JP2520137B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JP2520137B2 JP2520137B2 JP62214733A JP21473387A JP2520137B2 JP 2520137 B2 JP2520137 B2 JP 2520137B2 JP 62214733 A JP62214733 A JP 62214733A JP 21473387 A JP21473387 A JP 21473387A JP 2520137 B2 JP2520137 B2 JP 2520137B2
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- electrode
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、物体の移動に伴う静電容量の変化を利用し
た位置検出装置に関し、さらに詳細には、物体に連動し
た2つの静電容量の差動成分により位置を検出する装置
で、たとえばカメラのレンズ位置の検出を行なう装置に
関する。
た位置検出装置に関し、さらに詳細には、物体に連動し
た2つの静電容量の差動成分により位置を検出する装置
で、たとえばカメラのレンズ位置の検出を行なう装置に
関する。
(従来の技術) この種の位置検出装置としては、検出物体の移動方向
に2枚の金属平板を固定配置し、これら金属平板に対向
して検出物体に追従する検出用電極としての金属平板を
設け、この検出用電極となる金属平板と、他の2枚の金
属平板との間に可変コンデンサをそれぞれ形成し、検出
物体の移動に伴う上記各可変コンデンサの静電容量の変
化により検出物体の位置を検出している。すなわち、固
定配置された一方の金属平板に、一端が接地された交流
電源の他端を接続して正弦波交流を印加すると共に、固
定配置された他方の金属平板に、上記交流電源を90゜遅
延回路を介して接続して90゜遅れた正弦波交流を印加し
ている。また、検出用電極となる金属平板には出力端子
を接続すると共に抵抗を介して接地している。
に2枚の金属平板を固定配置し、これら金属平板に対向
して検出物体に追従する検出用電極としての金属平板を
設け、この検出用電極となる金属平板と、他の2枚の金
属平板との間に可変コンデンサをそれぞれ形成し、検出
物体の移動に伴う上記各可変コンデンサの静電容量の変
化により検出物体の位置を検出している。すなわち、固
定配置された一方の金属平板に、一端が接地された交流
電源の他端を接続して正弦波交流を印加すると共に、固
定配置された他方の金属平板に、上記交流電源を90゜遅
延回路を介して接続して90゜遅れた正弦波交流を印加し
ている。また、検出用電極となる金属平板には出力端子
を接続すると共に抵抗を介して接地している。
そして、検出物体が中央にあるときは固定配置された
各金属平板と、検出電極となる金属平板との対向面積が
互いに等しいため、出力は正弦波交流と90゜遅れの正弦
波交流との双方の影響を受ける。また、検出物体の移動
により、固定配置された一方の金属平板と、検出用電極
となる金属平板との対向面積が、他方の金属平板との対
向面積より大きくなると、基本の正弦波交流の影響が90
゜遅れの正弦波交流より強くなる。反対に、固定配置さ
れた他方の金属平板と、検出用電極となる金属平板との
対向面積が、前記一方の金属平板との対向面積より大き
くなると、90゜遅れの正弦波交流の影響が、基本の正弦
波交流より強くなる。このため検出用電極となる金属平
板の出力端子から得られる出力と、基本となる正弦波交
流との位相を比較することにより、検出物体の移動量、
すなわち位置を検出している。
各金属平板と、検出電極となる金属平板との対向面積が
互いに等しいため、出力は正弦波交流と90゜遅れの正弦
波交流との双方の影響を受ける。また、検出物体の移動
により、固定配置された一方の金属平板と、検出用電極
となる金属平板との対向面積が、他方の金属平板との対
向面積より大きくなると、基本の正弦波交流の影響が90
゜遅れの正弦波交流より強くなる。反対に、固定配置さ
れた他方の金属平板と、検出用電極となる金属平板との
対向面積が、前記一方の金属平板との対向面積より大き
くなると、90゜遅れの正弦波交流の影響が、基本の正弦
波交流より強くなる。このため検出用電極となる金属平
板の出力端子から得られる出力と、基本となる正弦波交
流との位相を比較することにより、検出物体の移動量、
すなわち位置を検出している。
しかし、上述した従来の位相比較方式の位置検出装置
では、回路特性上直線性に問題があり、広い範囲に渡っ
て正確な位置検出を行なうことが難しかった。
では、回路特性上直線性に問題があり、広い範囲に渡っ
て正確な位置検出を行なうことが難しかった。
このような従来の欠点を解決した位置検出装置とし
て、本件出願人により特願昭61−239832号として提案さ
れたものがある。この位置検出装置は上述した従来装置
と同様に、検出物体の移動方向に固定配置された2枚の
金属平板と、これら金属平板と対向し、かつ検出物体の
移動に追従する検出用電極としての金属平板とを有し、
検出物体の移動により各金属平板と検出用電極としての
金属平板との間の静電容量を変化させている。
て、本件出願人により特願昭61−239832号として提案さ
