WO2017164377A1 - 基板及び位置検出装置 - Google Patents

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WO2017164377A1
WO2017164377A1 PCT/JP2017/012044 JP2017012044W WO2017164377A1 WO 2017164377 A1 WO2017164377 A1 WO 2017164377A1 JP 2017012044 W JP2017012044 W JP 2017012044W WO 2017164377 A1 WO2017164377 A1 WO 2017164377A1
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electrode
substrate
phase
signal
electrodes
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PCT/JP2017/012044
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拓 上田
佳博 鈴木
吉勝 松原
夏目　佳浩
久和 加藤
Original Assignee
ヤマハ株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
    • G01D5/2415—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device that detects a relative position between a stator and a mover that moves on the stator, and a substrate (printed circuit board) that constitutes the stator.
  • Patent Document 2 four electrical signals whose phases are shifted by 90 ° are supplied to the four-phase electrodes on the stator, thereby causing signals induced in the first electrode and the second electrode on the movable element. It is described that the position of the movable element with respect to the stator is measured based on the phase of.
  • the above-described conventional position detection device has a problem that sufficient detection accuracy cannot be ensured when an attempt is made to extend the movable range of the slider. This is because signal leakage occurs between a plurality of signal supply electrodes provided on the stator and a signal extraction electrode. Even in the case where the movable range of the movable element is long, if the distance between the electrodes for supplying signals is increased, the position detection accuracy is deteriorated. Therefore, it is necessary to increase the number by decreasing the distance. As the number of electrodes increases, the signal leakage increases accordingly, and the position detection result is affected as noise that cannot be ignored.
  • the present invention solves such a problem, and makes it possible to accurately detect the relative position between the stator and the movable element moving on the stator even when the movable range of the movable element is long. For the purpose.
  • the substrate of the present invention is a substrate constituting the stator in the position detecting device for detecting the position of the mover moving on the stator, on the first surface of the substrate, A plurality of first electrodes in which n-phase electrodes (where n is an integer of 2 or more) are repeatedly arranged one-dimensionally in the moving direction of the moving element, and the first on the first surface of the substrate
  • a second electrode arranged along the moving direction of the moving element is provided in the vicinity of the electrode, and is more dielectric than the other part of the substrate at a position between the first electrode and the second electrode.
  • a low dielectric constant portion having a low rate is provided.
  • the low dielectric constant portion may be a slit.
  • a shielding member that shields propagation of an electric signal may be provided in a position overlapping the area where the first electrode is disposed in the substrate. Furthermore, it overlaps with the area
  • the position detection device of the present invention provides an n-phase signal to the stator constituted by any one of the above substrates and an n-phase electrode (where n is an integer of 3 or more) of the first electrode. And a third electrode, wherein when the movable element is disposed on the stator, the third electrode includes at least one of the first electrode and the second electrode.
  • the moving element is capacitively coupled to at least a part of an electrode, and the detection unit detects a signal generated in the second electrode in response to supply of a signal by the supply unit by the capacitive coupling.
  • the position detection device is capacitively coupled to at least a part of an electrode, and the detection unit detects a signal generated in the second electrode in response to supply of a signal by the supply unit by the capacitive coupling.
  • the second electrode two electrodes are provided on both sides in the vicinity of the first electrode along the moving direction of the slider.
  • the low dielectric constant part two low dielectric constant parts are provided between each second electrode and the first electrode.
  • Another position detection device of the present invention provides an n-phase signal to the stator composed of the substrate and the n-phase electrode of the first electrode (where n is an integer of 3 or more).
  • the moving element having a supply section to supply and two third electrodes, wherein when the moving element is disposed on the stator, one of the third electrodes is at least one first electrode; and , And at least a part of one of the second electrodes, and the other of the third electrodes is at least one first electrode in a phase opposite to the at least one first electrode, and the second electrode
  • the moving element that is capacitively coupled to at least a part of the other, and a detection unit that detects a difference between the two signals generated in the two second electrodes in response to the supply of the signal by the supply unit by the capacitive coupling; It is the said position detection apparatus provided with.
  • Another substrate of the present invention is an n-phase electrode on a first surface of a substrate constituting the stator in a position detecting device for detecting a position of a mover moving on the stator.
  • n is an integer greater than or equal to 3
  • a second electrode disposed in the vicinity of the first electrode, and on the second surface inside the substrate or on the back side of the first surface at a position overlapping the area where the first electrode is disposed in a plane.
  • N wirings for electrically connecting the plurality of first electrodes of each of the n phases are provided, and the wirings of different phases according to the positions in the arrangement direction of the first electrodes are connected to the n wirings.
  • the n wirings are arranged so as to be closest to the second electrode.
  • the wiring of each phase is positioned closest to the second electrode among the n wirings in a section having an approximately equal length when viewed in the arrangement direction of the first electrode. It is good to arrange in. Further, the plurality of first electrodes of each phase may be connected to the wiring of the phase through through holes formed in the substrate. Further, a shielding member for shielding propagation of an electric signal may be provided at a position between the first surface of the substrate and the n wirings so as to overlap with a region where the first electrode is disposed.
  • the n wirings is divided into two partial wirings at a position overlapping with at least one of the connected first electrodes, and the two partial wirings are the first wirings. It is good to be electrically connected via an electrode.
  • another position detection device of the present invention includes the above-described stator constituted by any one of the above substrates and the n-phase electrode of the first electrode (where n is an integer of 3 or more).
  • the moving part having a supply unit for supplying an n-phase signal through a wiring and a third electrode, and when the moving part is disposed on the stator, the third electrode is The moving element that is capacitively coupled to at least one of the first electrodes and at least a part of the second electrode, and a detection unit that detects a signal generated in the second electrode in response to signal supply by the supply unit. It is the said position detection apparatus provided.
  • the second electrode two electrodes are provided on both sides in the vicinity of the first electrode along the moving direction of the slider.
  • the n wires are different in phase depending on the position in the arrangement direction of the first electrodes, and the second electrode is the most of the n wires. It is arrange
  • the n wirings are connected to the stator composed of the substrate and the n-phase electrode of the first electrode (where n is an integer of 3 or more).
  • the moving part having a supply unit for supplying an n-phase signal and two third electrodes, and when the moving element is disposed on the stator, one of the third electrodes is , At least one first electrode and at least a part of one of the second electrodes, and the other third electrode has at least one first in phase opposite to the at least one first electrode. 2 generated in the two second electrodes in response to the supply of a signal by the supply unit due to the capacitive coupling and the movable element capacitively coupled to at least a part of the other of the electrode and the second electrode.
  • a position detecting device for detecting a difference between the two signals. It is. Further, the present invention can be implemented in any mode such as a system, a method, a program, a recording medium, etc., in addition to being implemented as an apparatus as described above.
  • the relative position between the stator and the mover moving on the stator can be accurately detected even when the movable range of the mover is long. .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. It is a bottom view of the board
  • FIG. 2 is a plan view of a movable element arranged on the substrate shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 in FIG. It is a flowchart of the process which the return control part shown in FIG. 5 performs. It is a figure which shows the structure of the modification of a return control part.
  • FIG. 8 It is a flowchart of the process which the folding
  • FIG. 5 shows a schematic configuration including a detection circuit of the position detection device of the present invention.
  • a position detection apparatus 1 shown in FIG. 5 is an embodiment of the position detection apparatus of the present invention, and includes a substrate 10 (printed circuit board) that is a stator, and a mover 30 (small printed circuit board) that moves on the substrate 10. And a device for detecting and outputting the position of the movable element 30 on the substrate 10.
  • the position of the mover 30 detected by the position detection device 1 is the position of the mover 30 with respect to the substrate 10 and is referred to as an absolute position.
  • the moving path of the moving element 30 is restricted to an appropriate one-dimensional range on the substrate 10 by a known appropriate method such as a rail or a slit.
  • FIG. 1 is a plan view of the substrate 10.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a bottom view showing the arrangement of the wiring electrodes on the back surface of the substrate 1.
  • a substrate 10 shown in FIG. 1 is a hard substrate that is formed of an insulating material such as a resin and does not easily deform.
  • the first layer 10a to the third layer 10c have a three-layer structure, but the material of each layer may be the same or different.
  • various electrodes and wirings are printed on each layer, and are laminated and adhered. It is not essential to form the substrate 10 with a plurality of layers, and only one layer may be used.
  • the signal electrode 11, the extraction electrodes 12a and 12b, and the reference position electrodes 13a and 13b are provided on the first surface of the substrate 10 on the front side in FIG. Further, a gap 14a is provided between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12a, and a gap 14b is provided between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12b.
  • These 11 to 14 are substrate side elements for detecting the position of one movable element 30. If the substrate 10 is sufficiently wide, a plurality of substrate-side elements 11 to 19 corresponding to the plurality of moving elements 30 can be provided on one substrate 10 and the position of each moving element 30 can be measured.
  • the signal electrode 11 is a first electrode in which a plurality of electrodes to which four-phase electrical signals whose phases are shifted from each other by 90 ° are supplied are repeatedly arranged one-dimensionally in the moving direction of the moving element 30.
  • a first phase electrode 11a to which a first phase (+ 0 °) signal is supplied a second phase electrode 11b to which a second phase (+ 90 °) signal is supplied, and a third phase (+ 180 °)
  • the third phase electrode 11c to which the signal is supplied and the fourth phase electrode 11d to which the fourth phase (+ 270 °) signal is supplied are repeatedly arranged in this order.
  • the hatching (dots and diagonal lines) of each electrode in the figure indicates the phase of each electrode. Electrodes with the same hatching are electrodes of the same phase.
  • the extraction electrodes 12a and 12b are provided in the vicinity of both sides of the signal electrode 11, and take out an electric signal induced in the electrode on the movable element 30 side by capacitive coupling in accordance with the electric signal supplied to the signal electrode 11.
  • the second electrode This extraction mechanism will be described in detail later.
  • the reference position electrodes 13a and 13b are provided in the vicinity of the end portions of the extraction electrodes 12a and 12b. In order to extract an electrical signal induced in the electrode on the movable element 30 side when the movable element 30 is in Area 6 shown in FIG. Electrode. This take-out mechanism will also be described in detail later.
  • the gaps 14a and 14b are provided as elongated through holes or slits penetrating all of the first layer 10a to the third layer 10c of the substrate 10. Its width is substantially uniform over its entire length.
  • the air gaps 14 a and 14 b are provided to reduce signal propagation through direct capacitive coupling from the signal electrode 11 to the extraction electrode 12. That is, since direct capacitive coupling is formed between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12 (in the sense that the electrode of the moving element 30 described later is not interposed) by the material of the substrate, the signal electrode 11 has an alternating current. When a signal is supplied, the signal propagates to the extraction electrode 12 through the direct capacitive coupling regardless of the position of the electrode on the movable element 30 side. This signal becomes noise when the position of the moving element 30 is detected. Further, the intensity of the propagated signal is inversely proportional to the capacitive reactance (resistance component) formed directly between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12.
