JPH07190705A - 長さ又は角度測定器 - Google Patents

長さ又は角度測定器

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JPH07190705A
JPH07190705A JP6277186A JP27718694A JPH07190705A JP H07190705 A JPH07190705 A JP H07190705A JP 6277186 A JP6277186 A JP 6277186A JP 27718694 A JP27718694 A JP 27718694A JP H07190705 A JPH07190705 A JP H07190705A
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electrode
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sensor
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Hans U Meyer
ハンス・ウルリヒ・メイヤー
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 電極アレイの幅を狭く寸法を小さくし、セン
サを完全にシリコンダイ上に一体化した場合でも単純で
低コストの測定器を可能にすると共に、センサとスケー
ルとの間隔の局部的な変動を減少させる。 【構成】 容量センサ１は、電極１０の直線又は曲線ア
レイを備えている。各電極１０は、アレイに沿って増分
することにより移動する空間的に周期的な電位パターン
を、電極１０上に生成する手段に接続されている。電極
１０は、同一の増分により移動する空間的に周期的なパ
ターンに応じて、順次、瞬時受信電極１０Ｒとして機能
するように遮断される。両方のパターンは交互に移動す
る。即ち、一方のパターンの移動は、他方のパターンの
移動の間に行われる。センサに対向して周期的な電極２
０のパターン或いは誘電性又は導電性のリリーフを有す
る、直線又は曲線状のスケール２は、瞬時受信電極に結
合された信号の周期的な変動を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容量結合信号を伝送す
るための伝送電極を有して第一の直線又は曲線アレイに
沿って配設された容量センサを備えた長さ又は角度測定
器であって、前記伝送電極が、前記第一のアレイに沿っ
て増分することにより移動する第一の空間的に周期的な
電気信号のパターンを前記電極上に生成する第一の手段
に接続され、前記センサが、第二の手段に接続されて容
量結合信号を受信するための受信電極を有し、前記第二
の手段が、伝送され受信された信号の容量結合に影響し
得る空間的に周期的な第二のアレイの構造を有する部材
の、前記第一のアレイに沿った相対位置を決定する、長
さ又は角度測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】上述し
たような測定器については、幾つかの実施例が知られて
いる。米国特許第１，６７４，７２９号は、交錯した電
極即ち互いに接続された奇数番目の電極と互いに接続さ
れた偶数番目の電極とから成る曲線アレイ、を有する回
転容量エンコーダを開示している。かかるアレイは、信
号周期Ｔ当たり２個の電極を有する。即ち、奇数番目と
偶数番目の電極は、位相が逆になっている。空間周期Ｔ
ｘ内で高精度をもって補間するためには、空間周期Ｔｘ
当たり電極数を２個より遙かに大きいＮ個とすることが
有利である。例えば、位置が、受信電極に結合された信
号の、必要ならば復調後の、位相を測定することにより
決定されるとすれば、Ｔｘ／Ｎの電極ピッチによる高調
波波形と、空間周期Ｔｘに関係する基本波形との間の周
波数比はＮとなり、この比が大きくなるほど、濾波によ
り不要高調波を除去し易くなる。
【０００３】米国特許第３，３４２，９３５号では、基
板を横切るスタイラスの位置は、ワイヤ電極の二つの垂
直なアレイから成る行列からスタイラスピックアップ信
号を得ることにより、測定されている。各軸に一つのア
レイを配設し、各アレイのワイヤ電極は、直角位相の４
個の正弦波に接続されている。隣接したワイヤに対する
正弦波の位相は、例えば、０、９０、１８０、２７０、
０、９０度等であり、空間周期Ｔｘ当たり４本のワイヤ
電極を設けている。これらの実施例では全て、電極はセ
ンサとスケールの両方に接続され、センサとスケールと
の接続を必要としている。
【０００４】独国特許第２２１８８２４号では、容量結
合により、スケールがピックアップした信号をセンサへ
戻している。位相測定方法を提案した英国特許第２００
９９４４号も、スケールからセンサへと戻る、かかる結
合を提供している。いずれの場合も、センサとスケール
との間を接続する必要はないが、スケールとセンサの幅
を広くしなければならない。これは、センサが、スケー
ル上の受信電極への容量結合を得るために伝送電極アレ
イに沿って少なくとも１個のピックアップ電極を必要と
するためである。更に、センサ上の伝送電極からの直接
結合から、ピックアップ電極を遮蔽するために、ガード
電極を設けなければならない。この結果、センサ及びス
ケールの幅が、多くの用途の場合に問題となる。例え