れたものがある。この位置検出装置は上述した従来装置
と同様に、検出物体の移動方向に固定配置された2枚の
金属平板と、これら金属平板と対向し、かつ検出物体の
移動に追従する検出用電極としての金属平板とを有し、
検出物体の移動により各金属平板と検出用電極としての
金属平板との間の静電容量を変化させている。
そして、前記固定配置された2枚の金属平板には、極
性の異なる2種の方形波に三角波を重畳した2種の基準
信号のいずれか対応するものを印加している。
性の異なる2種の方形波に三角波を重畳した2種の基準
信号のいずれか対応するものを印加している。
この場合、検出物体が中央にあり、各金属平板と検出
用電極となる金属平板との対向面積が互いに等しい場合
は、前記2種の基準信号のうち極性が反対の方形波成分
は打ち消されて、三角波成分のみが検出用電極となる金
属平板から取り出される。これに対し、検出物体が移動
し、各金属平板と、検出用電極となる金属平板との対向
面積に不平衡が生じると、その不平衡の程度に応じてい
ずれかの方形波成分が残留し、この残留した方形波と三
角波成分とが重畳した信号が検出用電極から検出され
る。
用電極となる金属平板との対向面積が互いに等しい場合
は、前記2種の基準信号のうち極性が反対の方形波成分
は打ち消されて、三角波成分のみが検出用電極となる金
属平板から取り出される。これに対し、検出物体が移動
し、各金属平板と、検出用電極となる金属平板との対向
面積に不平衡が生じると、その不平衡の程度に応じてい
ずれかの方形波成分が残留し、この残留した方形波と三
角波成分とが重畳した信号が検出用電極から検出され
る。
これら検出用電極から検出された信号は比較回路にて
設定値と比較されるが、前述した平衡状態における三角
波成分のみの信号に対し、不平衡状態におけるいずれか
一方の方形波成分と三角波成分とが重畳された信号の場
合は、これが設定値に達して比較回路の出力が反転する
時期が変化する。すなわち、比較回路の出力の位相が変
化する。したがって、平衡状態における三角波成分のみ
の信号による比較回路の出力を基準とし、不平衡状態に
おけるいずれか一方の方形波成分と三角波成分とが重畳
した信号による比較回路出力の位相の変化を検出すれ
ば、物体の位置を検出することができる。
設定値と比較されるが、前述した平衡状態における三角
波成分のみの信号に対し、不平衡状態におけるいずれか
一方の方形波成分と三角波成分とが重畳された信号の場
合は、これが設定値に達して比較回路の出力が反転する
時期が変化する。すなわち、比較回路の出力の位相が変
化する。したがって、平衡状態における三角波成分のみ
の信号による比較回路の出力を基準とし、不平衡状態に
おけるいずれか一方の方形波成分と三角波成分とが重畳
した信号による比較回路出力の位相の変化を検出すれ
ば、物体の位置を検出することができる。
上述の位置検出装置は、直線性にも優れ、広い範囲に
渡って精度の高い位置検出を行なうことができる優れた
ものである。
渡って精度の高い位置検出を行なうことができる優れた
ものである。
ここで、検出装置として応答特性を高めたり、センサ
ー部のインピーダンスを下げるには基準信号の周波数を
高めればよい。しかし、上述した三角波を用いた位置検
出装置では、三角波を用いたために、数十KHzが使用限
界である。これは周波数特性の良い三角波発生回路が安
価に実現できないためである。
ー部のインピーダンスを下げるには基準信号の周波数を
高めればよい。しかし、上述した三角波を用いた位置検
出装置では、三角波を用いたために、数十KHzが使用限
界である。これは周波数特性の良い三角波発生回路が安
価に実現できないためである。
(発明が解決しようとする問題点) このように、従来の方式では、充分に高い周波数を適
用することが困難であり、この点に改良の余地があっ
た。
用することが困難であり、この点に改良の余地があっ
た。
本発明の目的は、三角波発生回路を用いずに、充分に
高い周波数を適用して高精度に検出することができる静
電容量式の位置検出装置を提供することにある。
高い周波数を適用して高精度に検出することができる静
電容量式の位置検出装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明による位置検出装置は、検出物体の変位方向に
配置された2個の基準信号電極およびこれら基準信号電
極の電極面と対向して電極面が形成された検出信号電極
を有し、検出物体の変位に連動して各基準信号電極と検
出信号電極との間の静電容量を変化させる静電容量変化
装置を持つ。また、HレベルおよびLレベルそれぞれの
同相状態および2つの逆相状態を生じる一定の位相関係
に設定された2つの方形波を発生する基準信号発生回路
を設ける。さらに、この基準信号発生回路から生じる2
つの方形波を基に、所定の振幅の方形波による2つの基
準信号を前記基準信号電極の対応するものに印加すると
共に、この基準信号が各同相のときに検出信号電極に生
じる電圧を取り出してこれらの電圧変化を検出し、この
電圧変化が一定となるように前記基準信号の振幅を制御
するALC回路を設ける。また、前記2つの基準信号が各
逆相のときに検出信号電極に生じる電圧を取り出してこ
れらの電圧変化を検出し、この電圧変化を基に位置情報
を出力する回路を設けている。
配置された2個の基準信号電極およびこれら基準信号電