  • the capacitive reactance is reduced by interposing a low dielectric constant portion having a relative dielectric constant lower than that of the substrate between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12 (the symbol “12” is used when the individual is not distinguished). It is possible to increase (decrease capacitance) and suppress signal propagation.
  • the air gaps 14a and 14b are provided in the sense that air having a relative dielectric constant lower than that of the resin that is the material of the substrate 10 (for example, the relative dielectric constant is 2 to 4) is provided. Even if a material having a relative dielectric constant lower than that of the material 10 is filled, the same effect can be obtained.
  • the movable range of the movable element is increased, and as a result, even when the number of signal electrodes 11 is increased, direct signal propagation from the signal electrode 11 to the extraction electrode 12 is suppressed, and the position of the movable element 30 is determined. Can be detected with high accuracy.
  • the capacitive reactance may be increased by increasing the distance between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12, but if the distance is too large, the size of the position detection device 1 increases. As in this embodiment, it is preferable to provide the gaps 14a and 14b with a certain distance.
  • a certain degree of effect can be obtained by providing, for example, a groove penetrating the first layer 10a and the second layer 10b as a gap instead of the through hole.
  • a through hole from the following viewpoint. That is, it is known that when the substrate 10 is placed in an environment with a high humidity of about 90% or more, fine water droplets that are difficult to distinguish with the naked eye are often formed on the surface of the substrate 10. Due to the water droplets, the resistance component between the signal electrode 11 and the extraction electrode 12 decreases, and the signal propagates through this path. This signal also becomes noise when the position of the moving element 30 is detected.
  • the position detection device 1 can accurately detect the position of the moving element 30 even in a high humidity environment.
  • the electrodes provided on the inside of the substrate 10 and the second surface on the back side of the first surface (the surface on the front side in FIG. 3) will be described.
  • the wiring 15 appearing in FIG. 3 (the symbol “15” having no alphabet is used when it is not necessary to distinguish the phases. “Via 19”, “terminal 20” is used. And “barrel 16”), vias 19 and terminals 20 are provided.
  • the wiring 15 is a wiring for electrically connecting a plurality of signal electrodes 11 of the same phase and supplying an electric signal to each signal electrode 11.
  • the via 19 is a connecting portion that electrically connects two electrodes (for example, the wiring 15 and the signal electrode 11) on two different surfaces via a barrel 16 provided in a through hole penetrating the substrate 10, which appears in FIG. 2. .
  • the terminal 20 is a terminal for electrically connecting an external circuit and the wiring 15.
  • a location (for example, a location indicated by an arrow X) where one via 19 is provided at a position where it overlaps with one signal electrode 11 in a plane (overlapping when viewed from a direction perpendicular to the substrate 10).
  • locations where two vias 19 are provided (for example, locations indicated by arrows Y).
  • the wiring 15 is simply connected to the signal electrode 11 (see FIG. 6).
  • the wiring 15 of a certain phase is divided into two left and right partial wirings, and the first partial wiring (15c-1) is connected to the signal electrode 11 through the first connection portion (via 19c-1). Further, it is connected to the second partial wiring (15c-2) through the second connection portion (via 19c-2). Then, the second partial wiring is connected to each signal electrode 11 ahead.
  • the substrate 10 is provided with four-phase wirings 15 a to 15 d corresponding to the four-phase signal electrodes 11. Then, as shown in FIG. 3, the wirings 15 of different phases according to the positions in the arrangement direction of the signal electrodes 11 are arranged so that each phase has a position closest to the extraction electrode 12 among the four-phase wirings 15. The arrangement of the wiring 15 in the vertical direction in FIG. The place where the two vias 19 are provided at a position overlapping with one signal electrode 11 in the above-described manner is provided when the wiring straddles another wiring for this replacement.
  • the wirings 15 of each phase are positioned so as to be closest to the extraction electrode 12 among the four-phase wirings 15 in a section having an approximately equal length when viewed in the arrangement direction of the signal electrodes 11.
  • the “position closest to the extraction electrode 12” includes “a position closest to the extraction electrode 12a” and “a position closest to the extraction electrode 12b”. "Is good.
  • a direct capacitive coupling is formed between the wiring 15 located closest to the extraction electrode 12a and the extraction electrode 12a as shown by an arrow A.
  • a capacitive coupling indicated by an arrow B is also formed between the wiring 15 located closest to the extraction electrode 12b and the extraction electrode 12b. Then, the AC signal supplied to the wiring 15 through these capacitive couplings is propagated to the extraction electrodes 12a and 12b and becomes noise when the position of the moving element 30 is detected.
  • the substrate 10 is provided with shielding electrodes 17, 18a, 18b on the second layer 10b inside.
  • These shielding electrodes 17, 18a, 18b are all electrodes connected to the ground and function as shielding members that shield the propagation of electrical signals.
  • the shield electrode 17 is provided at a position overlapping the area where the signal electrode 11 is arranged in a plane, and propagates an electric signal between the signal electrode 11, the wiring 15 and the via 19 without passing through the barrel 16. It is provided to prevent it.
  • the shield electrode 17 is not provided at the position of the barrel 16, and a hole (antipad) having a size slightly larger than the barrel 16 is provided in the shield electrode 17 so that the shield electrode 17 and the barrel 16 do not contact each other. .
  • the shielding electrodes 18a and 18b are provided to prevent the propagation of noise signals from the outside to the extraction electrodes 12a and 12b, respectively. However, the shielding electrodes 18a and 18b are provided so as to avoid a position overlapping the extraction electrodes 12a and 12b in a plane. This is because the capacitive coupling of the arrow A and the arrow B increases when provided in a position overlapping in a plane, and leakage from the wiring 15 to the extraction electrodes 12a and 12b increases.
  • FIG. 4 is a plan view of the mover 30.
  • the mover 30 is configured by arranging (printing) mover electrodes 32a and 32b as third electrodes on the surface of the substrate 31 on the back side in FIG.
  • the mover electrode 32a includes a first facing portion 33a and a third facing portion 33c that face the signal electrode 11, and a signal extraction portion 35a that faces the extraction electrode 12a.
  • the mover electrode 32b includes a second facing portion 33b and a fourth facing portion 33d that face the signal electrode 11, and a signal extraction portion 35b that faces the extraction electrode 12b.
  • FIG. 5 shows a state in which the mover 30 is disposed on the substrate 10.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG.
  • the mover electrodes 32 a and 32 b are on the back side of the substrate 31, but are shown by solid lines for easy viewing of the drawing.
  • the first facing portion 33 a and the third facing portion 33 c of the mover electrode 32 a face the electrode of any phase of the signal electrode 11 depending on the position of the mover 30.
  • the dimensions are opposite to the electrodes of the same phase separated by exactly one cycle.
  • an electric signal is supplied to the signal electrode 11, an electric signal is also induced in the first opposed portion 33a and the third opposed portion 33c by capacitive coupling accordingly. And since it is facing the electrode of the same phase, the electric signal of the same phase is induced in the 1st opposing part 33a and the 3rd opposing part 33c. This electrical signal is transmitted to the signal extraction part 35a. Then, when an electric signal is generated in the signal extraction portion 35a, an electric signal is also induced by capacitive coupling in the extraction electrode 12a facing the signal extraction portion 35a.
  • the electrical signal induced in the extraction electrode 12a depends on which phase of the signal electrode 11 the first opposed portion 33a and the third opposed portion 33c are opposed to, that is, in which position the moving element 30 is located.
  • the phase will be different. For example, if the first opposing portion 33a and the third opposing portion 33c are positions facing only the first phase electrode 11a, an electrical signal having the same phase as that of the first phase is induced in the extraction electrode 12a. Further, as in the example of FIG. 5, if the position just covers both the second phase electrode 11 b and the third phase electrode 11 c, the extraction electrode 12 a has a phase intermediate between the second phase and the third phase (the first phase). An electrical signal of the phase of the signal obtained by adding the two-phase and third-phase signals is induced.
  • a signal having a phase that continuously changes in accordance with the position of the moving element 30 is induced in the extraction electrode 12a even when it is in another position.
  • the phase changes 360 ° (equivalent to one period) every time the movable element 30 moves the signal electrode 11 for four phases, that is, one area indicated by “Area” in FIG. Therefore, the position of the movable element 30 in each region can be detected based on the phase of the electrical signal induced in the extraction electrode 12a.
  • the signal electrode 11 facing the second facing portion 33b and the fourth facing portion 33d is an electrode of a different phase that is shifted by two phases from the signal electrode facing the first facing portion 33a and the third facing portion 33c. is there.
  • the phases of the electrical signals of the respective phases are different by 90 °, they are opposed to the signal electrode 11 having the opposite phase as compared with the case of the first opposing portion 33a and the third opposing portion 33c. Therefore, the electrical signal induced in the extraction electrode 12b is in the opposite phase to the electrical signal induced in the extraction electrode 12a.
  • the signal is amplified and applied to both the extraction electrodes 12a and 12b. The common noise signal is canceled, and the detection accuracy of the position of the moving element 30 is improved.
  • the above “Area” is divided on the basis of the position of the first facing portion 33a, and the position where the center of the first facing portion 33a and the center of the first phase electrode 11a overlap each other, The area is separated.
  • the position detection apparatus 1 six areas “Area 1” to “Area 6” are provided.
  • the signal extraction portions 35a and 35b face not only the extraction electrodes 12a and 12b but also the reference position electrodes 13a and 13b. Accordingly, only when the movable element is “Area 6”, an electric signal that can be detected is induced in the reference position electrodes 13a and 13b through the signal extraction portions 35a and 35b by capacitive coupling. On the contrary, when the moving element is not in “Area 6”, only a weak electric signal is induced. Therefore, when an electrical signal having a predetermined intensity or more is output from the reference position electrodes 13a and 13b, the movable element 30 is in “Area 6”. By combining this with the phase of the electrical signal from the extraction electrodes 12a and 12b, the position of the movable element 30 in “Area 6” can be specified.
  • the position of “Area 6”, that is, the position where the reference position electrodes 13a and 13b are provided is not limited to this example, and may be provided anywhere.
  • the reference position electrodes 13a and 13b may be provided outside the extraction electrodes 12a and 12b, and the signal extraction portions 35a and 35b may be provided to extend to the outside of the extraction electrodes 12a and 12b.
  • space saving can be realized by providing the reference position electrodes 13a and 13b on the extended lines of the extraction electrodes 12a and 12b as in this embodiment.
  • the movable range of the slider is set so that the right end of the extraction electrodes 12a and 12b covers the reference position electrodes 13a and 13b, and cannot move further to the right. Is good.
  • the configuration blocks 41 to 51 of the position detection apparatus 1 shown in FIG. 5 may all be mounted on the substrate 10, or a part may be mounted on the substrate 10 and the rest may be mounted on another substrate. .
  • Each block indicated by a rectangular frame in FIG. 5 may be configured by a dedicated circuit, or the function may be realized by causing a processor to execute a required program.