ば、小型の円筒状のゲージプローブにおいてはスペース
が不足し、或いは、センサをシリコンダイ上に一体化す
る場合は、寸法の増加と共にコストが急激に上昇するの
で、経済的な問題が生じる。また、スケール電極には二
つの別個の領域、即ち一つは伝送電極アレイから信号を
受信するための領域、もう一つは受信信号をピックアッ
プ電極へ結合させるための領域、を設ける必要があるの
で、一定の用途に対しては形状及び位置の制約が大きく
なり、特に二次元スケールの場合には使用が殆ど不可能
になる。
【０００５】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、前記センサは、前記伝送電極を前記第一の手段から
瞬時且つ順に遮断して各電極を前記第二の手段に接続す
ることにより該電極を瞬時受信状態とする第三の手段を
備え、前記第三の手段は、第二の空間的に周期的な瞬時
受信電極のパターンを形成し、前記第一及び第二のパタ
ーンは、一方のパターンの移動が他方のパターンの移動
のインタバル中に生じるようにインクリメントにより交
互に移動し、前記部材は、瞬時受信電極により受信され
る信号の周期的な変動を生成する。
【０００７】本発明は、センサが完全にシリコンダイ上
に一体化されている場合でも、電極アレイの幅が狭く僅
かな面積しか要さないので、単純で低コストの測定器を
可能にしている。更に、センサとスケールとの間隔の局
部的な変動は、通常低精度の主たる原因であるので、電
極アレイの寸法を小さくすることでこれらの変動を減少
し、以て精度を改善している。
【０００８】本発明に係るセンサは、電極、表面リリー
フ又は結合容量に影響する他の空間的に周期的なパラメ
ータを備えた、幾つかの型の部材即ちスケールと共働す
るように、構成してもよい。スケールは、極めて簡単な
構造とすることができる。例えば、電極は矩形でよく、
ガード電極で分離する必要はない。スケール電極の幅
は、センサ電極の幅より広く、或いは狭く、或いは同じ
にしてもよい。この結果、例えば、本発明に係る二つの
センサによる２座標測定を可能にして二次元の電極アレ
イを有するスケールが直ちに得られる。
【０００９】好ましくは、単純化と測定の精度を確保す
るために、前記第二の手段は、前記瞬時受信電極に受信
された信号の復調後の位相を評価することにより、セン
サに対する前記部材の相対位置を検出する。好ましい実
施例において、前記第一の手段は、第一の電位に接続さ
れたＮ個の電極の第一のグループと、該第一のグループ
の電極と交互に形成されて第二の電位に接続されたＮ個
の電極の第二のグループとから成る、周期２Ｔｘの第一
の空間的に周期的なパターンを形成する。ここに、Ｎは
３より大きい整数であり、前記第三の手段は、Ｎ個の電
極の各グループから遮断されて瞬時受信状態となる少な
くとも１個の電極から成る周期Ｔｘの第二の空間的に周
期的なパターンを形成し、選定された瞬時受信電極は、
同一電位の少なくとも二つの電極の間にある。
【００１０】本実施例では、比較的簡単な電子技術で良
好な測定精度が得られる。パターンの空間周期はスケー
ルの空間周期の倍であるので、全スケール電極に作用す
るスケールとセンサ間の電圧差による影響が除去され
る。更に、パターン周期が長いため、センサとスケール
の間隔の増大に伴う有効信号強度の減少の程度が減るの
で、より大きな間隔も実現可能となる。
【００１１】瞬時受信電極に隣接した電極からの直接結
合は、それらの電位が前記第一のパターン移動の間不変
であるので、測定に影響することはない。好ましくは、
前記第一及び第二のパターンは、ＭをＮ／２に近似した
整数として、Ｍ個の電極の移動増分を有する。かかる移
動は、Ｍ−Ｎ／２個の電極の遙かに小さい増分の移動と
等価であるが、前記第一のパターンの信号極性は、各移
動毎に変化する。信号強度は、各移動毎に多数の電極が
電位を変えるため、「ハイ」である。更に、瞬時受信電
極から信号を復調することにより、即ち、その極性を一
つおきの移動毎に逆転させることにより、その結果生じ
る信号は、前記遙かに小さい増分により生成された非復
調信号と同様になる。また、静電荷の移動や圧電性の動
態等により生成される好ましくない低周波信号は、前記
復調により除去されて、濾波が容易な高周波信号が得ら
れる。
【００１２】好ましい実施例において、移動増分の前後
にそれぞれＮ個の電極から成る前記第一及び第二のグル
ープにより形成されるパターンは、瞬時受信電極が単独
で孤立している場合は該瞬時受信電極の中心に対して対
称であり、その他の場合は隣接した瞬時受信電極のグル
ープの中心に対して対称である。瞬時受信電極上で結合
される信号は、スケールが無い場合や、瞬時受信電極の
中心又はそれらのグループの中心から見てスケール電極
も対称パターンを形成する場合は、全電極からの結合が
相殺されるので、ゼロになる。この結果、測定は極めて
容易となる。また、スケールを設けていないとき（或い
は、電極やリリーフの無いダミースケールを設けたと
き）に信号が殆ど相殺されない場合等には、センサの誤
動作や誤結合を試験することもできる。
【００１３】好ましい実施例において、測定器は、２Ｎ
本の第一の線路（Ｐａ乃至Ｐｐ）に接続されて、１本の
線路（Ｐａ）上にクロック入力から導出した周期性の信
号出力を生成し、更に該信号を１乃至２Ｎ−１クロック
周期だけ移動して２Ｎ−１本の残りの線路（Ｐｂ乃至Ｐ
