の電位レベルを示している。回転型静電エンコーダのセンサ部において、固定プレート３１に対して回転プレート３２を軸方向に移動させない非押圧状態のとき、出力信号Ｅ_ＣＵの大きさは基準電圧の電位レベルＶ_Ｒよりも小さい。また固定プレート３１に対して回転プレート３２に力２２２を加え、回転プレート３２を軸方向に移動させた押圧状態のとき、出力信号Ｅ_ＣＵの大きさは基準電圧の電位レベルＶ_Ｒよりも大きくなる。これは固定プレート３１と回転プレート３２との距離が小さくなり、差動増幅器１５９の出力が大きくなり、その結果、Ａ／Ｄ変換器１７４の出力信号Ｅ_ＣＵが大きくなるからである。なお、図１２に示したβ（ベクトルの角度）は、前述した後段のカウンタ１７１で計測される。なお、前述した４方向のスイッチ機能として回転プレート３２が傾斜するように押されたときには、Ａ／Ｄ変換器１７４の出力信号Ｅ_ＣＵは基準電圧の電位レベルＶ_Ｒよりも小さいままであるので、中央方向のスイッチが押圧されたとして検出されることはない。

上記のごとく、スイッチ判定部１７５から出力されるスイッチ情報出力において、中央方向のスイッチ機能は、Ｅ_ＣＵ＜Ｖ_Ｒのときにはオフ状態と判断し、Ｅ_ＣＵ≧Ｖ_Ｒのときにはオン状態と判断する。こうして回転型静電エンコーダのセンサ部における中央方向のスイッチ機能に係るオン・オフ動作を検出することができる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係る回転型静電エンコーダは、センサ部の構造および受信信号の処理回路の構成が簡素であるため、小型化に適しており、細かい箇所や狭い箇所に組み込むことができると共に、固定プレートと回転プレートから成るセンサ部に４方向または中央方向のスイッチ機能部を組み込むことができ、携帯電話等の小型の電気機器の回転操作部として有益である。

１０装置本体
２１基台
２２センサ部
２３電子回路部
２５ケーブル
３１固定プレート（固定子）
３２回転プレート（回転子）
４１受信電極
４２Ａ〜４２Ｄ送信電極
４３対向電極
５１Ａ／Ｄ変換器
５２カウンタ
５５，５６差動増幅器
５７増幅器
５９コンパレータ
７０センサ部
７１外側円筒体
７２内側円筒体
７３Ａ〜７３Ｄ送信電極
７４Ａ，７４Ｂ受信電極
７７スリップリング
８１受信電極
８４スリップリング
１０１，１０２受信電極
１０３Ａ〜１０４Ｄ送信電極
１１１第１誘導電極
１１２第２誘導電極

Claims

中央部に配置される受信電極と、この受信電極の周りで円周方向に並べて配置される複数の送信電極とを有する固定子と、
前記固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、前記固定子の前記受信電極に対向しかつ回転に応じて対向面積が変化する中心非対称な誘導電極を有する回転子と、
前記固定子の前記複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
前記固定子の前記受信電極から出力される受信信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号から前記回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
前記比較器の出力信号に基づき前記回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
を備えることを特徴とする回転型静電エンコーダ。
円周方向に並べて配置される複数の送信電極と、内側受信電極と、外側受信電極とを有する固定子と、
前記固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、第１誘導電極と第２誘導電極を有し、前記の第１および第２の誘導電極は前記内側受信電極の一部に対向する回転子と、
前記固定子の前記複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
前記内側受信電極および前記外側受信電極からそれらの差分信号を取り出す差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号から前記回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
前記比較器の出力信号に基づき前記回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
を備えることを特徴とする回転型静電エンコーダ。
中心非対称な位置に配置された受信電極を有する内側円筒部と、
内面に円周方向に並べて配置される複数の送信電極を有する外側円筒部と、
前記外側円筒部の前記複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
前記内側円筒部の前記受信電極から出力される受信信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号から前記回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
前記比較器の出力信号に基づき前記回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
を備えることを特徴とする回転型静電エンコーダ。
中心非対称な位置に配置された第１受信電極と第２受信電極を有する内側円筒部と、
内面に円周方向に並べて配置される複数の送信電極を有する外側円筒部と、
前記外側円筒部の前記複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
前記第１受信電極および前記第２受信電極から差分信号を取り出す差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号から前記回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する比較器と、
前記比較器の出力信号に基づき前記回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
を備えることを特徴とする回転型静電エンコーダ。
前記内側円筒部および前記外側円筒部の各々は可撓性を有する筒部材で形成されることを特徴とする請求項３または４記載の回転型静電エンコーダ。
円周方向に並べて配置される複数の送信電極と、内側受信電極と、外側受信電極とを有する固定子と、
前記固定子に対して略平行でかつ回転自在に設けられ、第１誘導電極と第２誘導電極を有し、前記の第１および第２の誘導電極は前記内側受信電極の一部に対向する回転子と、
前記固定子の前記複数の送信電極に対して等分割した位相の異なる多相信号を送信する多相信号送信手段と、
前記内側受信電極および前記外側受信電極からそれらの差分信号を取り出す差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力信号から前記回転子の回転動作に基づく位相信号を抽出する第１の比較器と、
前記比較器の出力信号に基づき前記回転子の回転動作に係る絶対回転角を求める信号処理手段と、
前記内側受信電極および前記外側受信電極からそれらの加算信号を求める加算回路と、
前記加算回路の出力信号に基づき前記回転子を押圧した場所に対応する位相情報をパルス長として抽出する第２の比較器と、
前記加算回路の出力信号と前記第２の比較器の出力信号に基づいて前記回転子が押圧された状態を判定するスイッチ機能判定回路と、
を備えることを特徴とする回転型静電エンコーダ。
前記スイッチ機能判定回路は、前記第２の比較器の出力信号に基づき前記パルス長を計測するパルスカウンタと、前記加算回路から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含むことを特徴とする請求項６記載の回転型静電エンコーダ。
前記スイッチ機能判定回路は、前記パルスカウンタで計測されたパルス長を位相に対応させかつ前記Ａ／Ｄ変換器の出力を振幅に対応させて成るベクトル量を求め、このベクトル量の振幅に基づいて前記回転子の押圧状態を判定し、当該ベクトルの位相量から前記回転子の押された場所を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項６記載の回転型静電エンコーダ。
前記信号処理手段はパルスカウンタを用いて構成されることを特徴とする請求項６記載の回転型静電エンコーダ。
前記複数の送信電極は円周方向に並べて配置された４つの電極であり、前記多相の送信回路は位相が９０°ずつずれた４相の送信回路であることを特徴とする請求項６記載の回転型静電エンコーダ。