JP3218246B2

JP3218246B2 - 小型電子位置センサ

Info

Publication number: JP3218246B2
Application number: JP50675894A
Authority: JP
Inventors: ペーテルイゥーシェール
Original assignee: マイクロトロニックアクティーゼルスカブ
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH08502820A; WO1994005965A1; DE69218976T2; EP0699295B1; US5592079A; DE69218976D1; EP0699295A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、補聴器等に使用して音量制御したり、機能
シフトしたり、またはその他に調整しうる諸パラメータ
を変化させたりするための小型電子位置センサに関する
ものである。この位置センサは、磁界感知素子を用いて
作動され、磁界感知素子を含む固定ベース部分またはス
テータと、回転しうるように取り付けられていて且つ永
久磁石を含む調整手段またはロータとを備える。そのス
テータは、ステータに埋設された複数の導電端子を用い
て補聴器等の装置に電気的に結合されており、且つ、永
久磁石、したがって、ロータの位置にしたがった電気信
号を与えるように磁界感知手段を配設する集積回路を備
えている。

前述した型の位置センサは、US−Ａ−4415856に開示
されている。この従来のセンサでは、そのロータは、ハ
ウジングのパネルの開口を通すようにして取り付けられ
ている。ジュアルインラインパッケージ（DIP）にて配
置されたステータの集積回路は、ロータの下でハウジン
グのプリント回路基板に取り付けられている。このよう
なDIP部材は、約10×6mmのサイズで、各側の４つの端子
の間の距離が約2.5mmであるような標準部品である。ス
テータとロータとを相互に独立して取り付けるのでは、
ロータの磁石とステータの磁界感知素子との間の距離が
相当なものとなってしまい、これは、信頼性があり且つ
精密な動作をさせるには不利である。その上、それは、
磁界感知素子に充分な磁気応答をさせるために永久磁石
のサイズを増大させる必要があり、不利である。この種
のセンサの全体の高さは、前述したような構造のため
と、DIP部材に使用される端子接続方法のためとで、大
きなものとなってしまう。

前述した型の位置センサは、集積回路を用いて、デジ
タル出力信号を与えるのに特に適したものである。この
ことは、装置の他の回路がこのような信号に全面的にま
たは部分的に基づくようなときには、重要である。しか
しながら、このような既知のホール効果位置センサは、
例えば、補聴器に使用する場合のごとく、部品の外形寸
法が、直径においても高さにおいても３−4mmの大きさ
を越えてはならないような小型電子装置としては適して
いないものであり、このようなサイズで充分に正確な動
作位置を有したような位置センサを与えるものではな
い。このようなことは、例えば、US−Ａ−4054860、US
−Ａ−4054860、AS−Ａ−4054861、US−Ａ−4199741、U
S−Ａ−4459578およびDE−Ａ−3908892に開示されたよ
うなその他の既知の形態のホール効果位置センサまたは
回転スイッチにも言えることである。

補聴器等の小型電子装置のための電子パルス発生器
は、本出願人のデンマーク出願第1838/90および52/91号
明細書に開示されている。これらの出願明細書による発
明は、この種のパルス発生器を簡単化し、同時に信頼性
のある電気機械的構造とする方向での開発に係るもので
あるが、これらの発明の係るものは、厳密にいえば、構
造的な観点からは、比較的に複雑であり、補聴器に使用
するときには故障を生ずる危険があり、且つ製造コスト
も掛かるものである。

したがって、本発明の目的は、前述したような従来の
位置センサまたは電気機械的パルス発生器の問題点を解
消しうるような、特に補聴器に使用する小型電子位置セ
ンサを提供することである。

この目的は、請求の範囲第１項の前段部分の記載にて
限定されたような型であって、同項の特徴部分の記載に
よって限定されたような特徴を有する小型電子位置セン
サによって達成される。

本発明による小型電子位置センサのその他の効果のあ
る特徴は、請求の範囲第２項から第10項に限定されてい
る。

本発明による小型電子位置センサは、２、３の機械的
部品だけからなる非常にコンパクトな構造であり、動作
の正確さが著しく高いという点で、特に顕著なものであ
る。これらの点は、すべて、前述したような従来の位置
センサよりもほぼ一桁も大きさを小さくするという程
に、外形寸法を非常に小さく保つことにより、得られて
いる。