ｐ）に対して別の２Ｎ−１個の信号を生成する、信号発
生器を備えている。
【００１４】好ましくは、前記信号発生器は、前記第二
のパターンを形成するようにＮ個の第二の線路（Ｒａｉ
乃至Ｒｈｐ）にも接続され、前記Ｎ個の第二の線路（Ｒ
ａｉ乃至Ｒｈｐ）上に生成された信号は、各電極を前記
第一の２Ｎ本の線路（Ｐａ乃至Ｐｐ）の中の１本に対し
て接続又は遮断を行う電子供給スイッチ（Ｓ１）、及び
前記電極を差動増幅器の入力に対してそれぞれ遮断し接
続する電子ピックアップスイッチ（Ｓ２、Ｓ３）を制御
する。
【００１５】好ましい実施例において、各電極は、第二
のピックアップスイッチ（Ｓ３）が後続する第一のピッ
クアップスイッチ（Ｓ２）に接続され、前記スイッチ間
の共通部分は、前記スイッチが開いたとき一定の電位に
接続される。同様の実施例において、前記ピックアップ
スイッチ（Ｓ２、Ｓ３）は、それぞれ整流器（Ｓ５、Ｓ
６）を介して増幅器に接続された、２本の第三の線路
（Ｉ１、Ｉ２）の一方に接続され、前記増幅器には、サ
ンプル及び保持回路、差動シングルエンド型変換器、フ
ィルタ、比較器が順次接続されている。
【００１６】本実施例における電子技術は、実施に容易
で、通常、センサ精度を損なうことはない。他の利点
は、特許請求の範囲と、本発明の一実施例を例示的にの
み示す添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明した以
下の本文と、に記載されている。
【００１７】
【実施例】図１は、電極アレイ１０を備えたセンサ１と
電極アレイ２０により形成されたスケール２とを含む、
本発明に係る器具を示す。センサ１及びスケール２は、
所与の間隔Ｈだけ離れて互いに対向している。センサ１
は、測定すべきｘ座標に沿ってスケール２に対して移動
してもよい。Ｔｘはｘ座標に沿ったスケール電極２０の
ピッチを表し、Ｔｘ／Ｎはセンサ電極の一つを表す。Ｎ
はＴｘ上の電極数であり、図１ではＮ＝８である。セン
サ電極１０の一部は、受信電極１０Ｒとして暫時機能す
るが、これらは、残りの電極の、スケール２の電極２０
に対する位置の関数として生じる、電界の影響を受け
る。受信電極のパターンは常に変動するので、全ての電
極１０が順に受信電極１０Ｒになる。従って、全ての電
極１０は、同一の機能を有する。この単純な構成の利点
は、ｘ軸を横切るセンサの幅Ｗをスケール電極アレイの
幅と同じ大きさにし得ることにあり、スケールとセンサ
電極間の結合容量は所与の間隔Ｈに対して幅Ｗが増加す
るにつれて急速に低下するので、特に、スケールとセン
サの幅をいずれも狭く（Ｗ＜＜Ｔ）する必要がある場合
や、スケールとセンサとの間隔Ｈが比較的重要である場
合に、有用な特徴となる。結合容量の低下は、比Ｗ／Ｈ
＞＞１のときＷに略比例するが、スケール及びセンサ電
極アレイがいずれも略同じ幅であると仮定すると、幅Ｗ
が間隔Ｈより小さくなると顕著になり比Ｈ／Ｗの平方の
ように低下する。
【００１８】かかる寸法上の制約、即ち、幅Ｗがピッチ
Ｔｘよりずっと小さく間隔Ｈが該幅Ｗと同程度の大きさ
であるという制約は、１回転或いはその一部分の回転に
対して絶対となる必要があり、例えば軸の周りに形成し
た場合には外半径と内半径との差が僅かしかなく、しか
も構成上の理由で間隔Ｈを任意に小さくすることが出来
ない、回転エンコーダに見られることが多い。図２に示
した電極アレイは、かかる条件に最も適合する。センサ
１０１は、二つの電極１２０Ａ、１２０Ｂを備えた環状
スケール１０２に対向した、電極１１０の環状アレイ１
６を有する。従って、円形周期は、１／２回転となる。
１８０°離間した２個の電極から成る瞬時受信電極１０
Ｒのパターンは、常に円周上を移動する。かくして、セ
ンサ電極アレイの周りに環状受信電極を設け更にそれら
の間にガード電極を設ける必要がなくなるが、これによ
り、前記センサ電極アレイの幅Ｗが狭くなることに伴う
結合容量の低下により、有効信号が著しく減少する。本
発明の特徴により可能となった電極構成は、この特定の
場合に良く適合する。
【００１９】他の利点は、先ず、瞬時受信電極上で電極
１０のアレイに沿って電位パターンを徐々に移動させて
いく効果を分析することで、本発明に係るセンサ１の作
用のより詳細な説明に記載されている。この目的で、図
３は、本発明に係るセンサの一連の３２個の電極上の、
一例として４個の連続した電位パターンと瞬時電極パタ
ーンの状態を示す。分かり易くするために、これらの３
２個の電極は、より長い直線アレイの中央に位置してお
り、アレイの有限な長さに起因する摂動を除去する手段
は後述する。
【００２０】図３に示した電位パターンは、二つの電
位、即ちＶ１（白）とＶ２（陰影付き）とから成る。瞬
時受信電極１０Ｒを除いて、アレイの電極１０は全て、
Ｖ１かＶ２のいずれかにある。前記パターンは、１６個
の電極毎に反復するが、図１に示したスケール周期Ｔｘ
は８個の電極（Ｎ＝８）に対応し、電位パターンは、２
Ｔｘの周期を有する。これは、又、明らかに８電極離間
しているが瞬時受信電極１０Ｒのパターンでもある。実
際、前記パターンは、（図３に示されていない）２個の
増幅器入力のいずれかに交互に接続された瞬時受信電極
から成り、従って、パターンの周期は、いずれも２Ｔｘ
となる。任意の瞬間に、１６番目毎の電極１０は、同じ
電位と同じ機能を有し、電位Ｖ１かＶ２で或いは瞬時受
信電極として増幅器入力のいずれか一方に接続される。