極の電極面と対向して電極面が形成された検出信号電極
を有し、検出物体の変位に連動して各基準信号電極と検
出信号電極との間の静電容量を変化させる静電容量変化
装置を持つ。また、HレベルおよびLレベルそれぞれの
同相状態および2つの逆相状態を生じる一定の位相関係
に設定された2つの方形波を発生する基準信号発生回路
を設ける。さらに、この基準信号発生回路から生じる2
つの方形波を基に、所定の振幅の方形波による2つの基
準信号を前記基準信号電極の対応するものに印加すると
共に、この基準信号が各同相のときに検出信号電極に生
じる電圧を取り出してこれらの電圧変化を検出し、この
電圧変化が一定となるように前記基準信号の振幅を制御
するALC回路を設ける。また、前記2つの基準信号が各
逆相のときに検出信号電極に生じる電圧を取り出してこ
れらの電圧変化を検出し、この電圧変化を基に位置情報
を出力する回路を設けている。
(作用) 本発明では、2個の基準信号電極に、ALC回路から所
定の位相関係に設定されている2種の基準信号を印加し
ている。そして、検出物体が中央に位置し、2個の基準
信号電極と検出信号電極との対向面積が等しければ、前
記2種の基準信号が逆位相になる2つのタイミングにお
いてこれらが共に相殺されるために検出信号電極には電
圧変化が生じない。これに対し、検出物体が変化し、2
個の基準信号電極と検出信号電極との対向面積に差が生
じると、前記2種の基準信号が逆位相になる2つのタイ
ミングにおいて変位量に応じた電圧変化が検出信号電極
に生じるので、これを検出物体の位置情報として用いる
ことができる。
定の位相関係に設定されている2種の基準信号を印加し
ている。そして、検出物体が中央に位置し、2個の基準
信号電極と検出信号電極との対向面積が等しければ、前
記2種の基準信号が逆位相になる2つのタイミングにお
いてこれらが共に相殺されるために検出信号電極には電
圧変化が生じない。これに対し、検出物体が変化し、2
個の基準信号電極と検出信号電極との対向面積に差が生
じると、前記2種の基準信号が逆位相になる2つのタイ
ミングにおいて変位量に応じた電圧変化が検出信号電極
に生じるので、これを検出物体の位置情報として用いる
ことができる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図において、11は静電容量変化装置で、図示しな
い検出物体の変位方向(図示上下方向)に配置された金
属平板による2個の基準信号電極12,13と、これら基準
信号電極12,13の電極面と対向する電極面を有する金属
平板による検出信号電極14とを持つ。そして、検出物体
の変位に連動して各基準信号電極12,13と検出信号電極1
4との間の静電容量C1,C2を変化させている。ここでは検
出信号電極14を検出物体の変位に追従させ、静電容量
C1,C2を変化させているが、もちろん、2個の基準信号
電極12,13側を検出物体の変位に追従させ、静電容量C1,
C2を変化させてもよい。
い検出物体の変位方向(図示上下方向)に配置された金
属平板による2個の基準信号電極12,13と、これら基準
信号電極12,13の電極面と対向する電極面を有する金属
平板による検出信号電極14とを持つ。そして、検出物体
の変位に連動して各基準信号電極12,13と検出信号電極1
4との間の静電容量C1,C2を変化させている。ここでは検
出信号電極14を検出物体の変位に追従させ、静電容量
C1,C2を変化させているが、もちろん、2個の基準信号
電極12,13側を検出物体の変位に追従させ、静電容量C1,
C2を変化させてもよい。
16は基準信号発生回路で、第2図で示すような所定の
位相関係の方形波による2つの基準信号φ1,φ2を発生
する。この2つの基準信号φ1,φ2はLレベルの同相状
態T1およびHレベルの同相状態T2と、2つの逆相状態
T3,T4とを生じる周波数および位相関係に設定されてい
る。なお、第2図の振幅V1は後述するALC回路から出力
される振幅を表わし、基準信号発生回路16から出力され
る振幅はV0とする。また、この基準信号発生回路16は、
上記2つの基準信号φ1,φ2が同相状態T1,T2のとき生
じる同相同期信号CP1,SP1および2つの基準信号φ1,φ
2が逆相状態T3,T4のとき生じる逆相同期信号CP2,SP2を
それぞれ出力するよう構成されている。
位相関係の方形波による2つの基準信号φ1,φ2を発生
する。この2つの基準信号φ1,φ2はLレベルの同相状
態T1およびHレベルの同相状態T2と、2つの逆相状態
T3,T4とを生じる周波数および位相関係に設定されてい
る。なお、第2図の振幅V1は後述するALC回路から出力
される振幅を表わし、基準信号発生回路16から出力され
る振幅はV0とする。また、この基準信号発生回路16は、
上記2つの基準信号φ1,φ2が同相状態T1,T2のとき生
じる同相同期信号CP1,SP1および2つの基準信号φ1,φ
2が逆相状態T3,T4のとき生じる逆相同期信号CP2,SP2を
それぞれ出力するよう構成されている。
17はALC回路で、基準信号発生回路16からの基準信号
φ1,φ2を基に、これを所定の振幅V1なる基準信号φ1,
φ2にし、これを前記2つの基準信号電極12,13の対応
するものに印加する。また、このALC回路17は基準信号