この位置センサは、完全なデジタル制御、すなわち、
コンピュータ回路に基づく電子制御を有するような補聴
器等の構成部品として組み込まれる。このような型の補
聴器は、一般的に補聴器の将来に向かっての開発目標と
されるものになるものと予想される。このような使用に
対するこのような部品の備えるべき特性のうちの一つ
は、その動作モードに加えて、従来の音量制御およびス
イッチに比べて非常に改善された信頼性を有するという
ことである。

したがって、この部品は、磁石および磁界中に配置さ
れる集積回路（IC）のみを含む簡単な磁気システムとし
て構成されている。この磁気システムは、種々な形で設
計されうる。したがって、磁石は、集積回路に対して平
行にも、またはある角度をなすようにして配置されう
る。集積回路は、低い電圧および高い電圧にそれぞれ対
応する０および１に相当する２進値を単一の電気接続を
介して伝送する直列データラインを備える。補聴器へコ
ンピュータを組み込むことにより、そのコンピュータ
に、直列データラインを介して簡単な入力信号に基づい
て比較的に複雑な動作を実施させることができる。この
位置センサは、ステータに対するロータの位置に相当す
るコード（数）の形の信号を与え、そのとき、コンピュ
ータは、その信号を、音量制御、プログラムの切り換
え、トーン制御、モードシフト等の補聴器の所望の調整
のための信号へと変換する。

棒状またはディスク型の永久磁石を組み込んだロータ
は、ステータに関して360度に渡って手動にて自由に回
転しうる。したがって、ステータにおける集積回路の諸
回路に対して磁石が影響して、その集積回路が、ロータ
の瞬時位置を決定することができる。必要ならば、ステ
ータには、ロータの回転に対する機械的止めが設けられ
る。ロータおよびステータは、成形プラスチック材料に
て都合良く形成されうる。この部品では、内蔵集積回路
は、通常、1V以上の供給電圧を有し且つ5Vまでの許容範
囲を有し2000Hzより低いリップル周波数である±0.3Vの
リップルを有したエネルギ供給を必要とする能動素子と
して動作する。したがって、この部品には、この目的の
ために、通常、ステータに埋設された３つの端子が設け
られており、すなわち、この部品から補聴器のコンピュ
ータへデータを伝送するライン、および正および負電池
電圧が設けられている。この信号の伝送は、また、電力
供給ラインの電流変調または電圧変調としても行われう
る。この場合には、この部品は、２つの接続線のみで動
作するようにされうる。

小型電子装置における供給電圧を調整することがしば
しば必要となる。しかしながら、電池電圧の制御は、し
ばしば、部分的にのみ、集積回路に組み込まれうる。こ
のためには、集積回路には、それ自身の端子を有した外
部キャパシタが付加される。したがって、この部品は、
もう一つ別の端子を有することになり、すなわち、通
常、この集積回路に導電的に接続される端子は、全部で
４つとなる。

集積回路に端子を取り付けた後に、この集積回路は、
ステータ内に埋設される。

また、集積回路は、２つ以上のドレインを有する磁界
効果型トランジスタ（MAGFET）からなる多数の磁界感知
素子を備える。それらドレインは、個々のMAGFETにおけ
る電流を分割するためのものである。このような分割に
より、ロータの永久磁石を用いて磁界がそれら素子に対
して直角に形成されるときに、それら素子の端子間に差
動電流を測定することが可能となる。差動電流の測定
は、ホール素子における電圧を測定するのに比較してそ
の部品のノイズレベルを改善する上で効果的であり、同
様に、例えば、３つのドレインを使用すると、感度を改
善することができる。

集積回路によるステータの位置に対するロータ位置の
決定は、デジタル的にもアナログ的に行われうる。

デジタル的な手法においては、集積回路における磁界
感知素子またはセンサは、円形状に配列され、その配列
する数は、必要とされる角度解像度によって決定され
る。このような配列の場合には、個々のセンサからの信
号は、多数の比較器を用いて比較され、一連のデジタル
信号が発生され、これらデジタル信号は、デジタルデコ
ーディング回路を使用して、デジタルコードへ変換され
る。このようなデジタル的な手法に伴う不便さは、所望
の角度解像度を得るために例えば、64もの多数のセンサ
を集積回路に円形状に位置決めする必要があり、それに
対応する多くの接続線が必要とされることである。一
方、このようなデジタル的な手法の利点は、比較器を専
用的に使用するので、測定が簡単となり、測定速度も速
くなることである。