かくして、図３の電極は、２Ｔｘの周期内のそれぞれの
相対位置を表すａ乃至ｐの１６個の文字により指示され
る。各文字は、図３に示した３２個の電極内に２度現れ
る。従って、同一の文字により指示された電極は、同一
の電位と同一の機能を有する。図３に示したパターンに
おいて、時間ｔ０Ｒでは、瞬時受信電極１０ｇを除く電
極１０ａ乃至１０ｈがＶ２であり、瞬時受信電極１０ｏ
を除く電極１０ｉ乃至１０ｐがＶ１である。次に、時間
ｔ０Ｓでは、電位パターンは、５電極分だけ増加、即ち
５Ｔｘ／８だけ右側に移動し、電極１０ｆ、１０ｈ乃至
１０ｍがＶ２であり、電極１０ｎ、１０ｐ、１０ａ乃至
１０ｅがＶ１である。瞬時受信電極１０ｇ、１０ｏは、
５個の電極１０ａ乃至１０ｅのＶ２からＶ１への電位変
化、及び５個の電極１０ｉ乃至１０ｍのＶ１からＶ２へ
の電位変化により結合される信号を受信したので、移動
しなかった。一方、瞬時受信電極１０ｇに隣接した電極
１０ｆと１０ｈは、瞬時受信電極１０ｏに隣接した電極
１０ｎと１０ｐと同様、同一の電位のままであった。図
３に示されていない電極を含むスケールの周期Ｔｘの特
徴に影響されて、上述した電位の変化は、前記瞬時受信
電極１０ｇ及び１０ｏ上の電位を誘発する。この電位変
化は、スケール電極のセンサ電極に対する相対位置の関
数である。スケール電極が正確に瞬時受信電極１０ｇ及
び１０ｏに対向すると、各組の５個の電極１０ａ乃至１
０ｅ及び１０ｉ乃至１０ｍからの結合は、前記スケール
電極に影響されて、対称性の故に等しくなる。その結
果、両方の組の５個の電極の電位変化が反対の極性を有
するので、電極１０ｇ及び１０ｏ上に誘発された正味の
電位変化は０になる。また、スケール電極が僅かに右側
に移動すると、５個の電極１０ａ乃至１０ｅから瞬時受
信電極１０ｇへの結合が増加すると共に、他方の組の電
極１０ｉ乃至１０ｍから他方の瞬時受信電極１０ｏへの
結合も増加する。電位Ｖ１がＶ２より高いと仮定する
と、瞬時受信電極１０ｏには電位の増加が生じ、瞬時受
信電極１０ｇには電位の減少が生じる。その代わりに、
スケール電極が僅かに左側に移動すると、明らかに、電
極１０ｏ上では電位が減少し、電極１０ｇ上では増加す
る。スケール電極が、瞬時受信電極１０ｇ及び１０ｏに
正確に対向する代わりに、それらから等距離にあると、
即ちＴｘ／２だけ移動すると、電極１０ｇ、１０ｏ上に
誘発される正味の電位変化は、再びゼロとなる。
【００２１】１周期Ｔｘ離れた瞬時受信電極１０Ｒ上の
電位変化は、振幅が等しく、極性が逆であり、前記瞬時
受信電極とスケール電極との間の変位に関する、周期Ｔ
ｘの周期関数である。従って、瞬時受信電極の半分を差
動増幅器の一方の入力に接続し、残りの半分を他方の入
力に接続することにより、有用な信号が倍増されると共
に、センサ及びスケール電極に作用する外的な影響によ
り、センサとスケール間の全体の電位変化は、前記差動
増幅器の両方の入力で等しい振幅と極性を示すので、相
殺される（図４）。
【００２２】次に、時間ｔ１Ｒで、瞬時受信電極パター
ンは５電極分だけ増加、即ち、５Ｔｘ／８だけ右側に移
動する。このとき、瞬時受信電極１０Ｒは１０ｌと１０
ｄであり、電極１０ｇ、１０ｏは、再びＶ２、Ｖ１にそ
れぞれ接続される。その他の電極の電位パターンは不変
であり、時間ｔ１Ｓで、５電極分（５Ｔｘ／８）だけ右
側に移動する。同時に、瞬時受信電極１０ｌ及び１０ｄ
は、５個の電極１０ｆ乃至１０ｊの組のＶ２からＶ１へ
の遷移により、また５個の電極１０ｎ、１０ｏ、１０
ｐ、１０ａ、１０ｂの組のＶ１からＶ２への遷移によ
り、信号を検出する。ここでも、瞬時受信電極１０ｌ、
１０ｄに隣接した電極即ち１０ｋ、１０ｍ、１０ｃ、１
０ｅは同一の電位となる。
【００２３】図３で本発明に係るセンサの例として与え
られた、電位パターン及び瞬時受信電極パターンは、良
好なセンサ特性を得るために必要なパターンの特徴を示
す。特有の特徴の一つとしては、各電極の或いは隣接し
た電極の組の中央付近の移動前後の電位パターン間の対
称性があり、例えばこれらのパターンを時間ｔ０Ｒとｔ
０Ｓで考えると、これらの電極は、当該移動中、瞬時受
信している。１個の瞬時受信電極１０ｇは、電位Ｖ２、
時間ｔ０Ｒで、その左側に１個の電極１０ｆを、その右
側に６個の電極１０ｈ乃至１０ｍを有する一方、同じ電
位で時間ｔ０Ｓでは、その左側に１個の電極１０ｆを、
その右側に６個の電極１０ｈ乃至１０ｍを有する。もう
一つの特徴は、瞬時受信電極に隣接した電極この例では
１０ｆと１０ｈは、同一の電位になることである。ピッ
チＴｘ当たりＮ個の電極を仮定すると、電位パターンが
Ｍ個の電極分だけ右側に移動するとき、Ｎ−Ｍ個の隣接
電極は、同一の電位になる。上述した対称性の故に、Ｒ
個の隣接した瞬時受信電極の組は、前記Ｎ−Ｍ個の電極
の中央にくる必要がある。従って、明らかに、Ｎ−Ｍが
偶数であるとき、Ｒは偶数となり、Ｎ−Ｍが奇数である
ときＲも奇数となる。特に、Ｎ−Ｍが奇数であるとき、
瞬時受信電極は１個だけ（Ｒ＝１）になることもある。
【００２４】分子１乃至Ｎを用いて、図３にピッチＴｘ
内のＮ個の電極を左から右に番号付けすることにより、
最初の瞬時受信電極の分子は、 Ｊ＝（Ｎ＋Ｍ−Ｒ）／２＋１ となる。更に、瞬時受信電極が１個の場合（Ｒ＝１）
は、 Ｊ＝（Ｎ＋Ｍ＋１）／２ ピッチＴｘが８電極から成り５電極増加する場合、第一
