JP4894840B2 - 物理量検出装置 - Google Patents
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Description
また、制御演算手段が、位置検出手段による検出結果に基づき、可動物体を所定位置に保持するための制御量を演算し、その制御量に応じて制御電圧発生手段から制御電圧を発生させて、複数の静電支持用電極に印加させることで、可動物体を所定位置に制御する。また、制御演算手段は、位置検出手段による検出結果から、可動物体に加わった物理量(加速度等)を検出する。
よって、本発明の物理量検出装置によれば、位置制御用の制御電圧として、PWM信号等の電圧値が急峻に変化する信号を使用しても、制御電圧の変化によって生じるノイズ成分が位置検出信号に重畳されることはなく、可動物体の位置検出、延いては、物理量の検出を、高精度に実行することができるようになる。
すなわち、請求項8に記載の物理量検出装置において、位置検出手段は、遅延素子を複数段縦続接続してなるパルス遅延回路を備え、このパルス遅延回路に対し、各遅延ユニットの遅延時間を制御する信号として、共通電極から得られる前記各位置検出用搬送波の合成信号を入力すると共に、パルス遅延回路に対し、パルス信号を前記各遅延ユニットの遅延時間にて順次遅延しながら伝送させる。
図1は本発明が適用された物理量検出装置の構成を表す概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態の物理量検出装置は、筒状の側壁2と、その両端開口部を密閉する一対の蓋体3、4とで構成されるケース5内(図はケース5を分解した状態を表す)に、円板状の浮上物体8を静電浮上可能に収納したセンサ本体1を備える。なお、浮上物体8は本発明の可動物体に相当する。
図2に示すように、本実施形態の物理量検出装置には、上述した静電支持用電極10〜16、21〜28を構成する一対の電極a、bに、それぞれ、浮上物体8の位置制御用の制御電圧を印加する制御電圧印加回路42と、各静電支持用電極10〜16、21〜28に、それぞれ、位置検出用搬送波を印加する位置検出用搬送波供給回路44と、各静電支持用電極10〜16、21〜28から浮上物体8に印加された信号を、共通電極29を介して取り込み、その取り込んだ信号から位置検出用搬送波を同期検波することにより、各静電支持用電極10〜16、21〜28と浮上物体8との相対位置を検出する位置検出回路46と、この位置検出回路46による検出結果に基づき、制御電圧印加回路42が各静電支持用電極10〜16、21〜28に印加する制御電圧を制御することで、浮上物体8をケース5内の所定位置に制御すると共に、位置検出回路46による検出結果に基づき外部からケース5に加わったX軸、Y軸及びZ軸方向の加速度、及び、X軸及びY軸周りの角速度を算出する制御演算回路40と、が備えられている。
次に、位置検出回路46は、図2に示すように、共通電極29からの入力電流Ipを電圧値に変換する電流電圧変換回路47と、この電流電圧変換回路47からの出力を増幅するアンプ48と、このアンプ48で増幅された電圧信号から上記各搬送波S1〜S6を同期検波することで、各搬送波S1〜S6に対応した電極位置での浮上物体8の位置を表す位置信号を検出する復調装置50とから構成されている。
図4(b)に示すように、移動平均回路34は、パルス信号Pinを所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延ユニット51を複数段リング状に接続することにより、パルス信号Pinを周回させるパルス遅延回路(リングディレイライン:RDL)38と、パルス遅延回路38内でのパルス信号Pinの周回回数をカウントするカウンタ52と、サンプリング信号CKSの立上がり(又は立下がり)タイミングで、パルス遅延回路38内でのパルス信号Pinの到達位置を検出(ラッチ)し、その検出結果を、パルス信号Pinが通過した遅延ユニット51が先頭から何段目にあるかを表す所定ビットのデジタルデータに変換して出力するラッチ&エンコーダ54と、同じく、サンプリング信号CKSの立上がり(又は立下がり)タイミングでカウンタ52によるカウント値をラッチするラッチ回路56と、このラッチ回路56からの出力を上位ビットデータb、ラッチ&エンコーダ54からの出力を下位ビットデータaとするデジタルデータDtを取り込み、そのデジタルデータDtの前回値と最新値との偏差を求めることにより、サンプリング信号CKSの一周期内にパルス信号Pinが通過した遅延ユニット51の個数を表すデジタルデータDTを算出する減算部58と、を備える。