アナログ的な手法では、磁界の大きさが、１つ以上の
センサによって測定され、それらセンサは、永久磁石の
位置にしたがったアナログ信号を与え、従って、位置決
定のために使用されうる。

１つのセンサは、適切な印加磁界にほぼ直線的に依存
した信号を与える。その磁界は、ロータの位置につれて
変化し、その信号と回転角度との間の関係を比例関係と
すべき場合には、磁界は、角度につれて直線的に変化す
るものでなければならない。

センサを１つのみ設けるのでは、信号と角度との間に
一義的な関係を得ることは不可能である。ロータ、した
がって、磁石が360度回転するとき、磁界は、最小値か
ら最大値へと変化し、さらに、その逆に最大値から最小
値へと変化する。したがって、ロータの２つの位置にお
いて同じ磁界強度が発生する。位置に関する不足情報
は、第１のセンサから特定の距離での磁界を感知する付
加的なセンサを用いることによって得られる。

もし、磁界が正弦的に変化するならば、互いに90度ず
れた位置に２つのセンサを用いると効果的であり、その
場合には、所定の位置に対して最も都合の良い信号を与
えるセンサを使用する。このような構成においては、最
も強力な信号を与え、したがって、ノイズの問題を減少
させるセンサが使用されるか、また、最も小さな信号を
与え、したがって、小さな位置変化に対して信号の最も
大きな変化、すなわち、最も高い感度を有するセンサが
使用される（磁界は最大のところでは平坦となっている
ので、最も大きな信号を有するセンサは、より低い感度
を与える）。

センサからの信号は、A/D変換器によって、デジタル
コードに変換される。このデジタルコードは、そのコー
ドにおける所定のビット数に対応して可能な数の値をと
りうる。これは、センサからの最大信号がどのくらい大
きいのか分からないので、問題である。磁気回路の変動
が生じ、これにより、最大磁界強度が変動することがあ
り、また、電子回路の諸パラメータの差が生ずることが
ある。

このことは、最も大きな信号に対応するコードが落ち
てしまい、その部品での最大（または最小）がセットさ
れないような危険があることを意味している。

しかしながら、常に、適当な巾の安全範囲が使用され
るので、信号は、コードの落ちがないようにするに充分
に大きい。しかしながら、もし、変動が幅広い場合に
は、この範囲は、信号が最も大きいときに、A/D変換器
が一定の最大または最小値を与える大きな角度範囲を形
成するに充分に巾広くすべきである。

センサによって与えられる最大値および最小値が分か
らないという問題は、互いに90度ずらして配置された２
つのセンサを使用し、且つ信号が０に達しうることが保
証されている事実を利用することにより、解決されう
る。

最も小さな信号を与えるセンサが、測定信号を与える
ために使用される。他方のセンサは、基準として使用さ
れ、位置決定のためには、その測定信号をその基準信号
にて除すことによって得られる値が使用される。もし、
その測定信号が０であるならば、その基準値は、最大で
あろう。もし、角度がゆっくりと変化するならば、測定
信号は増大し、基準値は減少する。全体として、測定信
号および基準信号が同じレベルに達したとき、１である
増大する値が得られる。これは、０レベルに対する45度
の角度に対応する。

基準信号は、比較器によって測定信号と比較され、測
定信号が最も大きいときに、それら２つの信号は、それ
らの役割を変える。０レベルから90度の角度にわたる回
転により、０度での０から45度での１まで変化し、ま
た、90度で０に戻るような信号が発生される。したがっ
て、この信号は直接には使用され得ない。90度の角度範
囲内にてすべてのコードが２度現れる。最も大きな信号
を与え基準として使用されるセンサに対応するコードに
もう１つのビットを与える比較器から不足情報が得られ
る。

このようにして、90度の範囲の後半部により、45度で
生ずる最大コードから減少する値が生ぜしめられる。こ
の問題は、信号が減少するコードを与える範囲内におい
て発していることを比較器が示すときに、信号コードを
デジタル的に補足することにより解決される。これは、
コードが比較器からの特別ビットにて増大される前に行
われる。