の瞬時受信電極の分子Ｊは、７となり、図３の電極１０
ｇに対応する。もう一つの好ましいパターンは、１６個
の電極から成るピッチＴｘと９個の電極の増加により与
えられ、瞬時受信電極の分子Ｊは１３となる。
【００２５】瞬時受信電極１０Ｒを中心とした移動の前
後に電位パターン間の対称性の前記特性を有する電位パ
ターンと瞬時受信電極パターンの使用により、前記電極
１０Ｒに結合された正味の電位変化は、スケールがない
場合、或いは、スケール電極も前記電極１０Ｒを中心と
した対称パターンを形成する場合、ゼロとなる。瞬時受
信電極に隣接した電極が電位パターン移動の間同一の電
位に留まるので、それらの間の結合は防止される。これ
は、隣接した電極間の狭いスペースが強い相互容量を生
起して該スペースの僅かな変化でも大きな変動となるの
で、極めて重要である。
【００２６】図３に示したパターンの他の特性も有益な
ものである。これらのパターンはスケールのピッチ（Ｔ
ｘ）の倍のピッチを有するので、全てのスケール電極に
等しく作用するスケール及びセンサ間の電位差（共通モ
ード電圧）の影響は、上述したように低減又は抑制され
る。このような二倍のパターンピッチのもう一つの利点
は、スケールとセンサとの間隔Ｈの増大に伴い、瞬時受
信電極に結合される電位の変化がゆっくり減少すること
にある。また、Ｔｘ／２（ここでは５Ｔｘ／８）近傍の
増分だけ移動させることにより、瞬時受信電極上で信号
を簡単に復調することができ、この復調の結果、スケー
ルとセンサとの相対移動中の帯電により或いは衝撃や振
動を通した圧電効果により生成される、低周波雑音信号
を除去し得る効果が得られる。移動増分を、ゼロから始
めて３Ｔｘ／８と共にＴ／２に最も近くしかもそれと等
しくない５Ｔｘ／８とすると、瞬時受信電極とスケール
との間の相対位置の数列は、Ｔｘの分数として（即ち、
Ｔｘが１に等しいとするならば）以下のように表され
る。
【００２７】０、５／８、１０／８、１５／８、２０／
８、２５／８、３０／８、３５／８、４０／８等々。ス
ケールと瞬時受信電極との間の結合は、空間的に周期Ｔ
ｘの周期性を有するので、１ピッチ内の等価相対位置数
列は、０、５／８、２／８、７／８、４／８、１／８、
６／８、３／８、０となる。
【００２８】かくして、スケール電極の場合のように、
一つのピッチＴｘに沿って均等に分配された８個のサン
プルが得られ、その結果、１ピッチＴｘ内の各電極は、
全ての電極を伸張することにより、順に瞬時受信電極と
なる。この場合、Ｔｘの分数ここでは５／８として表さ
れた移動増分の、分子ここでは５と分母ここでは８と
は、公約数を有さないか、或いは、ピッチあたりサンプ
ル数が少なくとも半減される。
【００２９】サンプリング周波数としてｆをとり、各サ
ンプルに連続的に＋１、−１、＋１、−１等をかけるこ
とによりサンプル数列を復調すると、結合が空間的に周
期性を有して周期Ｔｘのサイン波を近似するために、周
波数ｆ／８の復調信号が得られ、その結果、極性変化は
Ｔｘ／２づつの移動に対応する。このとき、復調信号
は、以下のサンプル数列に対応する。
【００３０】０、１／８、２／８、３／８、４／８、５
／８、６／８、７／８、０等々。この数列は、低周波雑
音（前記復調により高周波に拒絶される）とサンプリン
グ処理により生成される高周波（量子化雑音）とを除去
するための濾波後、効果的にｆ／８の周波数を有する。
移動増分が３Ｔｘ／８、即ち図３の例でＴｘ／２に最も
近い他方の移動増分である場合には、周波数ｆ／８の復
調信号が得られるが、数列の順序は逆に、即ち移動の方
向とは反対に左側へ移行し、０、７／８、６／８、５／
８等になる。かくして、Ｔ／２近傍の移動は、低周波雑
音信号の除去が容易となる故に、有利である。更に、瞬
時受信電極上の信号は、各移動毎の電位Ｖ１とＶ２との
間の電極変化量が当該移動の増分に比例するので、移動
量の増加につれて増加する。しかしながら、１個の瞬時
受信電極の両側で同一の電位となる少なくとも１個即ち
Ｎ−Ｍ＝３個のの電極により規制される。
【００３１】隣接した瞬時受信電極の各組及び／又は移
動増分を、瞬時受信電極の両側で１個以上の電極が同じ
電位に留まるように、設定することも可能である。各瞬
時受信電極を隔絶させたパターンを有する利点、即ちパ
ターンの半周期（Ｔｘ）毎に瞬時受信電極を配する利点
は、整流手段の簡略化にある。欠点は、対スケールの結
合容量が小さいことであるが、これは、瞬時受信電極と
基板との間の容量も等量低下することで一部相殺され、
電位変化が大きく影響を受けることはない。
【００３２】１ピッチＴｘあたりのセンサ電極の数Ｎ
は、４個からそれ以上へと変えてもよい。Ｎ＝４の場
合、電位変化電極は１個であり（Ｍ＝１）、１個の瞬時
受信電極が同じ電位に留まる二つの電極により挟まれ
る。Ｎの最適な選択は、主として、必要とされる線形
性、フィルタ性能、及び電子回路の複雑性に応じて決定
される。Ｎが大きくなると明らかにより複雑な電子回路
を必要とするが、サンプリングにより生成される量子化
雑音周波数は当該周波数より遙かに高いので、簡単なフ
ィルタを要するだけである。実際には、Ｎは、例えばセ
ンサ電極基板が印刷回路である場合には、製造技術によ
っても制限される。上述した図３、図４、図５の本発明
に係るセンサの例は、説明と図の簡略化のため、１ピッ
チＴｘあたりＮ＝８個の電極を有しているが、前記例の