例えば、上記実施形態では、制御電圧印加回路42は、デューティ制御されたPWM信号にて出力トランジスタをオン/オフさせることで、各静電支持用電極に位置制御用の制御電圧を印加するものとして説明したが、その電圧制御には、例えば、振幅が異なるパルス信号を合成した信号(換言すれば3値以上の電圧値に不連続に変化する信号)を用いるようにしてもよく、パルス密度変調信号(PDM信号)、若しくは、パルス振幅変調信号(PAM信号)を用いるようにしてもよい。
Claims (8)
- 複数の静電支持用電極にて静電支持された可動物体を所定位置に保持するための制御電圧を発生する制御電圧発生手段と、
前記静電支持用電極に位置検出用信号を加えて前記可動物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づき、前記可動物体を所定位置に保持するための制御量を演算し、その演算した制御量に従い前記制御電圧発生手段から前記制御電圧を発生させて前記複数の静電支持用電極に印加させることで、前記可動物体を所定位置に制御すると共に、前記位置検出手段による検出結果から、前記可動物体に加わった物理量を検出する制御演算手段と、
を備えた物理量検出装置において、
前記複数の静電支持用電極間において、前記位置検出手段による位置検出期間、及び、前記制御演算手段が前記制御電圧発生手段から制御電圧を発生させて前記可動物体の位置を制御する位置制御期間、がそれぞれ一致し、しかも、各静電支持用電極において前記位置検出期間と前記位置制御期間とが重複することのないよう、前記複数の静電支持用電極間で共通の前記位置検出期間及び前記位置制御期間を、所定周期で交互に発生させる検出/制御期間設定手段、
を設けたことを特徴とする物理量検出装置。 - 前記検出/制御期間設定手段は、前記位置制御期間を前記位置検出期間よりも長く設定することを特徴とする請求項1に記載の物理量検出装置。
- 前記可動物体は、前記可動物体を静電支持するための複数の静電支持用電極と、前記可動物体から信号を取り出すための共通電極とが設けられたケース内に設けられ、
前記制御電圧発生手段は、前記複数の静電支持用電極に前記制御電圧を印加することで、前記可動物体を前記ケース内で変位させ、
前記位置検出手段は、前記各静電支持用電極毎に周波数が設定された位置検出用搬送波を前記各静電支持用電極に印加して、前記各静電支持用電極から前記可動物体に印加された信号を前記共通電極を介して取り込み、その取り込んだ信号から前記各位置検出用搬送波を同期検波し、
前記制御演算手段は、前記位置検出手段による前記各位置検出用搬送波の同期検波結果に基づき前記制御電圧発生手段を駆動し、前記制御電圧発生手段から前記各静電支持用電極に印加される制御電圧を制御することで、前記可動物体を所定位置に制御すると共に、前記同期検波結果から加速度若しくは角速度を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の物理量検出装置。 - 前記制御電圧発生手段は、前記制御電圧として、2値以上の不連続な電圧値を生成することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の物理量検出装置。
- 前記制御電圧発生手段は、前記制御電圧として、パルス幅変調信号、パルス密度変調信号、若しくは、パルス振幅変調信号を生成することを特徴とする請求項4に記載の物理量検出装置。
- 前記制御電圧発生手段は、遅延素子の遅延時間を時間分解能として周期及びパルス幅を計時することで、前記制御電圧としてのパルス幅変調信号を生成することを特徴とする請求項5に記載の物理量検出装置。
- 前記位置検出手段は、前記位置検出用搬送波として、同一周波数で位相が90度異なる2種類の搬送波を複数組用いることを特徴とする請求項3に記載の物理量検出装置。
- 前記位置検出手段は、
遅延素子を複数段縦続接続してなるパルス遅延回路を備え、
該パルス遅延回路に対し、前記各遅延ユニットの遅延時間を制御する信号として、前記共通電極から得られる前記各位置検出用搬送波の合成信号を入力すると共に、
前記パルス遅延回路に対し、パルス信号を前記各遅延ユニットの遅延時間にて順次遅延しながら伝送させ、
前記位置検出用搬送波の中で最も周波数が高い信号の4倍の周波数に相当する周期毎に、前記パルス遅延回路内でパルス信号が通過した遅延ユニットの段数をカウントして、そのカウント結果を、前記各位置検出用搬送波の周期に同期して加減算することにより、前記各位置検出用搬送波を同期検波することを特徴とする請求項7に記載の物理量検出装置。
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