２つのセンサのこのような組合せにより、最大問題に
対する解決原理が与えられる。これは、90度内において
のみ働くので、実際には適用できない。しかしながら、
この原理は、360度全体にわたる場合に適用しうるよう
に拡張することができる。そのためには、４つのセン
サ、３つの付加的な比較器およびより少し総合的なデジ
タル制御を必要とする。それらの比較器は、４つのセン
サからの信号を比較し、測定のために正の信号を与える
２つの信号を選択する。これら２つのセンサを用いての
測定は、全部で２つのみのセンサを用いた測定と同じよ
うにして行われる。しかしながら、コードは、１つの比
較器からの１ビットで増大されず、その代わりに、測定
のために選択されたセンサにしたがって３つのビットで
増大される。

６つのビットに対応する64の値を有するコードは、そ
れらビットの半分が比較器から来るものであることを意
味しており、したがって、１つの３ビットA/D変換器だ
けでよい。

それらセンサからの信号の処理には、２つのアナログ
信号を互いに除算することが含まれるので、除算の問題
と変換の問題との両者を解決するために二重スロープA/
D変換器が使用されるとよい。

測定センサからの信号（差動電流）は、所定の時間期
間の間その変換器のキャパシタを充電するのに使用され
る。それから、そのキャパシタは、基準信号によって放
電させられ、その放電期間が、位置の尺度として使用さ
れる。

A/D変換器を使用したアナログ的な手法によれば、コ
ードの数を２倍とすることが非常に簡単であるという効
果が得られる。これは、A/D変換が１つの付加的なビッ
トで行われるようにすることによってなされる。もし、
位置のために例えば、７ビットコードを持ちたい場合に
は、その付加的なビットは、単に、４ビットA/D変換器
を使用することによって導入されうる。コードの数をこ
のように２倍とすると、デジタル的な手法においては、
例えば、寸法の許容範囲に関するような特定の問題が生
ずる。

コードの数を増大することにより、角度の解像度を増
大させることができるが、付加的なビットに伴う付加的
な効果として、それを、ノイズ抑制のために使用できる
ということもある。例えば、その回路は、前のものより
高い特定の値であるもの、または、２つの最近に記録さ
れた位置とは異なるものが検出されるまでは、新しい位
置コードを伝送しないように設計されうる。

特定の実施態様によれば、集積回路は、磁界感知素子
及び別の位置決定回路に加えて１つのポテンショメータ
または可変抵抗器を含み、その部品が、通常の回転ポテ
ンショメータとして作用するようにして、完全なデジタ
ル制御のない通常の小型電子装置においてその部品を使
用できるようにしている。

もう一つ別の特定の実施態様によれば、集積回路は、
磁気感知素子および他の位置決定回路に加えて、電子信
号を増幅するための可変増幅度を有する増幅器を含む。
その増幅度は、ステータに対するロータの位置によって
決定される。

最後に、集積回路は、外部制御が不要であるように供
給電圧のための制御回路を備えてもよい。

次に、本発明の一実施例を、これに発明を限定する意
味ではなく例示している添付図面を参照して、本発明を
より詳細に説明する。

第１図は、位置センサの縦断面図である。

第２図は、その位置センサの分解部品配列図である。

参照番号１は、下方に向いた中空スペース８を有する
円形回転ノブまたはロータを示している。この中空スペ
ース８内には、図においては棒磁石である永久磁石２が
配列されている。その取り付け位置においては、ロータ
１は、既知の方法で内側に向いたフランジ９によって、
ベース部分またはステータ３の対応する外側に向いたフ
ランジ10と係合している。ステータ３の上方に向いた内
部中空スペース11には、軟鉄ディスク５が取り付けられ
ており、この軟鉄ディスク５のすぐ上には、磁界感知素
子を有する集積回路４が取り付けらている。集積回路の
周辺領域には、全部で４つの端子６が、そこに導電接続
するようにして、テープ自動ボンディング（TAB）によ
って取り付けられている。これら端子６は、集積回路４
および軟鉄ディスクと共に、ステータ３の中空スペース
11に埋設されている。これら端子６は、ステータに埋設
されるか、または、ダクトまたはノッチ７を通してステ
ータの壁部を通して延びている。