  • the position detection apparatus 1 includes, for example, a counter 41, a waveform table 42, output units 43 and 44, a differential amplifier 45, a comparator 46, a phase difference detection unit 47, a level determination unit 48, a loopback control unit 49, a correction table 50, and a filter. 51 is provided.
  • the counter 41 counts a predetermined clock (for example, several MHz to several tens of MHz) in a free run, and outputs a count value that is a phase of an electric signal supplied to the signal electrode 11.
  • a predetermined clock for example, several MHz to several tens of MHz
  • counting from 0 to 127 is repeated, and the frequency is several tens kHz to several hundreds kHz.
  • the count values of the counter 41 are, for example, 0 corresponds to 0 °, 32 corresponds to 90 °, 64 corresponds to 180 °, and 96 corresponds to 270 °, and are supplied to the waveform table 42 and the phase difference detection unit 47.
  • the waveform table 42 is a table in which sample values of sine waves for at least a quarter period are stored. Samples of sine waves (sin) and cosine waves (cos) in the phases with the count value from the counter 41 as a phase. Generate a value.
  • the waveform table 42 outputs the cos sample value to the output unit 43 and the sin sample value to the output unit 44.
  • the output units 43 and 44 convert the input sample values into analog signals, amplify the power in the normal phase and the reverse phase, and output the amplified signals.
  • the analog signals of the respective phases from the output devices 43 and 44 are supplied to the signal electrode 11 via the terminals 20 and the wirings 15 of the corresponding phases.
  • a cosine wave ( ⁇ cos) of the reverse phase of the fourth phase (+ 270 °) goes to the fourth phase electrode 11d, and from the non-inverted output, the positive phase of the second phase (+ 90 °).
  • the cosine wave (cos) is supplied to the second phase electrode 11b.
  • a positive sine wave (sin) of the third phase (+ 180 °) is sent to the third phase electrode 11c, and from the inverted output, the reverse of the first phase (+ 0 °) is given.
  • a phase sine wave (-sin) is supplied to the first phase electrode 11a.
  • the differential amplifier 45 outputs a difference signal between the electrical signal from the extraction electrode 12a and the electrical signal from the extraction electrode 12b.
  • the extraction electrode 12a side is positive, and the extraction electrode 12b side is negative.
  • the comparator 46 outputs a pulse signal to the phase difference detection unit 47 at a timing when the output of the differential amplifier 45 changes from minus to plus.
  • the phase difference detection unit 47 latches the count value of the counter 41 at the timing when the pulse signal is input from the comparator 46, and returns the difference between the latched count value and the reference count value Ref as the phase difference Pa. It supplies to the control part 49.
  • the differential amplifier 45, the comparator 46, and the phase difference detection unit 47 correspond to a detection unit.
  • the phase count is latched according to the pulse signal from the comparator 46.
  • the value is used as a reference count value.
  • this signal changes from minus to plus at the timing of the phase 180 ° and the reference count value is 64. Therefore, 64 may be subtracted from the latched count value.
  • the count value 0 is associated with 180 °
  • the reference count value of the first phase can be set to 0, and this subtraction can be omitted.
  • the first phase may not be used as a reference, but another phase (for example, the third phase) may be used as a reference.
  • the second phase is cos, so this signal is changed from negative to positive.
  • the timing changes to 270 °.
  • the latched count value is 96, and by subtracting 64, the phase difference Pa becomes 32 (+ 90 °).
  • the phase difference Pa is, for example, 0 when the signal electrode 11 facing the first facing portion 33a is in the first phase, 32 when in the second phase, 64 when in the third phase, and 96 when in the fourth phase.
  • the level determination unit 48 determines whether or not the intensity of the electrical signal from the reference position electrode 13a is equal to or greater than a predetermined value. If there is, the signal A6 indicating that the movable element 30 is “Area6” is set to “1”. Otherwise, it is set to “0” and output to the loopback control unit 49.
  • the loopback control unit 49 calculates the absolute position Ps of the moving element 30 based on the phase difference Pa from the phase difference detection unit 47 and the signal A6 from the level determination unit 48 by a process described later with reference to FIG. .
  • the correction table 50 corrects the absolute position Ps calculated by the folding control unit 49. Since the relationship between the position of the moving element 30 and the phase of the electric signal from the extraction electrodes 12a and 12b is not completely linear, it is corrected so as to be linear. Note that the correction table 50 may be arranged in the preceding stage of the folding control unit 49 so that the phase difference Pa from the phase difference detection unit 47 is corrected to be position linear.
  • the filter 51 removes a sudden change from the absolute position after correction by the correction table 50. This removal may be performed by low-pass filter processing for passing through a low band, or by averaging data for a predetermined time. In addition, an appropriate method can be adopted.
  • the output of the filter 51 is output from the position detection device 1 as the position PD of the moving element 30.
  • the supply circuits 41 to 44 shown in FIG. 5 input four-phase electric signals in parallel to the plurality of substrates 10, and the detection circuits 41 and 45 to 51 are connected to the plurality of substrates 10. A plurality of electrical signals may be received in parallel from the extraction electrodes 12a and 12b, processed in a time-sharing manner, and the position of the movable element 30 on each substrate 10 may be detected.
  • FIG. 7 is a flowchart of the processing.
  • the loopback control unit 49 acquires the signal A6 at that time and starts the process shown in the flowchart of FIG. Note that t is the activation count of the processing in FIG. 7, Pa (t) indicates the data acquired this time, and Pa (t ⁇ 1) indicates the data acquired last time.
  • the loopback control unit 49 first determines whether or not the value of the current signal A6 (t) is “1” (S11). If this is No, it will progress to Step S12. Here, the loopback control unit 49 first obtains the difference (7 bits) between the current phase difference Pa (t) and the previous phase difference Pa (t ⁇ 1) as the movement amount MA (S12).
  • the phase difference Pa is 7 bits in all cases, and the movement amount MA obtained by discarding the overflow in this subtraction is in the range of ⁇ 64 to +63.
  • the loopback control unit 49 substitutes the value of the most significant bit of the movement amount MA in step S12 for the movement direction DIR (S13).
  • the frequency of the four-phase signal is as high as several tens of kHz to several hundreds of kHz, it is basically impossible for the phase difference Pa to fluctuate more than 1 ⁇ 2 period within one period.
  • the loopback control unit 49 compares the current phase difference Pa (t) with the previous phase difference Pa (t ⁇ 1), and outputs a determination result BIG (S14).
  • the value of BIG is “0” when the phase difference Pa (t) is large and “1” when the phase difference Pa (t) is small.
  • step S11 since the mover 30 is in “Area6”, the value “6” is set to the current area number AN (t) (S16).
  • the loopback control unit 49 outputs an absolute position Ps (t) in which the currently obtained AN (t) is the upper 3 bits and the current phase difference Pa (t) is the lower 7 bits.
  • S17), AN (t) and Pa (t) are stored for reference as the previous AN and Pa in the next processing (S18), and the processing is terminated.
  • the folding control unit 49 can generate and output the absolute position Ps (t).
  • the entire scale which is the movable range of the movable element 30 is divided into a plurality of areas, and the absolute position Pa in the area is obtained using the four-phase signal electrodes 11 for each area.
  • the accumulated value AN of the movement across the area is detected, and the absolute position in the entire scale is obtained from the absolute position Pa in the area and the accumulated value AN.
  • the level determination unit 48 determines that the moving element 30 has a specific position (phase difference Pa (t)) of “Area 6” based on the strength of the electric signal generated in the reference position electrode 13a by capacitive coupling. Detect that it is in the corresponding position.
  • FIG. 8 shows a folding control unit 49 ′ in this modification.
  • the folding control unit 49 ′ shown in FIG. 8 calculates the absolute position Ps based on only the movement amount MA calculated from the phase difference Pa without using the phase difference Pa outside the area 6 as shown in FIG. This is different from the folding control unit 49. More specifically, the folding control unit 49 ′ executes the position detection process of FIG. 9 instead of the position detection process of FIG.
  • the loopback controller 49 ′ acquires the signal A6 at that time and starts the processing shown in the flowchart of FIG.
  • the loopback control unit 49 ′ first determines whether or not the value of the current signal A6 (t) is “1” (S31). If this is No, the loopback control section 49 ′ first calculates the difference between the current phase difference Pa (t) and the previous phase difference Pa (t ⁇ 1) in 7 bits, and uses that value as the movement amount MA. (S32). This calculation is the same as step S12 in FIG. Next, the return control unit 49 ′ adds the movement amount MA obtained in step S32 to the previous absolute position Ps (t ⁇ 1) to obtain the current absolute position Ps (t) (S33).
  • step S31 As in the case of Yes in step S11 of FIG. 7, it can be seen that the mover 30 is in “Area6”, so the upper 3 bits of the absolute position Ps (t) are set to The absolute position of this time can be generated with “6” indicating “Area6” and the value of the lower 7 bits as Pa (t) (S34). In either case, the generated absolute position Ps (t) is output, and Pa (t) and Ps (t) are stored for reference during the next process (S35), and the process ends. Also by the above process, the absolute position Ps (t) can be obtained as in the case of the process of FIG.
  • FIGS. 10 and 11 Modifications of Signal Electrode: FIGS. 10 and 11
  • FIGS. 10 and 11 show the signal electrode 11 and the electrode on the moving element 30 side in different modifications.
  • the same reference numerals are used for portions corresponding to the above-described embodiment.
  • the point which the hatching provided to the electrode shows the phase of the electrode is the same as embodiment mentioned above. The same applies to each modified example described below.
  • the signal electrodes 11 of each phase are configured in a triangular shape, and in the diagram of the region in which the signal electrodes 11 are arranged, the horizontal center lines are set as symmetry axes, and the positions are reversed to mutually symmetrical positions.
  • Phase signal electrodes 11 are arranged.
  • the third phase electrode 11c is arranged at a position symmetrical to the first phase electrode 11a
  • the fourth phase electrode 11d is arranged at a position symmetrical to the second phase electrode 11b.
  • the four-phase signal electrodes 11 are repeatedly arranged one-dimensionally when viewed along the moving direction of the moving element 30 on both the upper side and the lower side of the symmetry axis.
  • the signal electrode 11 is “one-dimensional” if it is arranged along a certain line, whether it is a straight line or a curved line. As in this example, there may be a plurality of columns.
  • the mover electrodes 36 a and 36 b of the corresponding sizes are arranged on the mover 30 side.
  • the mover electrode 36a capacitively couples the signal electrode 11 and the extraction electrode 12a arranged in the upper stage in the drawing.
  • the mover electrode 36b capacitively couples the signal electrode 11 and the extraction electrode 12b arranged in the lower stage in the drawing.
  • the mover electrodes 36a and 36b are opposite to each other. A phase signal is induced, and the signal can be amplified by taking the difference between the two signals as in the above-described embodiment.