発生回路16からの同相同期信号CP1,SP1を入力し、この
信号タイミングにおいて、前記検出信号電極14に生じる
電圧変化Vcをバッファ18を介して入力する。そして、こ
の電圧変化Vcが一定の大きさとなるように、前記基準信
号がφ1,φ2の振幅V1を制御する。
φ1,φ2を基に、これを所定の振幅V1なる基準信号φ1,
φ2にし、これを前記2つの基準信号電極12,13の対応
するものに印加する。また、このALC回路17は基準信号
発生回路16からの同相同期信号CP1,SP1を入力し、この
信号タイミングにおいて、前記検出信号電極14に生じる
電圧変化Vcをバッファ18を介して入力する。そして、こ
の電圧変化Vcが一定の大きさとなるように、前記基準信
号がφ1,φ2の振幅V1を制御する。
19は位置検出回路で、前記基準信号発生回路16からの
逆相同期信号CP2,SP2を入力し、この信号タイミングに
おいて、前記検出信号電極14に生じる電圧をバッファ18
を介して入力し、その電圧変化Vdを検出する。この電圧
変化Vdが検出物体の変化方向および変化量を表わし、こ
れを基に位置情報が出力される。
逆相同期信号CP2,SP2を入力し、この信号タイミングに
おいて、前記検出信号電極14に生じる電圧をバッファ18
を介して入力し、その電圧変化Vdを検出する。この電圧
変化Vdが検出物体の変化方向および変化量を表わし、こ
れを基に位置情報が出力される。
上述した第1図の構成が本発明の基本的構成であり、
以下この動作を第2図を参照しながら説明する。
以下この動作を第2図を参照しながら説明する。
2つの基準信号電極12,13にはALC回路17からそれぞれ
基準信号φ1,φ2が印加されており、検出信号電極14に
は、各基準信号電極12,13との間の静電容量C1,C2に応じ
て電圧が生じる。上記2つの基準信号φ1,φ2の周波数
および位相は図示関係に設定してあるので、Lレベルの
同相状態T1、Hレベルの同相状態T2、2つの逆相状態
T3,T4が順次一定周期で生じる。これら各状態T1,T2,T3,
T4において検出信号電極14に生じる電圧は、検出物体の
位置すなわち静電容量C1,C2の大小関係により図示のよ
うになる。
基準信号φ1,φ2が印加されており、検出信号電極14に
は、各基準信号電極12,13との間の静電容量C1,C2に応じ
て電圧が生じる。上記2つの基準信号φ1,φ2の周波数
および位相は図示関係に設定してあるので、Lレベルの
同相状態T1、Hレベルの同相状態T2、2つの逆相状態
T3,T4が順次一定周期で生じる。これら各状態T1,T2,T3,
T4において検出信号電極14に生じる電圧は、検出物体の
位置すなわち静電容量C1,C2の大小関係により図示のよ
うになる。
まず、検出物体が中央に位置し、静電容量C1,C2の関
係がC1=C2の場合、Lレベルの同相状態T1からHレベル
の同相状態T2への変化により検出信号電極14には電圧変
化Vcが生じる。この同相状態T1,T2における検出信号電
極14の電圧は同相同期信号CP1,SP1によりALC回路17に入
力され、電圧変化Vcが検出される。これに対し逆相状態
T3,T4では共に両基準信号φ1,φ2が相殺され、この2
つの逆相状態T3,T4の間で電圧変化Vdは生じない。この
逆相状態T3,T4における検出信号電極14の電圧は逆相同
期信号CP2,SP2により位置検出回路19に入力されるが、
上述のように電圧変化Vdは検出されない。
係がC1=C2の場合、Lレベルの同相状態T1からHレベル
の同相状態T2への変化により検出信号電極14には電圧変
化Vcが生じる。この同相状態T1,T2における検出信号電
極14の電圧は同相同期信号CP1,SP1によりALC回路17に入
力され、電圧変化Vcが検出される。これに対し逆相状態
T3,T4では共に両基準信号φ1,φ2が相殺され、この2
つの逆相状態T3,T4の間で電圧変化Vdは生じない。この
逆相状態T3,T4における検出信号電極14の電圧は逆相同
期信号CP2,SP2により位置検出回路19に入力されるが、
上述のように電圧変化Vdは検出されない。
つぎに、検出物体が変化し、静電容量がC1>C2の関係
になった場合、同相状態T1,T2では検出信号電極14には
同様に電圧変化Vcが生じる。また逆相状態T3では、検出
信号電極14には、静電容量C1,C2の差に応じて、平衡状
態より図示下側に偏倚した電圧が生じる。さらに逆相状
態T4では、検出信号電極14には、静電容量の差に応じた
電圧が、逆相状態T3の場合に対し反転して生じる。した
がって、逆相状態T3からT4への変化に伴い、電圧変化Vd
が生じる。この逆相状態T3,T4における検出信号電極14
の電圧は逆相同期信号CP2,SP2により位置検出回路19に
入力され、電圧変化Vdが検出される。そして、この電圧
変化Vdを基に位置情報が出力される。
になった場合、同相状態T1,T2では検出信号電極14には
同様に電圧変化Vcが生じる。また逆相状態T3では、検出
信号電極14には、静電容量C1,C2の差に応じて、平衡状
態より図示下側に偏倚した電圧が生じる。さらに逆相状
態T4では、検出信号電極14には、静電容量の差に応じた
電圧が、逆相状態T3の場合に対し反転して生じる。した
がって、逆相状態T3からT4への変化に伴い、電圧変化Vd
が生じる。この逆相状態T3,T4における検出信号電極14