ようにセンサをシリコン基板上に実施する場合、Ｎはよ
り大きな数、例えばＮ＝１６（例えば、Ｍ＝９電極の移
動増分と、隔絶された瞬時受信電極Ｒ＝１）以上とする
ことが有利である。しかしながら、Ｎ＝１６とした場
合、Ｔｘ／１０００程度の良好な線形性を得るために、
簡単な濾波手段を設けるだけで充分である。
【００３３】図３に例示した本発明に係るセンサの電位
パターン及び瞬時受信電極パターンを形成するために、
更には、前記瞬時受信電極に結合された信号からスケー
ルとセンサ間の相対位置を抽出するために、図４にその
要部の概略を示した電子回路を使用する。この回路によ
り生成される波形及び信号を、図５に示す。外部クロッ
ク信号により同期される信号発生器３０は、１６本の線
路Ｐａ乃至Ｐｐ及び１本の線路ＸＩ上で１６クロック周
期Ｔｃｋの周期数を有する信号を発生すると共に、８本
の線路Ｒａｉ乃至Ｒｈｐ上で８クロック周期Ｔｃｋの周
期数を有する信号を発生する。
【００３４】１６本の線路Ｐａ乃至Ｐｐはそれぞれ、ス
イッチＳ１ａ乃至Ｓ１ｐを介して対応する電極１０ａ乃
至１０ｐに、例えば、線路ＰａはスイッチＳａを介して
電極１０ａに、線路ＰｂはスイッチＳｂを介して電極１
０ｂに、といったように接続され、各電極に電位パター
ン（Ｖ１又はＶ２）を付与する。図５に示したように、
前記各線路の電位パターンは、時間ｔ０Ｒで時間軸
（ｔ）の原点（０Ｔ）として設定され、図３に示した対
応する電極上の電位パターンと同じになる。このこと
は、時間ｔ０Ｓ、ｔ１Ｒ、ｔ１Ｓについても言える。か
くして、信号発生器３０は、これらの線路Ｐａ乃至Ｐｐ
上で、電極１０ａ乃至１０ｐの電位パターンを発生す
る。図３の信号パターンは１６個の電極に対応する２Ｔ
ｘの空間周期を有し、クロック信号ＣＫの各周期Ｔｃｋ
毎に５個の電極に対応する５Ｔｘ／８の移動があるの
で、線路Ｐａ乃至Ｐｐ上に生成される電位パターンは、
再び、１６クロック周期毎に同一となる。線路Ｐａ乃至
Ｐｐ上に前記電位パターンを生成させるために必要な信
号発生器の論理は、詳細には示されてないが、線路Ｐａ
乃至Ｐｐ上の信号が線路Ｐａ上の信号を１乃至１５クロ
ック周期ずつ遅延させることにより得られることに特に
留意すれば、図５に示した信号から導くことは容易であ
る。ここで必要とされることは、線路Ｐａ上に示した周
期性のシーケンスを生成し、信号発生器３０の一体部分
であるシフトレジスタを用いて他の１５個の信号を以下
の順序で得ることだけである。
【００３５】Ｐｆ、Ｐｋ、Ｐｐ、Ｐｅ、Ｐｊ、Ｐｏ、Ｐ
ｄ、Ｐｉ、Ｐｎ、Ｐｃ、Ｐｈ、Ｐｍ、Ｐｂ、Ｐｇ、Ｐｌ ここで各信号は、先行する信号から１クロック周期ずつ
遅延している。なお、この順序で隣接した各線路は、５
Ｔｘ／８離間した、即ち正確には電位パターンが５電極
ずつ移動増分するために５電極分離間した電極に対応す
る。
【００３６】瞬時受信電極パターンは、８本の線路Ｒａ
ｉ乃至Ｒｈｐにより制御され、各線路は、指標により指
示され選定された電極を制御する。例えば、線路Ｒｇｏ
は電極１０ｇと１０ｏを制御する。かかる線路が論理状
態１を有するとき、対応する電極は瞬時受信している。
ここで再び、図５に示された線路Ｒａｉ乃至Ｒｈｐ上の
信号は、図３に示した瞬時受信電極パターンに対応し、
例えば、図５の線路Ｒｇｏは時間ｔ０Ｒ及びｔ０Ｓで論
理状態１を有すると同時に、電極１０ｇと１０ｏは図３
で瞬時受信電極として示されている。同一の電極は８ク
ロック周期毎に瞬時受信しているので、線路Ｒａｉ乃至
Ｒｈｐ上の信号は８クロック周期の周期数を有する。図
５に示したように、線路Ｒａｉ乃至Ｒｈｐ上の信号は、
以下の順序で論理状態「１」を獲得する。
【００３７】Ｒｇｏ、Ｒｄｌ、Ｒａｉ、Ｒｎｆ、Ｒｋ
ｃ、Ｒｈｐ、Ｒｅｍ、Ｒｂｊ ここでも、この順序で隣接した線路は、５Ｔｘ／８離間
した瞬時受信電極を制御する。これらの線路上の信号パ
ターンは線路Ｐａ乃至Ｐｂ上の電位パターンが移動する
間に変化するので、例えば、一方のパターンを生成する
ためには「マスタ」フリップフロップ出力を用い、他方
のパターンを生成するためには「スレイブ」フリップフ
ロップ出力を用いることにより、上述したシフトレジス
タから、線路Ｒａｉ乃至Ｒｈｐ上に信号を生成すること
が可能となる。また、別の組合せ及びタイミング論理も
必要となる。図５に示した信号を発生する完全な信号発
生器の設計は、ここに図示していないが種々の論理回路
により、実施が容易となる。
【００３８】電極スイッチ回路及び信号処理回路につい
ては、特に生成された信号と瞬時受信電極との間の好ま
しくない結合を避けるために、注意深い設計が特に必要
とされるが、これらの回路の概略を図４に示す。各電極
１０ａ乃至１０ｐは、同じ指標の電極スイッチＳ１ａ乃
至Ｓ１ｐを介して、同じ指標の線路Ｐａ乃至Ｐｐに接続
される。例えば、電極１０ａは、電極スイッチＳ１ａを
介して、線路Ｐａに接続される。各スイッチＳ１ａ乃至
Ｓ１ｐは、共通の指標を有する線路Ｒａｉ乃至Ｒｈｐに
より制御される。例えば、スイッチＳ１ａとＳ１ｉは、
線路Ｒａｉにより制御される。同一の線路Ｒａｉ乃至Ｒ
ｈｐは又、Ｓ１以外に同じ指標の３個の他の電子スイッ
チＳ２、Ｓ２、Ｓ４を制御する。例えば、電極１０ａ
は、線路Ｒａｉにより制御されたスイッチＳ１ａ、Ｓ２
ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａに接続される。３個のスイッチＳ