  • the mover electrode 36 a always faces two or three signal electrodes 11. However, the phase of the sum of the electrical signals induced in the mover electrode 36a substantially matches the phase of the signal obtained by adding the electrical signals of the opposing signal electrodes 11 by weighting according to the opposing area. Since the signal electrode 11 has a triangular shape, the phase of the electric signal changes more linearly with respect to the position of the moving element. As the mover 30 moves, the phase of the electrical signal induced in the mover electrode 36a gradually changes, as in the above-described embodiment. As in the case of the above-described embodiment, an electric signal induced in the extraction electrode 12a due to capacitive coupling by the movement electrode 36a is taken out, and the position of the movement 30 can be detected from the phase.
  • the signal electrodes 11 of each phase are configured in an isosceles triangle shape and are alternately arranged one-dimensionally.
  • the mover electrodes 32a and 32b on the mover 30 side are the same as those shown in FIG. 4, and the thickness of each of the facing portions 33a to 33d is substantially the same as the length of the bottom side of the signal electrode 11. For example, when the first facing portion 33a substantially overlaps the bottom of the second phase electrode 11b, the third facing portion 33c overlaps the bottom of the next second phase electrode 11b.
  • the mover electrode 32a and the mover electrode 32b are opposed to the signal electrodes 11 having opposite phases, and an electric signal having a phase corresponding to the position of the mover 30 is induced. Therefore, as in the case of the above-described embodiment and the first modification, the electrical signals induced in the extraction electrodes 12a and 12b are extracted in accordance with the electrical signals induced in the mover electrodes 32a and 32b, and the phase is detected. By doing so, the position of the mover 30 can be detected.
  • FIGS. 12 and 13 show the signal electrode 11 and the electrode on the moving element 30 side in different modifications.
  • the arrangement of the wirings 15 and vias 19 is shown, but only the inner portions of the gaps 14a and 14b are shown.
  • the wiring 15 is partially inclined with respect to the arrangement direction of the signal electrodes 11 (movement direction of the moving element 30), and the wiring 15 of each phase is arranged in accordance with the position in the arrangement direction of the signal electrodes 11. It was close to or away from the extraction electrode 12.
  • the two left and right wirings 15 can be electrically connected to each other using the two vias 19 at the signal electrode (FIG. 2, FIG. 2). 3). That is, at each signal electrode, the distance of the wiring 15 of each phase from the extraction electrode 12 can be changed.
  • the wiring 15 and the via 19 of each phase may be arranged in order as shown in FIG. 12, or may be arranged as shown in FIG.
  • the wirings 15 of different phases are positioned closest to the extraction electrode 12 among the four-phase wirings 15 according to the position of the signal electrodes 11 in the arrangement direction.
  • the phase wiring 15 is located at a position closest to the extraction electrode 12 in the four-phase wiring 15 in a section having approximately the same length when viewed in the arrangement direction of the signal electrodes 11. The effect explained is obtained.
  • the gaps 14a and 14b are provided in one substrate 10, but the substrate is divided into a plurality of pieces, and the gaps are formed by arranging them at a predetermined interval. May be.
  • FIG. 14 shows this example.
  • the substrate that is a stator is divided into three parts of a first substrate 10x to a third substrate 10z. Then, by assembling these substrates to the support member at a certain interval, a gap 14a is formed between the first substrate 10x and the second substrate 10y, and a gap between the second substrate 10y and the third substrate 10z. A gap 14b is formed. Even in such a configuration, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
  • FIG. 15 shows an example of this.
  • the substrate 10 has a four-layer structure of a first layer 10a to a fourth layer 10d, and the wiring 15 and the via 19 are provided below the third layer 10c. That is, it is provided inside the substrate 10 covered with the fourth layer 10d. Even with such a configuration, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. In addition, the wiring 15 and the via 19 can be prevented from being damaged.
  • the four-phase signal electrode 11 is used.
  • an arbitrary n-phase signal electrode 11 such as two-phase, three-phase, and five-phase or more (n is an integer of 2 or more) is used, Similar position detection of the mover 30 is possible.
  • the position detection device 1 can be applied to any device that accepts an operation from a user.
  • a parameter value of another device may be controlled in accordance with the operation detection result. It is not essential to use the operation detection result to control the parameter value.
  • the configurations and modifications described above can be applied in appropriate combinations within a consistent range.
  • the present invention even when the movable range of the moving element is long, the relative position between the stator and the moving element moving on the stator is detected with high accuracy. It is possible to provide a position detecting device capable of performing the above.