の電圧は逆相同期信号CP2,SP2により位置検出回路19に
入力され、電圧変化Vdが検出される。そして、この電圧
変化Vdを基に位置情報が出力される。
静電容量がC1<C2になった場合の基本的動作も同じで
あり、各逆相状態T3,T4において、検出信号電極14には
静電容量C1,C2の差に応じた電圧が順次反転して生じ、
これらは逆相同期信号CP2,SP2により位置検出回路19に
入力され、電圧変化Vdが検出される。そして、これを基
に位置情報が出力される。
あり、各逆相状態T3,T4において、検出信号電極14には
静電容量C1,C2の差に応じた電圧が順次反転して生じ、
これらは逆相同期信号CP2,SP2により位置検出回路19に
入力され、電圧変化Vdが検出される。そして、これを基
に位置情報が出力される。
ここで、前述したように、同相状態T1,T2において、
検出信号電極14に生じる電圧変化Vcは同相同期信号CP1,
SP1によりALC回路17に入力される。ALC回路17では、こ
の電圧変化Vcが一定となるように基準信号φ1,φ2の振
幅V1を制御しているが、これは次の理由による。
検出信号電極14に生じる電圧変化Vcは同相同期信号CP1,
SP1によりALC回路17に入力される。ALC回路17では、こ
の電圧変化Vcが一定となるように基準信号φ1,φ2の振
幅V1を制御しているが、これは次の理由による。
第1図における静電容量変化装置11は、総容量をCと
すると次の関係が成り立つ静電容量センサーとして第3
図のように表現される。
すると次の関係が成り立つ静電容量センサーとして第3
図のように表現される。
C=C1+C2,C1=nC、 C2=(1−n)C ただし、0<n<1とする。
浮遊容量を含む固定容量C0はC0=mCとする。前述した
逆相状態での電圧変化Vd(「T4の出力」−「T3の出
力」)は次式で表される。
逆相状態での電圧変化Vd(「T4の出力」−「T3の出
力」)は次式で表される。
静電容量変化装置11は空気コンデンサであるため、温
度や湿度等で総容量Cが変化するが、この総容量Cが変
ると、前述したC0=mCが成立せず、C0=(m+△)C
(△は変化分)になる。つまり(1)式は次のようにな
る。
度や湿度等で総容量Cが変化するが、この総容量Cが変
ると、前述したC0=mCが成立せず、C0=(m+△)C
(△は変化分)になる。つまり(1)式は次のようにな
る。
しかし、上記(1)′式のままでは正確な位置検出は
できない。
できない。
ここで、前述した同相状態T1,T2での電圧変化Vc(「T
2の出力」−「T1の出力」)は次式で表される。
2の出力」−「T1の出力」)は次式で表される。
(2)式と(1)′式よりV1を消去すると次式とな
る。
る。
上記(3)式から、Vcを常に一定にすれば、総容量C
の変化分△の有無にかかわらず、検出物体の位置に対応
した方形波の電圧変化Vdを正確に検出できる。
の変化分△の有無にかかわらず、検出物体の位置に対応
した方形波の電圧変化Vdを正確に検出できる。
上述した理由から、電圧変化Vcが一定となるように制
御する必要があり、そのためALC回路17により2つの基
準信号φ1,φ2の振幅V1を制御している。
御する必要があり、そのためALC回路17により2つの基
準信号φ1,φ2の振幅V1を制御している。
次に第4図により第1図で示した構成の具体例を説明
する。基準信号発生回路16は、周波数4のクロック信
号を発生するクロック回路(CLK)21および2つのフリ
ップフロップ(FF)22,23からなる分周回路を主体とし
たもので、さらに、同相同期信号CP1,SP1および逆相同
期信号CP2,SP2を生じるためのロジック回路24を持つ。
すなわち、クロック回路21の出力端はフリップフロップ
22の出力端に接続され、その一方の出力端Qは他のフリ
ップフロップ23の入力端に接続される。このため、クロ
ック回路21のクロック信号(周波数4)はフリップフ
ロップ22によって周波数2の方形波に分周され、さら
にフリップフロップ23により周波数の方形波に分周さ
れる。ロジック回路24は、これらクロック回路21、フリ
ップフロップ22,23の各出力を入力し、所定のロジック
構成により第5図で示すタイミングで同相同期信号CP1,
SP1および逆相同期信号CP2,SP2を生じる。
する。基準信号発生回路16は、周波数4のクロック信
号を発生するクロック回路(CLK)21および2つのフリ
ップフロップ(FF)22,23からなる分周回路を主体とし
たもので、さらに、同相同期信号CP1,SP1および逆相同
期信号CP2,SP2を生じるためのロジック回路24を持つ。
すなわち、クロック回路21の出力端はフリップフロップ
22の出力端に接続され、その一方の出力端Qは他のフリ
ップフロップ23の入力端に接続される。このため、クロ
ック回路21のクロック信号(周波数4)はフリップフ
ロップ22によって周波数2の方形波に分周され、さら
にフリップフロップ23により周波数の方形波に分周さ
れる。ロジック回路24は、これらクロック回路21、フリ
ップフロップ22,23の各出力を入力し、所定のロジック
構成により第5図で示すタイミングで同相同期信号CP1,
SP1および逆相同期信号CP2,SP2を生じる。
ALC回路17は前記フリップフロップ22,23の動作に応じ