２、Ｓ３、Ｓ４は、二つのピックアップ線路Ｉ１又はＩ
２の一方に同一の指標の電極を接続したり遮断したりす
る。例えば、線路Ｒａｉ上の制御信号は、論理状態
「０」にあるとき、スイッチＳ１を閉じ、例えば電極１
０ａを線路Ｐａに即ち電位パターン（Ｖ１又はＶ２）に
接続するスイッチＳ１ａを制御する。線路ｆＲａｉによ
り同様に制御されるスイッチＳ２ａ及びＳ３ａは、論理
状態「０」で開かれ、電極１０ａをピックアップ線路Ｉ
１から遮断する一方、前記線路により同様に制御される
スイッチＳ４ａは、前記論理レベル「０」で閉じられ
る。スイッチＳ４ａは、スイッチＳ２ａ及びＳ３ａ間の
線路を一定の電位に接続し、両方の開いたスイッチＳ
２、Ｓ３を介した、電極からピックアップ線路への容量
結合を防止するガードとして機能する。例えば線路Ｒｇ
ｏ上の制御信号が論理状態「１」にあるときは、スイッ
チＳ１を開いて例えばＳ１ｇを制御し、電極１０ｇを線
路Ｐｇから即ち電位パターンから遮断する。前記スイッ
チＳ１ｇが開状態にある限り線路Ｐｇ上の電位は変化し
ないので、ここでは単純なスイッチで充分である。線路
Ｒｇｏ上の論理状態「１」は又、スイッチＳ２ｇ、Ｓ３
ｇを閉じてスイッチＳ４ｇを開き、電極１０ｇをピック
アップ線路Ｉ２に接続する。電極１０ｇは、同じ線路Ｒ
ｇｏにより制御されたスイッチＳ１ｏ、Ｓ２ｏ、Ｓ３
ｏ、Ｓ４ｏに接続された電極１０ｏと同様に、瞬時受信
電極１０Ｒとなる。以上、例示的に述べたことは、全て
の電極１０、スイッチＳ１乃至Ｓ４及び線路Ｒについて
も当てはまる。
【００３９】瞬時受信電極により受信された信号は、ピ
ックアップ線路Ｉ１、Ｉ２及び電子整流器Ｓ５、Ｓ６を
介して、スイッチＳ７、Ｓ８によりサンプリングされた
二つの増幅器３１、３２の入力に送られる。各増幅器３
１、３２にはサンプル及び保持回路３３、３４がそれぞ
れ続き、回路３３、３４の出力は、シングルエンド型変
換器３５の差分入力に接続されている。該変換器３５に
は、フィルタ３６更には比較器３７が続いている。双方
の増幅器３１、３２のゲインが等しいとすると、シング
ルエンド型変換器３５の差分入力の故に、前記増幅器及
びシングルエンド型変換器の差分入力から成る回路全体
は、その入力において信号間の差（ＶＤＩ）を増幅する
差動増幅器に等価である。前記信号差ＶＤＩの極性の変
更は、増幅器入力上の前記信号を交換することにより行
えばよい。
【００４０】順に瞬時受信電極となる電極対の順序は、
ｇｏ、ｌｄ、ａｉ、ｆｎ、ｋｃ、ｐｈ、ｅｍ、ｊｂ、ｏ
ｇ、ｄｌ、ｉａ、ｎｆ、ｃｋ、ｈｐ、ｍｅ、ｂｊとなる
が、図４の時間０（ｔ０Ｒ）から始まりそれぞれの指標
で表される。上述した順序で左側の指標を有する電極が
増幅器３１の入力に接続され、右側の指標を有する電極
が増幅器３２の入力に接続されるならば、その結果生じ
る信号の順序は、Ｔｘの分数として上述したように表さ
れた以下の位置．．．、０、５／８、２／８、７／８、
４／８、１／８、６／８、３／８、０等々に等しいもの
となる。周波数ｆ／２で復調することにより、即ち上述
した順序に＋１、−１、＋１、−１等をかけて濾波する
ことにより、周波数ｆ／８即ち周期８Ｔｃｋの周期性波
形となる。この復調は増幅後に行ってもよいが、ここで
は増幅前に行っている。このため、一つおきの電極対毎
にピックアップ線路への接続を交換しなければならず、
その後、瞬時受信電極は増幅器入力３１、３２に以下の
順序で接続される。
【００４１】ｇｏ、ｄｌ、ａｉ、ｎｆ、ｋｃ、ｈｐ、ｅ
ｍ、ｂｊ、ｏｇ、ｌｄ、ｉａ、ｆｎ、ｃｋ、ｐｈ、ｍ
ｅ、ｊｂ、最初の指標に対応する電極は、入力３１に接
続され、二番目の指標に対応する電極は入力３２に接続
される。スイッチＳ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３ｄ、Ｓ３ｅ、Ｓ
３ｇ、Ｓ３ｈ、Ｓ３ｋ、Ｓ３ｎをピックアップ線路Ｉ１
に、スイッチＳ３ｃ、Ｓ３ｆ、Ｓ３ｉ、Ｓ３ｊ、Ｓ３
ｌ、Ｓ３ｍ、Ｓ３ｏ、Ｓ３ｐをピックアップ線路Ｉ２
に、接続することにより、更に、線路Ｉ１を増幅器入力
３１に、線路Ｉ２を増幅器入力３２に接続することによ
り、上述した順序における最初の８個の電極対は正しく
接続されるが、最後の８個の電極対は交差する。従っ
て、線路Ｘ１により制御される整流器Ｓ５、Ｓ６は、ピ
ックアップ線路Ｉ１、Ｉ２から増幅器３１、３２の入力
への接続と交差し、正しい接続順序を再確立している。
【００４２】かくして、隔絶された即ち隣合っていない
瞬時受信電極のパターンを増幅器３１、３２の入力に接
続することは比較的容易であり、その一方にのみ各電極
を接続可能な２本のピックアップ線路Ｉ１、Ｉ２と、２
個の整流器とで十分である。スイッチＳ７、Ｓ８は、ク
ロック信号により制御される。瞬時受信電極１０Ｒのパ
ターンの移動後、反転増幅器である増幅器３１、３２
は、スイッチＳ７、Ｓ８が閉じると、それらの出力をそ
れらの入力にショートさせる。従って、増幅器が同一で
増幅器３１、３２の入力間の差電圧ＶＤＩが略ゼロとな
るので、電位は事実上同一となる。クロック信号の立ち
下がり縁部（論理「１」から「２」への移行部）で、ス
イッチＳ７、Ｓ８は開き、その後の電位パターン移動に
起因する結合信号は、図５にその出力信号ＶＨを示した
回路３５により差信号からシングルエンド型信号に変換
される前に、回路３３、３４により増幅され、サンプリ
ングされ、保持される。次に、低域又は帯域フィルタ３