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Abstract

固定子である基板（１０）上で移動する移動子（３０）の位置を検出する位置検出装置（１）における基板（１０）の第１面上に、ｎ相の電極（ただし、ｎは２以上の整数）が、移動子（３０）の移動方向に一次元的に繰り返し配列された複数の信号電極（１１）と、基板（１０）の上記第１面上の信号電極（１１）の近傍に、移動子（３０）の移動方向に沿って配置された取出電極（１２ａ，１２ｂ）とを備え、上記各信号電極（１１）と取出電極（１２ａ，１２ｂ）との間の位置に、基板（１０）の他の部分よりも誘電率が小さい低誘電率部として空隙（１４ａ，１４ｂ）を設けた。

Description

基板及び位置検出装置
　この発明は、固定子と、その固定子上で移動する移動子との相対位置を検出する位置検出装置及び、上記固定子を構成する基板（プリント基板）に関する。
　従来から、固定子と、その固定子上で移動する移動子との相対位置を検出する位置検出装置が知られている。
　例えば、特許文献１には、固定子の誘導電極に電圧を供給し容量結合により移動子の櫛歯状の電極へ交番電位分布を発生し、その交番電位分布を固定子の電位検出電極で検出して、２つの信号を成分とするベクトルを生成し、そのベクトルの回転角から移動子の固定子に対する相対的な変位を計測することが記載されている。
　また、特許文献２には、固定子上の４相の電極に９０°ずつ位相がずれた４つの電気信号を供給し、それにより移動子上の第１電極及び第２電極に誘起される信号の位相に基づいて、固定子に対する移動子の位置を計測することが記載されている。
特開２００５－２２１４７２号公報 特開２０１１－４７６７９号公報
　しかしながら、上述した従来の位置検出装置では、移動子の移動可能範囲を長く取ろうとすると、十分な検出精度を確保できないという問題があった。それは、固定子上に設ける、複数相の信号供給用の電極と、信号取り出し用の電極との間で信号の漏れが発生してしまうためである。移動子の移動可能範囲を長く取る場合でも、信号供給用の電極の間隔を空けると位置の検出精度が悪くなるため、間隔を狭くして本数を増やさざるをえない。そして、電極の本数が増えると、その分信号の漏れも大きくなり、無視できないノイズとして位置検出の結果の影響を与える。
　この発明は、このような問題を解決し、移動子の移動可能範囲を長く取った場合でも、固定子と、その固定子上で移動する移動子との相対位置を精度よく検出できるようにすることを目的とする。
　上記の目的を達成するため、この発明の基板は、固定子上で移動する移動子の位置を検出する位置検出装置における、その固定子を構成する基板において、その基板の第１面上に、ｎ相の電極（ただし、ｎは２以上の整数）が、上記移動子の移動方向に一次元的に繰り返し配列された複数の第１電極と、上記基板の上記第１面上の上記第１電極の近傍に、上記移動子の移動方向に沿って配置された第２電極とを設け、上記各第１電極と上記第２電極との間の位置に、その基板の他の部分よりも誘電率が小さい低誘電率部を設けたものである。
　このような基板において、上記低誘電率部がスリットであるとよい。
　さらに、上記基板の内部の、上記第１電極を配置した領域と平面的に重なる位置に、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けるとよい。
　さらに、上記基板の内部又は上記第１面の裏側の第２面上の、上記第１電極を配置した領域と平面的に重ならない位置に、上記第２電極を配置した領域と平面的に重なる位置を避けて、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けるとよい。
　また、この発明の位置検出装置は、上記のいずれかの基板で構成される上記固定子と、上記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、ｎ相の信号を供給する供給部と、第３電極を有する上記移動子であって、上記移動子が上記固定子上に配置されたとき、その第３電極が上記第１電極の少なくとも１つ及び上記第２電極の少なくとも一部と容量結合される上記移動子と、上記容量結合により、上記供給部による信号の供給に応じて第２電極に発生する信号を検出する検出部とを備えることを特徴とする上記位置検出装置である。
　また、この発明の別の基板は、上記のいずれかの基板において、上記第２電極として、２つの電極を、上記移動子の移動方向に沿って、上記第１電極の近傍の両側にそれぞれ設けており、上記低誘電率部として、２つの低誘電率部を、各第２電極と上記第１電極との間に設けたものである。
　また、この発明の別の位置検出装置は、上記の基板で構成される上記固定子と、上記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、ｎ相の信号を供給する供給部と、２つの第３電極を有する上記移動子であって、上記移動子が上記固定子上に配置されたとき、その第３電極の一方が、少なくとも１つの第１電極、及び、上記第２電極の一方の少なくとも一部と容量結合され、その第３電極の他方が、上記少なくとも１つの第１電極とは逆相の少なくとも１つの第１電極、及び、上記第２電極の他方の少なくとも一部と容量結合される上記移動子と、上記容量結合により、上記供給部による信号の供給に応じて上記２つの第２電極に発生する２つの信号の差分を検出する検出部とを備える上記位置検出装置である。
　また、この発明の別の基板は、固定子上で移動する移動子の位置を検出する位置検出装置における、その固定子を構成する基板において、その基板の第１面上に、ｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）が、上記移動子の移動方向に一次元的に繰り返し配列された複数の第１電極と、上記第１面上に上記移動子の移動方向に沿って上記第１電極の近傍に配置された第２電極とを設け、その基板の内部又は上記第１面の裏側の第２面上の、上記第１電極を配置した領域と平面的に重なる位置に、上記ｎ相の各々の複数の第１電極を電気的に接続するｎ本の配線を設け、上記ｎ本の配線を、上記第１電極の配列方向の位置に応じて異なる相の配線が、上記ｎ本の配線の中で最も上記第２電極に近い位置となるように配置したものである。
　このような基板において、上記各相の配線を、上記第１電極の配列方向に見ておおよそ等しい長さの区間で、上記ｎ本の配線の中で最も上記第２電極に近い位置となるように配置するとよい。
　さらに、上記各相の複数の第１電極と、その相の配線とを、その基板に形成された透孔を通じて接続するとよい。
　さらに、上記基板の上記第１面と上記ｎ本の配線の間の、上記第１電極を配置した領域と平面的に重なる位置に、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けるとよい。
　さらに、上記基板の内部又は上記第１面の裏側の第２面上の、上記第１電極を配置した領域と平面的に重ならない位置に、上記第２電極を配置した領域と平面的に重なる位置を避けて、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けるとよい。
　さらに、上記ｎ本の配線の少なくとも１本は、接続されている少なくとも１つの上記第１電極と平面的に重なる位置で２つの部分配線に分断されており、その２つの部分配線はその第１電極を介して電気的に接続されているとよい。
　また、この発明の別の位置検出装置は、上記のいずれかの基板で構成される上記固定子と、上記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、上記ｎ本の配線を介して、ｎ相の信号を供給する供給部と、第３電極を有する上記移動子であって、上記移動子が上記固定子上に配置されたとき、その第３電極が上記第１電極の少なくとも１つ及び上記第２電極の少なくとも一部と容量結合される上記移動子と、上記供給部による信号の供給に応じて第２電極に発生する信号を検出する検出部とを備える上記位置検出装置である。
　また、この発明の別の基板は、上記のいずれかの基板において、上記第２電極として、２つの電極を、上記移動子の移動方向に沿って、上記第１電極の近傍の両側にそれぞれ設けており、２つの第２電極の各々について、上記ｎ本の配線は、上記第１電極の配列方向の位置に応じて異なる相の配線が、上記ｎ本の配線の中で最もその第２電極に近い位置となるように配置されているものである。
　また、この発明の別の位置検出装置は、上記の基板で構成される上記固定子と、上記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、上記ｎ本の配線を介して、ｎ相の信号を供給する供給部と、２つの第３電極を有する上記移動子であって、上記移動子が上記固定子上に配置されたとき、その第３電極の一方が、少なくとも１つの第１電極、及び、上記第２電極の一方の少なくとも一部と容量結合され、その第３電極の他方が、上記少なくとも１つの第１電極とは逆相の少なくとも１つの第１電極、及び、上記第２電極の他方の少なくとも一部と容量結合される上記移動子と、上記容量結合により、上記供給部による信号の供給に応じて、上記２つの第２電極に発生する２つの信号の差分を検出する検出部とを設けた上記位置検出装置である。
　また、この発明は、上記のように装置として実施する他、システム、方法、プログラム、記録媒体等、任意の態様で実施することができる。
　以上のようなこの発明の構成によれば、移動子の移動可能範囲を長く取った場合でも、固定子と、その固定子上で移動する移動子との相対位置を精度よく検出することができる。
この発明の一実施形態の位置検出装置が備える基板の平面図である。 図１の２－２線に沿った断面図である。 図１に示した基板の底面図である。 図１に示した基板上に配置される移動子の平面図である。 この発明の一実施形態の位置検出装置の概略構成を示す図である。 図５の６－６線に沿った断面図である。 図５に示した折り返し制御部が実行する処理のフローチャートである。 折り返し制御部の変形例の構成を示す図である。 図８に示した折り返し制御部が実行する処理のフローチャートである。 信号電極及び移動子電極の第１変形例の構成を示す図である。 信号電極及び移動子電極の第２変形例の構成を示す図である。 配線電極の第１変形例の構成を示す図である。 配線電極の第２変形例の構成を示す図である。 基板の構成の変形例を示す図である。 基板の内部に配線電極を配置する変形例の構成を示す、図２と対応する断面図である。
　以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔位置検出装置及び基板の実施形態：図１乃至図７〕
　まず、この発明の位置検出装置及び基板の第１実施形態について説明する。
　図５に、この発明の位置検出装置の、検出回路を含む概略構成を示す。
　図５に示す位置検出装置１は、この発明の位置検出装置の実施形態であり、固定子である基板１０（プリント基板）と、基板１０上を移動する移動子３０（小型のプリント基板）とを備え、移動子３０の、基板１０上における位置を検出して出力する装置である。なお、位置検出装置１が検出する移動子３０の位置は、基板１０に対する移動子３０の位置であり、これを絶対位置と呼ぶ。
　また、移動子３０の移動経路は、レールやスリット等、公知の適宜な手法により、基板１０上の適当な一次元の範囲に規制される。
　ここで、まず基板１０について、図１乃至図３を用いて説明する。
　図１は、基板１０の平面図である。図２は、図１の２－２線における断面図である。図３は、基板１の裏面の配線電極の配置を示す底面図である。
　図１に示す基板１０は、樹脂等の絶縁性材料で形成され、容易に変形しない硬質の基板である。また、図２に現れるように第１層１０ａ～第３層１０ｃの３層構造となっているが、各層の材質は同じでも異なっていてもよい。また、各層には、各種電極や配線がプリントされており、重ねて接着されている。なお、複数の層により基板１０を形成することは必須ではなく、１層のみでもよい。
　そして、基板１０の、図１でおもて側の第１面には、信号電極１１と、取出電極１２ａ，１２ｂと、基準位置電極１３ａ，１３ｂが設けられている。また、信号電極１１と取出電極１２ａとの間には、空隙１４ａが設けられ、信号電極１１と取出電極１２ｂとの間には、空隙１４ｂが設けられている。これらの１１～１４（及び、後述する配線１５、ビア１９等）は、１つの移動子３０の位置を検出するための基板側要素である。なお、基板１０が充分広ければ、１枚の基板１０上に、複数の移動子３０に対応する複数の基板側要素１１～１９を設け、各移動子３０の位置を測定することもできる。
