JPH0415516A

JPH0415516A - 変位測定回路

Info

Publication number: JPH0415516A
Application number: JP2119607A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kawatoko; 修川床; Satoshi Adachi; 聡安達
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-20
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPH0721418B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、変位検出器からのセンサ出力信号を入力し変
位測定結果を出力する変位測定回路に関し、特に静電容
量式変位センサを使用した小型変位測定装置に好適の変
位測定回路に関する。

［従来の技術］静電容量式センサを使用した変位測定装置は、小型で且
つ低消費電力という特徴を有しているため、ディジタル
式のマイクロメータ、ノギス及びハイドゲージのような
小型の変位測定装置に利用されることが多い。

一般的な静電容量式センサでは、スケール上を移動する
スライダに所定ピッチで複数の供給電極を配設し、これ
ら供給電極にパルス信号を所定角度ずつ位相をずらして
供給する。そして、これらの供給電極とスケール上に配
置された検出電極との間の容量が両者の相対位置によっ
て変化することを利用して、検出信号の位相情報を検出
電極側から取り出すことで、スケールとスライダとの間
の相対変位を求めるようにしている。また、通常、スラ
イダ上には供給電極とは絶縁された状態で受信電極が設
けられ、検出電極で検出された信号を、これと容量結合
された受信電極から取り出すことがなされている。これ
により、スライダ上に、」１記供給電極及び受信電極の
他、これらの電極にパルス信号を供給したりセンサ出力
を検出するための電子回路、測定結果表示用の液晶デイ
スプレィ及びキーマ）　ＩＪクス等の変位測定回路を搭
載することができる。また、センサの小型化の観点から
、」−記変位測定回路の主要部分にディジタル回路とア
ナログ回路が混在した１チツプＩＣを使用するとともに
、これら回路を小型基板上に実装するケースが増えてい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このようなアナログ・ディジタル混在の
ＩＣを使用した変位測定回路では、変位センサの受信電
極と接続されるＩＣのアナログ入力端子に、ディジタル
回路からのクロストークによってディジタル信号ノイズ
がのることが多い。

このようなりロストークは、基板上にシールドパターン
を形成する等の基板パターンの設計」二の工夫によっで
ある程度改善することは可能であるが、前述したように
、この種の測定器では、基板の小型化が設計」二の課題
であり、これがために有効なシールドがとれず、変位測
定器の精度が低下すると共に、計測値が不安定になって
表示ちらつきが発生するという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
小型基板でも安定した良好な測定精度が得られると共に
、表示ちらつきの低減を図ることができ、これにより基
板設計の自由度を大幅に高めることができ、基板の小型
化及び設計期間の短縮を図ることが可能な変位測定回路
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る変位測定回路は、変位検出器からのセンサ
出力信号を入力するアナログ入力回路と、このアナログ
入力回路の出力に対し所定の信号処理を施すと共に周辺
回路を駆動するディジタル信号を出力するディジタル回
路とが同一基板上に配設されて構成された変位測定回路
において、前記アナログ入力回路は、入力同期信号に同
期して前記センサ出力信号をサンプリングし入力するス
イッチトキャパシタ型の入力回路であり、前記ディジタ
ル回路は、前記アナログ入力回路の非サンプリング期間
に前記ディジタル信号の出力状態を変化させるものであ
ることを特徴とする。

［作用］本発明によれば、変位検出器からのセンサ出力信号を入
力するアナログ入力回路をスイッチトキャパシタ型の入
力回路とし、この入力回路と同一基板」−に配置された
ディジタル回路から出力されるディジタル信号の出力状
態を、前記アナログ入力回路の非サンプリング期間に変
化させるようにしている。このため、アナログ入力信号
ラインにディジタル信号ラインからのノイズが乗った場
合でも、このノイズが発生する期間は、アナログ入力信
号の取り込みを行なっていない期間であって、クロスト
ークの問題が発生することはない。

従って、本発明によれば、小型の基板でも安定した良好
な測定精度が得られると共に、表示ちらつきの低減を図
ることができ、これにより基板設計の自由度を大幅に高
めることができ、基板の小型化及び設計期間の短縮を図
ることができる。

［実施例］以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る変位測定装置の電気的構
成を示すブロック図である。

この変位測定装置は、静電容量式センサ１と、同一基板
上に形成された変位測定回路９とにより構成され、例え
ばディジタルマイクロメータ、ディジタルノギス等の小
型計測器に搭載されるようになっている。