てオン・オフするスイッチ群26を持つ。すなわち、スイ
ッチ27,28は対応するフリップフロップ22,23の出力端Q
からの出力によりオン動作するもので、その一端には一
定電圧Vccが供給され、他端は基準信号電極12,13のいず
れか対応するものと接続する。スイッチ29,30は対応す
るフリップフロップ22,23の出力端からの出力により
オン動作するもので、その一端は後述する反転アンプ31
の出力端と接続し、他端は基準信号電極12のいずれか対
応するものと接続する。すなわち、このスイッチ群26
は、フリップフロップ22,23の動作により、基準信号電
極12,13に対し、第5図で示す位相関係の振幅V1なる基
準信号φ1,φ2を印加する。
てオン・オフするスイッチ群26を持つ。すなわち、スイ
ッチ27,28は対応するフリップフロップ22,23の出力端Q
からの出力によりオン動作するもので、その一端には一
定電圧Vccが供給され、他端は基準信号電極12,13のいず
れか対応するものと接続する。スイッチ29,30は対応す
るフリップフロップ22,23の出力端からの出力により
オン動作するもので、その一端は後述する反転アンプ31
の出力端と接続し、他端は基準信号電極12のいずれか対
応するものと接続する。すなわち、このスイッチ群26
は、フリップフロップ22,23の動作により、基準信号電
極12,13に対し、第5図で示す位相関係の振幅V1なる基
準信号φ1,φ2を印加する。
このほか、ALC回路17には同相状態T1,T2にて検出信号
電極14に生じる電圧をバッファ18を介して入力するため
のクランプ回路32およびサンプルホールド回路(S/H)3
3が設けられる。クランプ回路32には一定電圧VAが供給
されており、また、同相同期信号CP1が入力され、第5
図で示すように、そのタイミングにてバッファ18の出力
をクランプする。サンプルホールド回路33には同相同期
信号SP1が入力されそのタイミングにてVA−Vcをホール
ドする。このサンプルホールド回路33の出力は前述した
反転アンプ31に入力される。この反転アンプ31は演算増
幅器OPおよび抵抗R1,R2からなり、(−)側入力端には
サンプルホールド回路33の出力VA−Vcが加わり、
(+)側入力端には基準電圧VBが加わっている。この
反転アンプ31は、サンプルホールド回路33の出力VA−V
cのレベルにより所定の振幅V1を得るべく制御電圧Vcc−
V1を生じる。
電極14に生じる電圧をバッファ18を介して入力するため
のクランプ回路32およびサンプルホールド回路(S/H)3
3が設けられる。クランプ回路32には一定電圧VAが供給
されており、また、同相同期信号CP1が入力され、第5
図で示すように、そのタイミングにてバッファ18の出力
をクランプする。サンプルホールド回路33には同相同期
信号SP1が入力されそのタイミングにてVA−Vcをホール
ドする。このサンプルホールド回路33の出力は前述した
反転アンプ31に入力される。この反転アンプ31は演算増
幅器OPおよび抵抗R1,R2からなり、(−)側入力端には
サンプルホールド回路33の出力VA−Vcが加わり、
(+)側入力端には基準電圧VBが加わっている。この
反転アンプ31は、サンプルホールド回路33の出力VA−V
cのレベルにより所定の振幅V1を得るべく制御電圧Vcc−
V1を生じる。
上記バッファ回路18は入力インピーダンスの高いFET
を用いた増幅器である。
を用いた増幅器である。
位置検出回路19は逆相状態T3,T4で、検出信号電極に
生じる電圧をバッファ18を介して入力するために、クラ
ンプ回路35およびサンプルホールド回路36を持つ。クラ
ンプ回路35には一定電圧Vmが供給されており、第5図で
示すタイミングにて逆相同期信号CP2が入力されてい
る。サンプルホールド回路36には同じく第5図で示すタ
イミングにて逆相同期信号SP2が入力され、そのタイミ
ングにてVm+Vdをホールドする。この出力は反転アンプ
37を構成する演算増幅器OPの(−)側入力端に加わり、
(+)側入力端に加わっている基準電圧Vnと共に演算さ
れ、検出物体の位置に応じた位置情報となる。
生じる電圧をバッファ18を介して入力するために、クラ
ンプ回路35およびサンプルホールド回路36を持つ。クラ
ンプ回路35には一定電圧Vmが供給されており、第5図で
示すタイミングにて逆相同期信号CP2が入力されてい
る。サンプルホールド回路36には同じく第5図で示すタ
イミングにて逆相同期信号SP2が入力され、そのタイミ
ングにてVm+Vdをホールドする。この出力は反転アンプ
37を構成する演算増幅器OPの(−)側入力端に加わり、
(+)側入力端に加わっている基準電圧Vnと共に演算さ
れ、検出物体の位置に応じた位置情報となる。
次に、第5図により上記構成の動作を説明する。クロ
ック発生回路21から生じる周波数4のクロック信号に
基づき、ALC回路17は2種の振幅V1なる方形波の基準信
号φ1(周波数2)、φ2(周波数)を生じ、これ
らを対応する基準信号電極12,13に印加する。このとき
検出信号電極14に生じる電圧はバッファ18により増幅さ
れ、その出力は同相状態T1,T2および逆相状態T3,T4毎に
図示の如く変化する。なお、図示波形はC1>C2の場合で
ある。また、クランプ回路32およびサンプルホールド回