　これらのうち信号電極１１は、互いに位相が９０°ずつずれた４相の電気信号が供給される複数の電極を、移動子３０の移動方向に一次元的に繰り返し配列した第１電極である。例えば、第１相（＋０°）の信号が供給される第１相電極１１ａと、第２相（＋９０°）の信号が供給される第２相電極１１ｂと、第３相（＋１８０°）の信号が供給される第３相電極１１ｃと、第４相（＋２７０°）の信号が供給される第４相電極１１ｄとをこの順に繰り返し配列する。図における各電極のハッチング（ドット、斜線）は、各電極の相を示す。ハッチングが同じ電極は、同じ相の電極である。
　取出電極１２ａ，１２ｂは、信号電極１１の両側それぞれの近傍に設けられ、信号電極１１に供給される電気信号に応じて、容量結合により移動子３０側の電極に誘起される電気信号を取り出すための第２電極である。この取り出しの仕組みについては後に詳述する。
　基準位置電極１３ａ，１３ｂは、取出電極１２ａ，１２ｂの端部付近に設けられ、移動子３０が図５に示すＡｒｅａ６にある場合に、移動子３０側の電極に誘起される電気信号を取り出すための電極である。この取り出しの仕組みについても後に詳述する。
　空隙１４ａ，１４ｂは、図２に現れるように、基板１０の第１層１０ａ～第３層１０ｃの全てを貫通する細長い透孔すなわちスリットとして設けている。その幅は、全長に亘ってほぼ均一である。
　この空隙１４ａ，１４ｂは、信号電極１１から取出電極１２への直接的な容量結合を介した信号の伝播を低減するための設けたものである。すなわち、信号電極１１と取出電極１２との間には、基板の素材により（後述する移動子３０の電極を介さないという意味で）直接的な容量結合が形成されるため、信号電極１１に交流信号を供給すると、その信号はその直接的な容量結合を介して、移動子３０側の電極の位置によらず、取出電極１２へ伝播する。この信号は、移動子３０の位置を検出する際にノイズとなる。また、伝播する信号の強度は、信号電極１１と取出電極１２との間に直接的に形成される容量性リアクタンス（抵抗成分）に反比例する。
　そこで、信号電極１１と取出電極１２（個体を区別しない場合には符号「１２」を用いる）との間に、基板より比誘電率の低い低誘電率部を介在させることにより、容量性リアクタンスを増加（静電容量を減少）させ、信号の伝播を抑えることができる。図１の例では、基板１０の材質である樹脂（一例として比誘電率が２～４）よりも比誘電率が低い空気を介在させる、という意味で空隙１４ａ，１４ｂを設けているが、基板１０の材質よりも比誘電率の低い物質を充填しても、同様の効果が得られる。
　このことにより、移動子の移動可能範囲を長く取り、その結果、信号電極１１の数が増えた場合でも、信号電極１１から取出電極１２への直接の信号の伝播を抑え、移動子３０の位置を精度よく検出できるようにすることができる。
　なお、信号電極１１と取出電極１２との間の距離を離して容量性リアクタンスを増加させてもよいが、あまり大きな距離を取ると位置検出装置１のサイズが増加してしまう。この実施形態のように、距離は程々にして空隙１４ａ，１４ｂを設けることが好ましい。
　ところで、上述の容量結合の減少が目的であれば、空隙として、透孔の代わりに、例えば第１層１０ａ及び第２層１０ｂを貫通する溝を設けても、ある程度の効果は得られる。しかし、次の観点から、透孔を設けることが望ましい。
　すなわち、基板１０を９０％程度以上の湿度が高い環境に置くと、しばしば、基板１０の表面に肉眼では判別し難い程度の細かい水滴がつくことが知られている。この水滴により、信号電極１１と取出電極１２との間の抵抗成分が減少してしまい、この経路を介して信号が伝播する。この信号も、移動子３０の位置を検出する際にノイズとなる。
　しかし、信号電極１１と取出電極１２との間に透孔による空隙１４ａ，１４ｂがあると、基板１０の表面に水滴がついたとしても、信号電極１１と取出電極１２との間の導通経路が長いため、信号の伝播を防止できる。従って、位置検出装置１は高湿の環境下においても精度よく移動子３０の位置を検出することができる。
　次に、基板１０の内部及び、第１面の裏側の第２面（図３でおもて側の面）に設けた電極について説明する。
　基板１０には、その第２面に、図３に現れる配線１５（相を区別する必要がない場合にはアルファベットのない符号「１５」を用いる。「ビア（via）１９」、「端子２０」及び「バレル（barrel）１６」も同様。）、ビア１９及び端子２０を設けている。
　配線１５は、同じ相の複数の信号電極１１を電気的に接続し、各信号電極１１に対して電気信号を供給するための配線である。ビア１９は、図２に現れる、基板１０を貫通する透孔に設けたバレル１６を介して異なる２面の２電極（例えば、配線１５と信号電極１１）を電気的に接続する接続部である。端子２０は、外部回路と配線１５とを電気的に接続するための端子である。
　図３においては、１つの信号電極１１と平面的に重なる（基板１０に垂直な方向から見た場合に重なる）位置に、１つのビア１９が設けられた箇所（例えば矢印Ｘで示す箇所）と、２つのビア１９が設けられた箇所（例えば矢印Ｙで示す箇所）とがある。
　前者の箇所では、単に配線１５が信号電極１１と接続されるのみである（図６参照）。しかし、後者の箇所では、ある相の配線１５が左右の２つの部分配線に分断され、第１部分配線（１５ｃ－１）が第１接続部（ビア１９ｃ－１）を通じて信号電極１１と接続され、さらに第２接続部（ビア１９ｃ－２）を通じて第２部分配線（１５ｃ－２）に接続される。そして、第２部分配線が、より先の各信号電極１１に接続される。
　基板１０には、４相の信号電極１１に対応して、４相の配線１５ａ～１５ｄを設けている。そして、図３に示すように、信号電極１１の配列方向の位置に応じて異なる相の配線１５が、４相の配線１５の中で最も取出電極１２に近い位置に来るように、各相の配線１５の、図３で縦方向の配置を、順次入れ替えている。上記の、１つの信号電極１１と平面的に重なる位置に２つのビア１９を設ける箇所は、この入れ替えのため、配線が他の配線を跨ぐ際に設けるものである。
　また、各相の配線１５は、信号電極１１の配列方向に見ておおよそ等しい長さの区間で、４相の配線１５の中で最も取出電極１２に近い位置となるようにしている。「最も取出電極１２に近い位置」には、「最も取出電極１２ａに近い位置」と、「最も取出電極１２ｂに近い位置」とがあるが、そのどちらについても、上記「おおよそ等しい長さの区間」が成立するとよい。
　ここで、最も取出電極１２ａに近い位置にある配線１５と取出電極１２ａとの間には、矢印Ａで示すように直接的な容量結合が形成される。同様に、最も取出電極１２ｂに近い位置にある配線１５と取出電極１２ｂとの間にも、矢印Ｂで示す容量結合が形成される。そして、これらの容量結合を介して配線１５に供給される交流信号が取出電極１２ａ，１２ｂに伝播され、移動子３０の位置を検出する際にノイズとなってしまう。
　特に、特定の相の配線１５のみが最も取出電極１２に近い位置にあると、特定位相の電気信号が取出電極１２に供給されてしまう。このため、後述のような電気信号の位相に基づく移動子３０の位置検出への影響が大きい。しかし、信号電極の配列方向の位置に応じて異なる相の配線１５が、取出電極１２に近い位置にあれば、複数相の信号が取出電極１２上に伝播されるため、取出電極１２上で逆相の信号同士が打ち消し合い、配線１５から伝播される信号の影響を、全体で見て低減することができる。各相の配線１５が、信号電極１１の配列方向に見ておおよそ等しい長さの区間で、最も取出電極１２に近い位置となるようにすれば、この効果は一層顕著である。
　以上の他、基板１０には、その内部の、第２層１０ｂ上に、遮蔽電極１７，１８ａ，１８ｂを設けている。これらの遮蔽電極１７，１８ａ，１８ｂは、いずれも、グランドに接続された電極であり、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材として機能する。
　遮蔽電極１７は、信号電極１１を配置した領域と平面的に重なる位置に設けたものであり、信号電極１１と、配線１５及びビア１９との間の、バレル１６を介しない電気信号の伝播を阻止するために設けたものである。なお、バレル１６の位置には遮蔽電極１７は設けておらず、遮蔽電極１７とバレル１６とが接触しないよう、遮蔽電極１７には、バレル１６よりやや大きいサイズの孔（antipad）を設けている。
　また、遮蔽電極１８ａ，１８ｂは、それぞれ外部から取出電極１２ａ，１２ｂへのノイズ信号の伝播を阻止するために設けたものである。ただし、遮蔽電極１８ａ，１８ｂは、取出電極１２ａ，１２ｂと平面的に重なる位置を避けて設けている。これは、平面的に重なる位置に設けると、矢印Ａや矢印Ｂの容量結合が増えて、配線１５から取出電極１２ａ，１２ｂへの漏れが大きくなるためである。
　次に、移動子３０について、図４乃至図６を用いて説明する。
　図４は、移動子３０の平面図である。
　移動子３０は、基板３１の、図４でうら側の面に、第３電極である移動子電極３２ａ，３２ｂを配置（プリント）して構成したものである。移動子電極３２ａは、それぞれ信号電極１１と対向させる第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃと、取出電極１２ａと対向させる信号取出部３５ａを備える。また、移動子電極３２ｂは、それぞれ信号電極１１と対向させる第２対向部３３ｂ及び第４対向部３３ｄと、取出電極１２ｂと対向させる信号取出部３５ｂを備える。
　図５には、移動子３０を基板１０の配置した状態を示している。図６は、図５の６－６線に沿った断面図である。なお、図５において、移動子電極３２ａ，３２ｂは、基板３１のうら側にあるが、図を見やすくするために実線で示している。
　図５に示すように、移動子電極３２ａの第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃは、移動子３０の位置に応じて、信号電極１１の、いずれかの相の電極と対向するが、ちょうど１周期分離れた同じ相の電極と対向する寸法となっている。
　また、信号電極１１に電気信号を供給すると、それに応じて容量結合により第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃにも電気信号が誘起される。そして、同じ相の電極と対向していることから、第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃには同じ位相の電気信号が誘起される。この電気信号は、信号取出部３５ａに伝達される。そして、信号取出部３５ａに電気信号が発生したことにより、信号取出部３５ａと対向する取出電極１２ａにも容量結合により電気信号が誘起される。
　取出電極１２ａに誘起される電気信号は、第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃがどの相の信号電極１１と対向しているか、すなわち、移動子３０がどの位置にあるか、に応じて異なる位相となる。例えば、第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃが第１相電極１１ａのみと対向する位置であれば、取出電極１２ａには、第１相と同じ位相の電気信号が誘起される。また、図５の例のように第２相電極１１ｂ及び第３相電極１１ｃの双方を丁度カバーする位置であれば、取出電極１２ａには、第２相と第３相の中間の位相（第２相と第３相の信号を加算して得られる信号の位相）の電気信号が誘起される。
　同様に、他の位置にある場合でも、移動子３０の位置に応じて連続的に変化する位相の信号が、取出電極１２ａに誘起される。また、その位相は、移動子３０が、４相分の信号電極１１、すなわち、図５に「Ａｒｅａ」で示した領域１つ分を移動する毎に、３６０°（１周期相当）変化する。従って、取出電極１２ａに誘起される電気信号の位相に基づき、各領域内における移動子３０の位置を検出することができる。
　なお、移動子電極３２ｂの第２対向部３３ｂ及び第４対向部３３ｄと、信号電極１１と、取出電極１２ｂとの間にも、同じ関係がある。ただし、第２対向部３３ｂ及び第４対向部３３ｄが対向する信号電極１１は、第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃが対向する信号電極とは２相分ずれた、異なる相の電極である。例えば、各相の電気信号の位相が９０°ずつ異なる場合、第１対向部３３ａ及び第３対向部３３ｃの場合と比べ、ちょうど逆相の信号電極１１と対向する。従って、取出電極１２ｂに誘起される電気信号は、取出電極１２ａに誘起される電気信号の逆相であり、これらの差分を取ることにより、信号が増幅されると共に、両取出電極１２ａ，１２ｂに共通するノイズ信号がキャンセルされ、移動子３０の位置の検出精度が向上する。