変位測定回路９は次のように構成されている。

即ち、静電容量式センサ１からのセンサ出力信号は、ア
ナログ入力回路であるスイッチトキャパシタ型信号検出
回路２に入力されている。スイッチトキャパシタ型信号
検出回路２は、センサ出力信号を所定のタイミングで入
力し、スケールとスライダとの間の変位を示す位相信号
を出力する。この位相信号はディジタル信号処理回路３
に入力されている。ディジタル信号処理回路３は、後述
するタイミング調整回路４と共にディジタル回路を構成
し、入力された位相信号に基づいて測定結果を算出する
と共に、算出結果の表示及び静電容量式センサ１への駆
動パルスの供給等を行なうため、種々のディジタル信号
を出力する。このディジタル信号は、タイミング調整回
路４にてタイミング調整され、液晶表示装置（以下、Ｌ
ｃＤと呼ぶ）５、キーマトリクス６及び周辺回路７の駆
動信号として供給されている。キーマトリクス６は、表
示内容のプリセット、ホールド及び表示切換え等の情報
をディジタル信号処理回路３に入力する。

また、周辺回路７は、回路の電源電圧低下検出機能、オ
ートスリーブ機能及びデータ出方機能等を持つ回路であ
る。

以上の回路のうち、スイッチトキャパシタ型信号検出回
路２、ディジタル信号処理回路３及びタイミング調整回
路４は、信号処理用ＩＣ８とじて１チツプ化されている
。

静電容量式センサ１は、例えば第２図に示すように構成
されている。スケール１１は、例えばマイクロメータに
おけるスピンドルに設けられている。また、スケール１
１に対して移動するスライダ１２は、フレーム側に内蔵
されている。スライダ１２には、複数の供給電極１３が
所定ピッチで形成されている。これらの供給電極１３と
対向するスケール１１側には、供給電極１３の幅及びピ
ッチの例えば３倍の幅及びピッチで複数の検出電極１４
が配設されている。更に１図では異なっているが、実際
にはスライダ１２側に、複数の検出電極１４と容量結合
された受信電極１５が、供給電極１３とは絶縁された状
態で配置されている。

供給電極１３は例えば２つおきに共通接続されて３つの
電極群を形成している。これらの電極群には、ディジタ
ル信号処理回路３から夫々３相の長い周期の信号を高周
波でチョップした駆動信号Ｒ１Ｓ、Ｔが供給されている
。また、受信電極１５で受信された信号は、センサ出力
信号としてスイッチトキャパシタ型信号検出回路２に出
力されている。

スイッチトキャパシタ型信号検出回路２は、例えば第３
図に示すように構成されている。

即ち、静電容量式センサ１からのセンサ出力信号が入力
されるアナログ入力端子２１は、アナログスイッチ２２
を介して基準電圧回路２３の出力端に接続されている。

また、アナログ入力端子２１から入力されるセンサ出力
信号は、アナログスイッチ２４及び容量２５を介してボ
ルテージホロワの演算増幅器２６の非反転入力端子に入
力されると共に、アナログスイッチ２７及び容量２８を
介してボルテージホロワの演算増幅器２９の非反転入力
端子に入力されている。アナログスイッチ２４．２７は
、夫々５ＹＮＣＩ　、　５ＹＮＣ２信号によって、また
、アナログスイッチ２２は、入力同期信号であるＤＩＳ
信号によって夫々オン拳オフ制御されるようになってい
る。これにより、アナログスイッチ２２，２４．２７及
び容量２５．２８でサンプル回路が形成され入力信号を
適当なタイミングで交互にサンプリングするようになっ
ている。

演算増幅器２６．２９の出力は、ＭＩＸ回路３０で差動
合成され、ＬＰＦ　（ローパスフィルタ）回路３１にて
滑らかなアナログ信号にされる。この信号は、コンパレ
ータを構成する演算増幅器３２に入力され、ここで所定
の基準電圧Ｒｅｆと比較されるようになっている。そし
て、この演算増幅器３２の出力が、位相信号ＣＭＰとし
て出力されるようになっている。なお、基準電圧回路２
３は、所定の基準電圧Ｒｅｆを出力する。また、タイミ
ングパルス生成回路３３は、クロック信号ＯＫに基づい
て、アナログスイッチ２２，２４．２７をオン・オフす
るためのタイミング信号を生成出力する。

次にこのように構成された本実施例に係る変位測定装置
の動作について説明する。

静電容量式センサ１の供給電、極１３に第４図に示すよ
うな３相の駆動信号Ｒ，Ｓ、Ｔを供給すると、スライダ
１２が停止状態のときには、駆動信号と同一周期で、そ
の長い周期の成分が駆動信号に対し供給電極１３と検出
電極１４との相対位置によって決定される位相だけずれ
たセンサ出力信号が受信電極１５から出力される。また
、スライダ１２を移動させると、供給電極１３と検出電
極１４との相対位置が変化するので、これに伴ってセン
サ出力信号の位相も変化する。