路33には同相同期信号CP1,SP1が加わるので、このタイ
ミングにてバッファ出力をALC回路17に抜取る。
ック発生回路21から生じる周波数4のクロック信号に
基づき、ALC回路17は2種の振幅V1なる方形波の基準信
号φ1(周波数2)、φ2(周波数)を生じ、これ
らを対応する基準信号電極12,13に印加する。このとき
検出信号電極14に生じる電圧はバッファ18により増幅さ
れ、その出力は同相状態T1,T2および逆相状態T3,T4毎に
図示の如く変化する。なお、図示波形はC1>C2の場合で
ある。また、クランプ回路32およびサンプルホールド回
路33には同相同期信号CP1,SP1が加わるので、このタイ
ミングにてバッファ出力をALC回路17に抜取る。
第5図において、前述した総容量Cが変化しない定常
状態を実線で示す。この定常状態では、サンプルホール
ド回路33から一定電圧VA−Vcが反転アンプ31の演算増
幅器OPに入力されるので、基準信号電極12,13には一定
の振幅V1の方形波による基準信号が印加される。これに
対し、総容量Cが減少した場合を点線で示す。この場
合、バッファ18の出力はAC電圧値であるため、全体の振
幅が小さくなる。このため、ALC回路17がサーボ動作
し、基準信号φ1,φ2の振幅V1を前述した一定値より大
きくする。すなわち、サンプルホールド回路33の出力V
A−Vcが、定常時のDC電圧より高くなるため、反転アン
プ31のDC出力値が低下する。このため振幅V1は増大す
る。この動作により、同相状態T1,T2において検出信号
電極14に生じる電圧変化Vcは一定となる。
状態を実線で示す。この定常状態では、サンプルホール
ド回路33から一定電圧VA−Vcが反転アンプ31の演算増
幅器OPに入力されるので、基準信号電極12,13には一定
の振幅V1の方形波による基準信号が印加される。これに
対し、総容量Cが減少した場合を点線で示す。この場
合、バッファ18の出力はAC電圧値であるため、全体の振
幅が小さくなる。このため、ALC回路17がサーボ動作
し、基準信号φ1,φ2の振幅V1を前述した一定値より大
きくする。すなわち、サンプルホールド回路33の出力V
A−Vcが、定常時のDC電圧より高くなるため、反転アン
プ31のDC出力値が低下する。このため振幅V1は増大す
る。この動作により、同相状態T1,T2において検出信号
電極14に生じる電圧変化Vcは一定となる。
逆相状態T3,T4では、逆相同期信号CP2,SP2が位置検出
回路19のクランプ回路35およびサンプルホールド回路36
の対応するものに入力されるので、静電容量C1,C2の差
に応じて検出信号電極14に生じた電圧変化Vdが反転アン
プ37に入力される。反転アンプ37は所定の演算機能によ
り、第6図で示す特性の位置情報を出力する。すなわ
ち、検出物体が中立状態のとき、出力電圧はVnとなり、
検出物体の位置(中立状態に対応するズレ)に対応した
直流電圧値が得られる。
回路19のクランプ回路35およびサンプルホールド回路36
の対応するものに入力されるので、静電容量C1,C2の差
に応じて検出信号電極14に生じた電圧変化Vdが反転アン
プ37に入力される。反転アンプ37は所定の演算機能によ
り、第6図で示す特性の位置情報を出力する。すなわ
ち、検出物体が中立状態のとき、出力電圧はVnとなり、
検出物体の位置(中立状態に対応するズレ)に対応した
直流電圧値が得られる。
上記実施例では、同相状態T1,T2と逆相状態T3,T4とが
第2図で示すように、T1→T2→T3→T4の順に生じる如
く、基準信号φ1,φ2を発生させているが、第7図のよ
うにT1→T4→T2→T3の順、又はT1→T3→T2→T4の順に生
じる如く基準信号φ1,φ2を発生させ、システムを構成
してもよい。すなわち、基準信号φ1,φ2は同一周波数
とし、これらの位相を90゜異なるように構成する。
第2図で示すように、T1→T2→T3→T4の順に生じる如
く、基準信号φ1,φ2を発生させているが、第7図のよ
うにT1→T4→T2→T3の順、又はT1→T3→T2→T4の順に生
じる如く基準信号φ1,φ2を発生させ、システムを構成
してもよい。すなわち、基準信号φ1,φ2は同一周波数
とし、これらの位相を90゜異なるように構成する。
このように構成しても、同相状態における電圧変化Vc
を一定にし、かつ逆相状態において、静電容量C1,C2の
差に応じた電圧変化Vdを得ることができる。
を一定にし、かつ逆相状態において、静電容量C1,C2の
差に応じた電圧変化Vdを得ることができる。
また基準信号φ1,φ2の振幅V1を変える手法として、
「L」の直流レベルを変えているが、「H」の直流レベ
ルを変えてもよい。
「L」の直流レベルを変えているが、「H」の直流レベ
ルを変えてもよい。
以上のように本発明によれば、直線性に優れ広範囲に
渡って正確な位置検出が行なえると共に三角波を用いて
いないので高い周波数で応答することができ、検出精度
の高い装置を得ることができる。
渡って正確な位置検出が行なえると共に三角波を用いて
いないので高い周波数で応答することができ、検出精度
の高い装置を得ることができる。
第1図は本発明による位置検出装置の一実施例における
基本構成を示すブロック図、第2図は第1図の動作を説
明するためのタイムチャート、第3図は第1図で示した
静電容量変化装置を回路的に示した説明図、第4図は第