　また、上記の「Ａｒｅａ」は、ここでは便宜的に、第１対向部３３ａの位置を基準に区切ることとし、第１対向部３３ａの中心と第１相電極１１ａの中心とが重なる位置を、エリアの区切りとする。位置検出装置１において、エリアは「Ａｒｅａ１」～「Ａｒｅａ６」の６つを設けている。
　ここで、移動子３０が「Ａｒｅａ６」にある場合、信号取出部３５ａ，３５ｂは、取出電極１２ａ，１２ｂだけでなく、基準位置電極１３ａ，１３ｂとも対向する。従って、基準位置電極１３ａ，１３ｂには、移動子が「Ａｒｅａ６」にある場合のみ、信号取出部３５ａ，３５ｂを介して、容量結合により、検出できる程度の電気信号が誘起される。逆に、移動子が「Ａｒｅａ６」にない場合は、微弱な電気信号しか誘起されない。
　従って、基準位置電極１３ａ，１３ｂから所定強度以上の電気信号が出力されている場合には、移動子３０が「Ａｒｅａ６」にある。これを、取出電極１２ａ，１２ｂからの電気信号の位相と組み合わせれば、「Ａｒｅａ６」中の移動子３０の位置を特定できる。
　なお、「Ａｒｅａ６」の位置、つまり、基準位置電極１３ａ，１３ｂを設ける位置はこの例に限らず、どこに設けてもよい。その場合、基準位置電極１３ａ，１３ｂを、例えば、取出電極１２ａ，１２ｂの外側に設け、信号取出部３５ａ，３５ｂを、取出電極１２ａ，１２ｂの外側まで延ばして設けてもよい。但し、この実施例のように、基準位置電極１３ａ，１３ｂを、取出電極１２ａ，１２ｂの延長線上に設ければ、省スペースを実現できる。
　また、基準位置電極１３ａ，１３ｂは、１つのみでもよいが、２つ設けているのは、２つの信号取出部３５ａ，３５ｂから基準位置電極に漏れる信号の量を等しくして、２つの取出電極１２ａ、１２ｂからの２つの電気信号に対する影響を相互に同じにするためである。
　なお、充分な結合容量を確保するため、移動子の移動可能範囲は、取出電極１２ａ、１２ｂの右端が、基準位置電極１３ａ，１３ｂを覆うところまでとし、それ以上右には移動できないようするのが良い。
　次に、以上説明してきた位置検出装置１において、電気信号を生成して各信号電極１１に供給する供給回路４１～４４や、その信号に応じて取出電極１２ａ，１２ｂ及び基準位置電極１３ａ，１３ｂからの電気信号に基づき移動子３０の位置を検出する検出回路４１、４５～５１の構成及び動作について、図５を参照しつつ説明する。
　図５に示す位置検出装置１の構成ブロック４１～５１は、その全部を基板１０上に実装してもよいし、一部を基板１０上に実装し、残りを別基板に実装してもよい。また、図５で四角枠で示す各ブロックは、それぞれ、専用回路で構成してもよいし、プロセッサに所要のプログラムを実行させることによってその機能を実現してもよい。
　位置検出装置１は、例えば、カウンタ４１、波形テーブル４２、出力器４３，４４、差動増幅器４５、コンパレータ４６、位相差検出部４７、レベル判定部４８、折り返し制御部４９、補正テーブル５０、フィルタ５１を備える。
　これらのうち、カウンタ４１は、所定のクロック（例えば、数ＭＨｚ～数十ＭＨｚ）をフリーランでカウントして、信号電極１１に供給する電気信号の位相であるカウント値を出力する。例えば、７ビットのカウンタであれば、０～１２７のカウントを繰り返し、その周波数は数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚとなる。カウンタ４１のカウント値は、例えば、０が０°、３２が９０°、６４が１８０°、９６が２７０°にそれぞれ相当し、波形テーブル４２及び位相差検出部４７に供給される。
　波形テーブル４２は、少なくとも１／４周期分の正弦波のサンプル値を格納したテーブルであり、カウンタ４１からのカウント値を位相として、その位相における正弦波（ｓｉｎ）と余弦波（ｃｏｓ）のサンプル値を生成する。波形テーブル４２は、出力器４３にはｃｏｓのサンプル値を、出力器４４にはｓｉｎのサンプル値を出力する。
　出力器４３，４４は、それぞれ入力されるサンプル値をアナログ信号に変換し、正相と逆相で電力増幅して出力する。出力器４３，４４からの各相のアナログ信号は、それぞれ対応する相の端子２０及び配線１５を経て信号電極１１へ供給される。
　出力器４３の反転出力からは、第４相（＋２７０°）の逆相の余弦波（－ｃｏｓ）が第４相電極１１ｄへ、非反転出力からは、第２相（＋９０°）の正相の余弦波（ｃｏｓ）が第２相電極１１ｂへ供給される。また、出力器４４の非反転出力からは、第３相（＋１８０°）の正相の正弦波（ｓｉｎ）が第３相電極１１ｃへ、反転出力からは、第１相（＋０°）の逆相の正弦波（－ｓｉｎ）が第１相電極１１ａへ供給される。
　次に、差動増幅器４５は、取出電極１２ａからの電気信号と、取出電極１２ｂからの電気信号との差の信号を出力する。取出電極１２ａ側がプラス、取出電極１２ｂ側がマイナスである。
　コンパレータ４６は、差動増幅器４５の出力がマイナスからプラスに変わるタイミングで、位相差検出部４７に対してパルス信号を出力する。
　位相差検出部４７は、コンパレータ４６からパルス信号が入力されたタイミングでカウンタ４１のカウント値をラッチすると共に、そのラッチしたカウント値と、基準のカウント値Ｒｅｆとの差を、位相差Ｐａとして折り返し制御部４９へ供給する。
　これらの差動増幅器４５、コンパレータ４６及び位相差検出部４７が検出部に該当する。
　例えば、移動子３０が、最初のエリアの始点、すなわち第１対向部３３ａの中心と第１相電極１１ａの中心とが重なる位置にある場合に、コンパレータ４６からのパルス信号に従ってラッチされる位相カウント値を基準のカウント値とする。その場合、第１相は－ｓｉｎであるから、この信号がマイナスからプラスに変わるのは、位相１８０°のタイミングであり、基準のカウント値は６４である。従って、ラッチしたカウント値から６４を減算すればよい。また、カウント値０を１８０°に対応付けすれば、第１相の基準のカウント値を０にでき、この減算を省略できる。さらに、第１相を基準とせず、他の相（例えば第３相）を基準にしてもよい。
　これに対し、例えば移動子３０が、第１対向部３３ａの中心と第２相電極１１ｂの中心とが重なる位置にある場合には、第２相はｃｏｓであるから、この信号がマイナスからプラスに変わるのは、位相２７０°のタイミングである。この場合、ラッチしたカウント値は９６であり、６４を減算して位相差Ｐａは３２（＋９０°）となる。位相差Ｐａは、例えば、第１対向部３３ａと対向する信号電極１１が第１相のとき０、第２相のとき３２、第３相のとき６４、第４相のとき９６である。
　レベル判定部４８は、基準位置電極１３ａからの電気信号の強度が所定値以上あるか否か判断し、あれば、移動子３０が「Ａｒｅａ６」にあることを示す信号Ａ６を「１」にし、そうでなければ「０」にして折り返し制御部４９へ出力する。
　折り返し制御部４９は、図７を用いて後述する処理により、位相差検出部４７からの位相差Ｐａと、レベル判定部４８からの信号Ａ６とに基づき、移動子３０の絶対位置Ｐｓを算出する。
　補正テーブル５０は、折り返し制御部４９が算出した絶対位置Ｐｓを補正する。移動子３０の位置と、取出電極１２ａ，１２ｂからの電気信号の位相との関係は完全にリニアではないため、それをリニアになるように補正するものである。
　なお、補正テーブル５０を、折り返し制御部４９の前段に配置し、位相差検出部４７からの位相差Ｐａを、位置リニアになるように補正してもよい。
　フィルタ５１は、補正テーブル５０による補正後の絶対位置から急な変化を除去する。この除去は、低域を通過させるローパスフィルタ処理や、所定時間分のデータを加算平均により行えばよい。その他、適宜な方法を採用可能である。
　フィルタ５１の出力が、移動子３０の位置ＰＤとして、位置検出装置１から出力される。
　なお、基板１０が複数ある場合、図５に示した供給回路４１～４４が、複数の基板１０に並列に４相の電気信号を入力し、検出回路４１、４５～５１が、複数の基板１０の取出電極１２ａ，１２ｂから複数の電気信号を並列に受け取り、時分割で処理して、各基板１０上における移動子３０の位置を検出するようにすればよい。
　次に、図７を用いて、折り返し制御部４９が実行する位置検出処理について説明する。
　図７は、その処理のフローチャートである。
　折り返し制御部４９は、位相差検出部４７から位相差Ｐａが入力されると、その時点の信号Ａ６を取得して、図７のフローチャートに示す処理を開始する。なお、ｔは図７の処理の起動カウントであり、Ｐａ（ｔ）は今回取得したデータ、Ｐａ（ｔ－１）は前回取得したデータを示す。
　図７の処理において、折り返し制御部４９はまず、今回の信号Ａ６（ｔ）の値が「１」であるか否か判断する（Ｓ１１）。これがＮｏであれば、ステップＳ１２に進む。
　ここでは、折り返し制御部４９は、まず今回の位相差Ｐａ（ｔ）と前回の位相差Ｐａ（ｔ－１）との差（７ｂｉｔ）を移動量ＭＡとして求める（Ｓ１２）。位相差Ｐａはいずれも７ｂｉｔであり、この減算で桁あふれを捨てることにより、得られる移動量ＭＡは－６４～＋６３の範囲となる。
　次に、折り返し制御部４９は、ステップＳ１２の移動量ＭＡの最上位ビットの値を、移動方向ＤＩＲに代入する（Ｓ１３）。
　この実施形態では、４相の信号の周波数が数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚと高いため、その１周期以内に位相差Ｐａが１／２周期以上変動することは、基本的に有り得ない。
　移動量ＭＡが正の場合、移動方向ＤＩＲの値は「０」となり、移動量ＭＡが負の場合、移動方向ＤＩＲの値は「１」となる。
　次に、折り返し制御部４９は、今回の位相差Ｐａ（ｔ）を前回の位相差Ｐａ（ｔ－１）と大小比較し、判定結果ＢＩＧを出力する（Ｓ１４）。ＢＩＧの値は、位相差Ｐａ（ｔ）が大のとき「０」、小のとき「１」である。
　折り返し制御部４９は、以上で求めたＤＩＲ、ＢＩＧ及びエリア番号の前回値ＡＮ（ｔ－１）に基づき、エリア番号の今回値ＡＮ（ｔ）を求める（Ｓ１５）。
　より具体的には、移動方向が正（ＤＩＲ＝０）で位相差Ｐａ（ｔ）が大（ＢＩＧ＝０）、または、移動方向が負で位相差Ｐａ（ｔ）が小（ＢＩＧ＝１）であれば、移動子３０はエリアをまたいだ移動をしていないことがわかる。移動方向と位相差Ｐａの増減が合っているためである。この場合エリア番号ＡＮを前回のものから変化させない。
　また、移動方向が負（ＤＩＲ＝１）で位相差Ｐａ（ｔ）が大（ＢＩＧ＝０）の場合、位相差Ｐａが負の方向に移動し、かつ位相差Ｐａが大きくなっているので、繰り下がりが発生した、すなわち、移動子３０がエリア番号の１つ小さいエリアに移動したとわかる。この場合、エリア番号ＡＮ（ｔ）を前回値ＡＮ（ｔ－１）から１減少させる。
　移動方向が正（ＤＩＲ＝０）で位相差Ｐａ（ｔ）が小（ＢＩＧ＝１）の場合、位相差Ｐａが正の方向に移動し、かつ位相差Ｐａが小さくなっているので、繰り上がりが発生した、すなわち、移動子３０がエリア番号の１つ大きいエリアに移動したとわかる。この場合、エリア番号ＡＮ（ｔ）を前回値ＡＮ（ｔ－１）から１増加させる。
　なお、ステップＳ１１でＹｅｓの場合、移動子３０は「Ａｒｅａ６」にあるので、今回のエリア番号ＡＮ（ｔ）に値「６」をセットする（Ｓ１６）。
　ステップＳ１５，Ｓ１６のいずれの場合も、折り返し制御部４９は、今回求めたＡＮ（ｔ）を上位３ビット、今回の位相差Ｐａ（ｔ）を下位７ビットとする絶対位置Ｐｓ（ｔ）を出力し（Ｓ１７）、ＡＮ（ｔ）とＰａ（ｔ）を次回処理時に前回のＡＮ、Ｐａとして参照するため保存して（Ｓ１８）、処理を終了する。
　以上の処理により、折り返し制御部４９は、絶対位置Ｐｓ（ｔ）を生成して出力することができる。この実施例では、移動子３０の移動可能範囲であるスケール全体を複数のエリアに分割し、エリア毎の４相の信号電極１１を用いて、そのエリア内の絶対位置Ｐａを求め、さらに、その時間変化に基づいて、エリアを跨いだ移動の累積値ＡＮを検出し、エリア内の絶対位置Ｐａとその累積値ＡＮからスケール全体での絶対位置を求めている。
　なお、以上の実施例において、レベル判定部４８は、容量結合により基準位置電極１３ａに発生する電気信号の強度に基づき、移動子３０が「Ａｒｅａ６」の特定の位置（位相差Ｐａ（ｔ）と対応する位置）にあることを検出する。
〔折り返し制御部の変形例：図８及び図９〕
　次に、上述した実施形態の種々の変形例について説明する。
　まず、折り返し制御部の変形例について説明する。
　図８にこの変形例における折り返し制御部４９′を示す。
　図８に示す折り返し制御部４９′は、絶対位置Ｐｓを、エリア６以外では、位相差Ｐａは直接使用せず、位相差Ｐａから算出された移動量ＭＡだけに基づいて算出する点が図５の折り返し制御部４９と異なる。