磁石２を有したロータ１が、集積回路４を有したステ
ータ３に対して、時計方向および反時計方向の両方向に
おいて360度にわたって自由に回転させられるとき、そ
れによって行われる磁石の位置の変化は、集積回路の磁
界感知素子によって感知され、前述したようにデジタル
コードへ変換され、そのデジタルコードは、位置センサ
がその一部となっている図示していない補聴器のコンピ
ュータへと伝送される。そのコンピュータは、受信した
コード信号を、装置の所望の機能、例えば、音量を増大
したり減少させたりする機能へと変換する。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】補聴器等に使用して音量制御したり、機能
シフトしたり、またはその他の調整しうる諸パラメータ
を変化させたりするための小型電子位置センサであっ
て、磁界感知素子を用いて作動され、磁界感知素子を含
む固定ベース部分またはステータ（３）と、回転しうる
ように取り付けられていて且つ永久磁石（２）を含む調
整手段またはロータ（１）とを備えており、前記ステー
タ（３）は、このステータ（３）に埋設された複数の導
電端子（６）を用いて補聴器等の装置に電気的に結合さ
れており、且つ、前記永久磁石、したがって、前記ロー
タの位置にしたがって電気信号を与えるように磁界感知
手段を配設する集積回路（４）を備えているような小型
電子位置センサにおいて、前記ステータ（３）および前
記ロータ（１）は、相互に係合するフランジ（10、９）
を有し且つ一緒になって、該センサの電気的および磁気
的構成部分を包囲する自蔵型ユニットを形成するハウジ
ング部分を備えており、前記ロータは、前記ステータに
回転しうるように取り付けられており、前記ステータ
（３）には、前記永久磁石および磁界感知素子からなる
磁気システムにおける軟鉄帰路を構成するように軟鉄部
材（５）が配列されており、前記導電端子（６）と前記
集積回路（４）との間の導電接触は、前記集積回路
（４）に対するテープ自動ボンディングによって行われ
ており、各導電端子（６）は、前記集積回路に別々に取
り付けられていることを特徴とする小型電子位置セン
サ。
【請求項２】前記ロータ（１）に組み込まれた前記磁石
（２）は、位置決定回路に最適な磁界変動を得るよう
に、棒状、楕円ディスク状または円形ディスク状である
請求項１記載の小型電子位置センサ。
【請求項３】前記ステータ（３）には、前記ロータ
（１）の回転のための機械的止めが設けられている請求
項１または２記載の小型電子位置センサ。
【請求項４】前記集積回路（４）は、該回路における電
流を分割するための２以上のドレインを有する少なくと
も１つの磁界効果型トランジスタ（MAGFET）を備える請
求項１記載の小型電子位置センサ。
【請求項５】前記集積回路（４）は、円形状に配置され
た複数の磁界感知素子と、各素子からの信号を互いに比
較してデジタルコードに変換される一連のデジタル信号
を発生する複数の比較器とを含む請求項１記載の小型電
子位置センサ。
【請求項６】前記集積回路（４）は、相互に互いにずら
された少なくとも２つの磁界感知素子と、２つの相互に
ずらされた素子からの信号の間の関係をアナログ的に測
定して測定された信号をデジタルコードに変換する少な
くとも１つの比較器および１つのA/D変換器とを含む請
求項１記載の小型電子位置センサ。
【請求項７】前記２つの相互にずらされた磁界感知素子
からの信号の間の関係を計算するために二重スロープA/
D変換器が使用される請求項６記載の小型電子位置セン
サ。
【請求項８】前記集積回路（４）は、電気接続線の形の
直列データラインを備えており、該直列データラインを
介して、０および１に対応する２進数字が伝送され、前
記２進数字は、低い電圧および高い電圧、または、その
逆でそれぞれ対応している請求項１記載の小型電子位置
センサ。
【請求項９】前記集積回路（４）は、ポテンショメータ
または可変抵抗器を備えており、該位置センサを回転ポ
テンショメータとして作動させるようにしている請求項
１記載の小型電子位置センサ。
【請求項１０】前記集積回路（４）は、前記ステータ
（３）に対する前記ロータ（１）の位置によって増幅度
を決定するように可変増幅度を有する増幅器を備えてい
る請求項１記載の小型電子位置センサ。