この信号は、スイッチトキャパシタ型信号検出回路２に
入力される。

第５図は、このスイッチトキャパシタ型信号検出回路２
のタイミングチャートである。

ＤＩＳ信号がハイレベルの期間で、スイッチトキャパシ
タ型信号検出回路２の入力端子２１がディスチャージさ
れ、続いてセンサ出力信号が取り込まれたのちに、５Ｙ
ＮＣＩ　、　５ＹＮＣ２信号で、センサ出力信号が容量
２５．２８に交互にサンプリングされる。従って、演算
増幅器２６．２９は、位相が夫々１８０°異なったサン
プル値を出力する。これらの出力は、ＭＩＸ回路３０に
よって差動合成されることにより同相ノイズが除去され
る。そして、ローパスフィルタ３１によって滑らかな正
弦波状のアナログ値に変換されたのち、演算増幅器３２
で所定の基準電圧Ｒｅｆと比較されて位相信号ＣＭＰと
なって出力される。

このスイッチトキャパシタ型信号検出回路２から位相信
号ＣＭＰが出力されると、ディジタル信号処理回路３は
、位相信号ＣＭＰから変位を計算し、その計算結果を表
示データとしてＬＣＤ５に出力する。このとき、タイミ
ング調整回路４は、第５図に示すように、ＬＣＤ５の駆
動パルスの変化点が非サンプリング期間に合致するよう
にタイミング調整を行う。この非サンプリング期間は、
５ＹＮＣ１又は５ＹＮＣ２によるサンプリングが終了し
て次のディスチャージ期間が終了するまでの期間に相当
する。また、ディジタル信号処理回路３から出力される
周辺回路７及びギーマトリクス６の駆動パルスについて
も、タイミング調整回路４によってタイミング調整がな
され、非サンプリング期間のみディジタル信号の出力状
態が変化するようになっている。

従って、本実施例の装置によれば、センサ出力信号のエ
ツジが検出される期間では、他のディジタル信号の出力
状態が変化することがないので、これらのディジタル信
号が変化する際に発生されるノイズが測定軸果に影響を
及ぼすことはない。

なお、以上の実施例では、アナログ入力回路として、ス
イッチトキャパシタ型信号検出回路２を例にとったが、
アナログ入力回路の構成は、これに限定されるものでは
なく、他のスイッチトキャパシタ型のフィルタ、復調回
路等、入力段に配置される種々の回路を使用することが
できる。

また、変位検出器を駆動する駆動信号は上述したような
チョッパされた駆動信号だけでなく、ＳＩＮ波、台形波
、三角波及び疎密波等の他の信号でも良く、また、特に
３相に限定されるものでもない。

更に、本発明は、静電容量式のみならず、光電式のセン
サを使用した変位測定装置にも適用可能である。

［発明の効果コ以上述べたように本発明によれば、変位検出器からアナ
ログ入力回路にセンサ出力信号が入力されない期間にデ
ィジタル回路からのディジタル信号の出力状態を変化さ
せるようにしたので、ディジタル信号によるクロストー
クがアナログ入力回路に入力されることがない。このた
め、小型基板でも安定した良好な測定精度が得られると
共に、表示ちらつきの低減を図ることができ、これによ
り基板設計の自由度を大幅に高めることができ、基板の
小型化及び設計期間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る変位測定装置のブロック
図、第２図は同装置における静電容量式センサの構成を
示す模式図、第３図は同装置におけるスイッチトキャパ
シタ型信号検出回路の回路図、第４図は同装置における
静電容量式センサへの駆動信号を示す波形図、第５図は
同装置の動作を示すタイミング図である。１；静電容量式センサ、２；スイッチトキャパシタ型信
号検出回路、３；ディジタル信号処理回路、４；タイミ
ング調整回路、５；液晶ディスプレイ、６；キーマトリ
クス、７；周辺回路、８；信号処理用ＩＣ１９；変位検
出回路、１１；スケール、１２；スライダ、１３；供給
電極、検出電極、１５；受信電極１４　；

Claims

【特許請求の範囲】

（１）変位検出器からのセンサ出力信号を入力するアナ
ログ入力回路と、このアナログ入力回路の出力に対し所
定の信号処理を施すと共に周辺回路を駆動するディジタ
ル信号を出力するディジタル回路とが同一基板上に配設
されて構成された変位測定回路において、前記アナログ
入力回路は、入力同期信号に同期して前記センサ出力信
号をサンプリングし入力するスイッチトキャパシタ型の
入力回路であり、前記ディジタル回路は、前記アナログ
入力回路の非サンプリング期間に前記ディジタル信号の
出力状態を変化させるものであることを特徴とする変位
測定回路。
（２）前記変位検出器は、静電容量式変位センサである
ことを特徴とする請求項１に記載の変位測定回路。