　より具体的には、折り返し制御部４９′は、図７の位置検出処理に代えて図９の位置検出処理を実行する。
　折り返し制御部４９′は、位相差検出部４７から位相差Ｐａが入力されると、その時点の信号Ａ６を取得して、図９のフローチャートに示す処理を開始する。
　図９の処理において、折り返し制御部４９′はまず、現在の信号Ａ６（ｔ）の値が「１」であるか否か判断する（Ｓ３１）。これがＮｏであれば、折り返し制御部４９′は、まず今回の位相差Ｐａ（ｔ）と前回の位相差Ｐａ（ｔ－１）との差を、７ｂｉｔで求め、その値を移動量ＭＡとする（Ｓ３２）。この演算は、図７のステップＳ１２と同様である。次に、折り返し制御部４９′は、前回の絶対位置Ｐｓ（ｔ－１）に、ステップＳ３２で求めた移動量ＭＡを加算して、今回の絶対位置Ｐｓ（ｔ）を求める（Ｓ３３）。
　また、ステップＳ３１でＹｅｓの場合は、図７のステップＳ１１でＹｅｓの場合と同様、移動子３０は「Ａｒｅａ６」にあることがわかるので、絶対位置Ｐｓ（ｔ）の上位３ビットの値を「Ａｒｅａ６」を示す「６」、下位７ビットの値をＰａ（ｔ）として、今回の絶対位置を生成することができる（Ｓ３４）。
　いずれの場合も、生成した絶対位置Ｐｓ（ｔ）を出力すると共に、Ｐａ（ｔ）とＰｓ（ｔ）を次回処理時に参照するために保存して（Ｓ３５）、処理を終了する。
　以上の処理によっても、図７の処理の場合と同様、絶対位置Ｐｓ（ｔ）を求めることができる。
〔信号電極の変形例：図１０及び図１１〕
　次に、信号電極１１の形状及び配置の変形例について説明する。なお、信号電極１１の変形に伴い、移動子３０側に設ける電極の形状及び配置も変更される。
　図１０及び図１１に、それぞれ異なる変形例における、信号電極１１及び移動子３０側の電極を示す。なお、これらの図では、上述した実施形態と対応する箇所には同じ符号を用いている。また、電極に付与されたハッチングが、その電極の相を示す点も、上述した実施形態と同じである。以下に説明する各変形例においても同様とする。
　図１０に示す第１変形例では、各相の信号電極１１を三角形状に構成すると共に、信号電極１１を配列する領域の図で横向きの中心線を対称軸として、互いに線対称な位置に逆相の信号電極１１を配置している。例えば、第１相電極１１ａと対称な位置に第３相電極１１ｃを配置し、第２相電極１１ｂと対称な位置に第４相電極１１ｄを配置している。なお、対称軸の上側も下側も、それぞれ、移動子３０の移動方向に沿ってみれば、４相の信号電極１１が一次元的に繰り返し配列されている。なお、直線でも曲線でも、何らかの線に沿って信号電極１１が配列されていれば、「一次元的」である。この例のように、複数列であってもよい。
　基板１０側の電極１１，１２に対応して、移動子３０側には、対応するサイズの移動子電極３６ａ，３６ｂを配置している。移動子電極３６ａは、図で上段に配列された信号電極１１と取出電極１２ａとを容量結合する。移動子電極３６ｂは、図で下段に配列された信号電極１１と取出電極１２ｂとを容量結合する。
　上述のように、互いに線対称な位置に逆相の信号電極１１を配置していることから、信号電極１１への各相の電気信号の供給に伴い、移動子電極３６ａ，３６ｂには互いに逆相の信号が誘起され、上述した実施形態の場合と同様、２つの信号の差分を取って信号を増幅することができる。
　なお、図１０では、移動子電極３６ａは常に２又は３の信号電極１１と対向する。しかし、移動子電極３６ａに誘起される電気信号の総和の位相は、対向する信号電極１１の電気信号を、対向する面積に応じた重み付けで加算した信号の位相と概ね一致する。信号電極１１が三角形状であるため、移動子の位置に対して、電気信号の位相がよりリニアに変化する。移動子３０の移動につれ、移動子電極３６ａに誘起される電気信号の位相が徐々に変化することは、上述の実施形態の場合と同じである。
　上述の実施形態の場合と同様、移動子電極３６ａによる容量結合により取出電極１２ａに誘起される電気信号を取り出し、その位相から、移動子３０の位置を検出できる。
　次に、図１１に示す第２変形例では、各相の信号電極１１を二等辺三角形状に構成して、互い違いに一次元的に配列している。移動子３０側の移動子電極３２ａ，３２ｂは、図４に示したものと同じであり、各対向部３３ａ～３３ｄの太さは、信号電極１１の底辺の長さと概ね同じである。例えば、第１対向部３３ａが概ねある第２相電極１１ｂの底辺と重なる場合、第３対向部３３ｃはその次の第２相電極１１ｂの底辺と重なる。
　以上の構成でも、移動子電極３２ａと、移動子電極３２ｂとは、互いに逆相の信号電極１１と対向し、移動子３０の位置に応じた位相の電気信号が誘起される。このため、上述の実施形態及び第１変形例の場合と同様、移動子電極３２ａ，３２ｂに誘起される電気信号に応じて取出電極１２ａ，１２ｂに誘起される電気信号を取り出し、その位相を検出することにより、移動子３０の位置を検出することができる。
〔配線電極の変形例：図１２及び図１３〕
　次に、配線１５の形状及び配置の変形例について説明する。
　図１２及び図１３に、それぞれ異なる変形例における、信号電極１１及び移動子３０側の電極を示す。図３と同様に、配線１５及びビア１９の配置を示すものであるが、空隙１４ａ，１４ｂの内側の部分のみを示している。
　図３では、配線１５を部分的に信号電極１１の配列方向（移動子３０の移動方向）に対して斜めにして、各相の配線１５を、信号電極１１の配列方向の位置に応じて、取出電極１２に対して近づけたり遠ざけたりしていた。
　しかし、配線１５を常に信号電極１１の配列方向と平行に配置しても、信号電極のところで、２つのビア１９を用いて、左右の２つの配線１５を電気的に接続できる（図２、図３参照）。つまり、各信号電極のところで、各相の配線１５の、取出電極１２からの距離を変更可能である。
　例えば、各相の配線１５及びビア１９を、図１２のように順番に配置してもよいし、図１３のように配置してもよい。
　どのような配置であっても、信号電極１１の配列方向の位置に応じて異なる相の配線１５が、４相の配線１５の中で最も取出電極１２に近い位置に来るようにし、また、各相の配線１５が、信号電極１１の配列方向に見ておおよそ等しい長さの区間で、４相の配線１５の中で最も取出電極１２に近い位置となるようにすれば、上述した実施形態で説明した効果が得られる。
〔その他の変形例〕
　以上で実施形態の説明を終了するが、装置の具体的な構成、各部の形状、回路の構成などが、上述の実施形態で説明したものに限られないことはもちろんである。
　例えば、上述した実施形態では、１枚の基板１０内に空隙１４ａ，１４ｂを設けたが、基板を複数枚に分けて構成し、それらを一定の間隔を開けて配置することにより空隙を構成してもよい。
　図１４にこの例を示す。
　図１４の例では、固定子である基板を、第１基板１０ｘ～第３基板１０ｚの３つの部分に分けて構成している。そして、これらの基板を、一定の間隔を開けて支持部材に組み付けることにより、第１基板１０ｘと第２基板１０ｙとの間に空隙１４ａを、第２基板１０ｙと第３基板１０ｚとの間に空隙１４ｂを形成している。
　このような構成でも、上述した実施形態の場合と同様な効果が得られる。
　また、上述した実施形態では、配線１５及びビア１９を、基板１０の第２面上に設ける例について説明した。しかし、配線１５及びビア１９は、基板１０の内部に設けてもよい。
　図１５にこの例を示す。
　図１５の例では、基板１０を、第１層１０ａ～第４層１０ｄの４層構造としており、配線１５及びビア１９を、第３層１０ｃの下側に設けている。すなわち、第４層１０ｄで覆われた、基板１０の内部に設けている。
　このような構成であっても、上述した実施形態の場合と同様な効果が得られる。また、配線１５及びビア１９の損傷を防止できるという効果もある。
　また、上述した実施形態では４相の信号電極１１を用いたが、２相、３相、５相以上など、任意のｎ相（ｎは２以上の整数）の信号電極１１を用いても、同様な移動子３０の位置検出が可能である。
　位置検出装置１は、ユーザからの操作を受け付ける任意の装置に適用可能である。操作の検出結果に従って、他の装置が持つパラメータの値を制御するものであってもよい。操作の検出結果を、パラメータの値の制御に用いることも必須ではない。
　また、以上述べてきた構成及び変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて適用することも可能である。
　以上の説明から明らかなように、この発明によれば、移動子の移動可能範囲を長く取った場合でも、固定子と、その固定子上で移動する移動子との相対位置を精度よく検出することが可能な位置検出装置を提供することができる。
１：位置検出装置、１０：基板、１１：信号電極、１１ａ：第１相電極、１１ｂ：第２相電極、１１ｃ：第３相電極、１１ｄ：第４相電極、１２：取出電極、１３：基準位置電極、１４ａ,１４ｂ：空隙、１５：配線、１６：バレル、１７,１８ａ,１８ｂ：遮蔽電極、１９：ビア、２０：端子、３０：移動子、３１：基板、３２ａ,３２ｂ,３６ａ,３６ｂ：移動子電極、３３ａ：第１対向部、３３ｂ：第２対向部、３３ｃ：第３対向部、３３ｄ：第４対向部、３５ａ,３５ｂ：信号取出部、４１：カウンタ、４２：波形テーブル、４３，４４：出力器、４５：差分増幅器、４６：コンパレータ、４７：位相差検出部、４８：レベル判定部、４９，４９′：折り返し制御部、５０：補正テーブル、５１：フィルタ

Claims (7)

  1. 　固定子上で移動する移動子の位置を検出する位置検出装置における、その固定子を構成する基板であって、
    　当該基板の第１面上に、ｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）が、前記移動子の移動方向に一次元的に繰り返し配列された複数の第１電極と、
    　前記基板の前記第１面上の前記第１電極の近傍に、前記移動子の移動方向に沿って配置された第２電極とを備え、
    　前記各第１電極と前記第２電極との間の位置に、当該基板の他の部分よりも誘電率が小さい低誘電率部を設けたことを特徴とする基板。
  2. 　請求項１に記載の基板であって、
    　前記低誘電率部はスリットであることを特徴とする基板。
  3. 　請求項１乃至２の何れか一項に記載の基板であって、
    　前記基板の内部の、前記第１電極を配置した領域と平面的に重なる位置に、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けたことを特徴とする基板。
  4. 　請求項３に記載の基板であって、
    　前記基板の内部又は前記第１面の裏側の第２面上の、前記第１電極を配置した領域と平面的に重ならない位置に、前記第２電極を配置した領域と平面的に重なる位置を避けて、電気信号の伝播を遮蔽する遮蔽部材を設けたことを特徴とする基板。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板で構成される前記固定子と、
    　前記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、ｎ相の信号を供給する供給部と、
    　第３電極を有する前記移動子であって、前記移動子が前記固定子上に配置されたとき、該第３電極が前記第１電極の少なくとも１つ及び前記第２電極の少なくとも一部と容量結合される前記移動子と、
    　前記容量結合により、前記供給部による信号の供給に応じて第２電極に発生する信号を検出する検出部とを備えることを特徴とする前記位置検出装置。
  6. 　請求項１乃至４の何れかに一項に記載の基板であって、
    　前記第２電極として、２つの電極を、前記移動子の移動方向に沿って、前記第１電極の近傍の両側にそれぞれ設けており、
    　前記低誘電率部として、２つの低誘電率部を、各第２電極と前記第１電極との間の位置に設けていることを特徴とする基板。
  7. 　請求項６に記載の基板で構成される前記固定子と、
    　前記第１電極のｎ相の電極（ただし、ｎは３以上の整数）に、ｎ相の信号を供給する供給部と、
    　２つの第３電極を有する前記移動子であって、前記移動子が前記固定子上に配置されたとき、該第３電極の一方が、少なくとも１つの第１電極、及び、前記第２電極の一方の少なくとも一部と容量結合され、該第３電極の他方が、前記少なくとも１つの第１電極とは逆相の少なくとも１つの第１電極、及び、前記第２電極の他方の少なくとも一部と容量結合される前記移動子と、
    　前記容量結合により、前記供給部による信号の供給に応じて前記２つの第２電極に発生する２つの信号の差分を検出する検出部とを備えることを特徴とする前記位置検出装置。
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