1図で示した各部の具体的構成例を示す回路図、第5図
は第4図の動作を説明するためのタイムチャート、第6
図は第4図で示した位置検出の回路の出力特性図、第7
図は本発明の他の実施例の動作を説明するためのタイム
チャートである。 11……静電容量変化装置、12,13……基準信号電極、14
……検出信号電極、16……基準信号発生回路、17……AL
C回路、19……位置検出回路。
基本構成を示すブロック図、第2図は第1図の動作を説
明するためのタイムチャート、第3図は第1図で示した
静電容量変化装置を回路的に示した説明図、第4図は第
1図で示した各部の具体的構成例を示す回路図、第5図
は第4図の動作を説明するためのタイムチャート、第6
図は第4図で示した位置検出の回路の出力特性図、第7
図は本発明の他の実施例の動作を説明するためのタイム
チャートである。 11……静電容量変化装置、12,13……基準信号電極、14
……検出信号電極、16……基準信号発生回路、17……AL
C回路、19……位置検出回路。
Claims (2)
- 【請求項1】検出物体の変位方向に配置された2個の基
準信号電極およびこれら基準信号電極の電極面と対向し
て電極面が形成された検出信号電極を有し、検出物体の
変位に連動して各基準信号電極と検出信号電極との間の
静電容量を変化させる静電容量変化装置と、 HレベルおよびLレベルそれぞれの同相状態および2つ
の逆相状態を生じる一定の位相関係に設定された2つの
方形波を発生する基準信号発生回路と、 この基準信号発生回路から生じる2つの方形波を基に所
定の振幅の方形波による2つの基準信号を前記基準信号
電極の対応するものに印加するALC回路と、 前記2つの基準信号が各逆相のときに検出信号電極に生
じる電圧を取り出してこれらの電圧変化を検出し、この
電圧変化を基に位置情報を出力する位置検出回路と、 を備えたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項2】ALC回路は、基準信号発生回路から生じる
2つの方形波を基に所定の振幅の方形波による2つの基
準信号を基準信号電極に印加すると共に、この基準信号
が各同相のときに検出信号電極に生じる電圧をそれぞれ
取り出してこれらの電圧変化を検出し、この電圧変化が
一定となるように前記基準信号の振幅を制御することを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62214733A JP2520137B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62214733A JP2520137B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6459010A JPS6459010A (en) | 1989-03-06 |
JP2520137B2 true JP2520137B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=16660707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62214733A Expired - Lifetime JP2520137B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2520137B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6445294B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-09-03 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Proximity sensor |
JP5522961B2 (ja) * | 2009-03-17 | 2014-06-18 | オリンパス株式会社 | 慣性駆動アクチュエータのキャリブレーション方法及び慣性駆動アクチュエータ装置 |
JP5522960B2 (ja) * | 2009-03-17 | 2014-06-18 | オリンパス株式会社 | 慣性駆動アクチュエータのキャリブレーション方法、慣性駆動アクチュエータ装置及び移動体の位置算出方法 |
JP5355334B2 (ja) * | 2009-10-05 | 2013-11-27 | オリンパス株式会社 | 慣性駆動アクチュエータのキャリブレーション方法及び慣性駆動アクチュエータ装置 |
CN108054457B (zh) * | 2018-01-17 | 2023-08-15 | 华霆(合肥)动力技术有限公司 | 电池安全监控设备及方法 |
-
1987
- 1987-08-28 JP JP62214733A patent/JP2520137B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6459010A (en) | 1989-03-06 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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