６は、周波数約ｆ／８の復調波形を、その高調波及びそ
の他の雑音を除去することにより、強調し、図５に示し
た信号ＶＯを得る。次に、この信号は、比較器３７によ
り論理信号ＶＣに変換される。クロック周波数を８で割
ることにより得られる基準信号に対する、この信号ＶＣ
の移相は、スケール１とセンサ２との間の変位の正確な
測定値を表す。
【００４３】この正確さの理由の一つは、信号の高調波
の大部分が濾波されてしまうので、そのゼロ交差点即ち
比較器３７の出力における前記論理信号ＶＯの移行部に
よるその位相の決定が重大な誤差を生じない、ことにあ
る。もう一つの理由は、位相測定に両方の移行部（立ち
上がりと立ち下がり）を採用した場合、奇数調波及び直
流オフセットの影響が両方の移行部に対し（一方を進
め、他方を遅らせることにより）対抗して、それらの影
響が相殺される、ことである。従って、移相は、二つ以
上の続いて起こる移行部の時間平均として測定すること
ができるが、この時間平均は、前記続いて起こる移行部
のちょうど中央にある仮想移行部の時間に等しい。そし
て、これを、周波数ｆ／８の前記基準信号の移行部の一
方の時間と比較する。前記基準信号の周期で割った時間
差は、「回転」（３６０度の位相角）で表された移相で
ある。各「回転」即ちここでは８Ｔｃｋの各周期の時間
差は、スケールとセンサとの間の空間移動Ｔｘに対応す
る。スケールとセンサとの相対位置が変わらない場合、
位相即ち時間差も同じままである、ことは明らかであ
る。より厳密な位置を得るために、幾つかの測定値の平
均値を採用してもよい。
【００４４】センサ及びスケール間の幾つかの空間周期
Ｔｘに亘る測定変位は、「回転」の軌跡を維持すること
により、例えば、１「回転」即ち８Ｔｘ以内の変位を加
える前に、１「回転」毎に、即ち３６０度から０度へ０
度から３６０度へ位相角が移行する毎に、変位Ｔｘを加
えてそれぞれ減ずることにより、直線的になる。３６０
度以上のこれらの位相角の遷移、即ち８Ｔｃｋ以上の時
間差は、連続した測定を介して、即ち実際には、十分に
密な間隔で、好ましくは信号ＶＣの二つの移行部を分離
する間隔でなされた測定により、更に、測定された位相
差が二つの連続した測定の間に８Ｔｃｋから０へ又は０
から８Ｔｃｋに移行する度に変位Ｔｘを加減することに
より、特定し得る。かくして、間隔Ｔｘ内のスケールと
センサ間の相対位置の決定は確かなものとなり、より大
きな間隔に対しても対応し得る。即ち、センサは、変位
の軌跡を常に維持するように機能する。上述した位相測
定方法は、例示的なものであり、他の方法も使用可能で
ある。
【００４５】雑音を含む信号が、比較器３７の出力で過
度の位相変動を生じることがある。この場合の従来の解
決法は、図示していないが所謂位相同期ループ（ＰＬ
Ｌ）を使用することである。位相同期ループでは、内部
発振器の出力は、ここでは前記比較器の出力かフィルタ
３６の出力或いはシングルエンド型比較器３５の差分出
力である、重要な信号に対し追跡或いは同期するよう
に、行われる。
【００４６】上述したように、本発明に係るセンサの機
能は、より長いアレイの中央にある電極即ち全て同様に
影響される電極１０の動態を検査することにより、説明
された。これは、当然、図２に示した回転実施例におけ
るような「端部の無い」アレイについては全ての電極に
当てはまることであるが、図１に示した直線アレイの場
合、その端部の方にかけての電極は同様に影響されず、
特にセンサとスケールとの間に不整合がある場合には、
測定に誤差が生じることがある。これに対する有効な対
策は、アレイの端部近傍の瞬時受信電極からの信号を捨
てることであり、本発明に係るセンサの場合、単に、端
部近傍の電極を線路Ｉ１、Ｉ２に従って増幅器入力に接
続しないことである。なお、１周期Ｔに亘り均一な瞬時
受信電極分布を得るために、増幅器入力にまだ接続可能
な全ての電極１０を、整数個の空間周期２Ｔｘに亘り設
ける必要がある。
【００４７】単純ではあるが効果的なかかる測定は、ス
ケールとセンサとの間の不整合の効果、特に、瞬時受信
電極の結合容量の単調な変化をアレイにおける瞬時受信
電極の位置の関数として引き起こす、センサアレイの一
方の端部から他方の端部へかけての間隔の変動、を除去
するために十分でない場合がある。ここで、全ての瞬時
受信電極１０Ｒの「重心」は、スケールの一つの空間周
期Ｔｘ内を移動する。従って、その結果生じる誤差は、
スケールとセンサの相対位置の関数であるので、周期Ｔ
ｘを有する。この誤差の濾波は、単にその空間高調波を
除去するだけであり、空間周期性Ｔｘの残存誤差を除去
するために、前記まだ接続可能な電極を二つの領域に亘
り、それぞれＴｘ／２により分離された整数個の周期２
Ｔｘにかけて延びるように、設けることから成る。その
結果、それらの誤差曲線は、同一ではあるがＴｘ／２だ
けずれて、互いに相殺される。
【００４８】本発明の有益な利点の一つは、センサ電極
アレイの表面をスケールの表面に平行に維持しつつ、セ
ンサを所与の角度に傾斜させると共に、スケール電極
（又はリリーフ機構）を同様に傾斜させ得ることにあ
り、これにより、双方のアレイの電極は少なくとも局部
的に平行に維持される。この結果、所与の空間周期Ｔｘ
を有するセンサを用いて、Ｔｘより大きい周期Ｔｗを有
するスケールを読むことが可能となる。本発明は、所与
のセンサピッチで且つ種々の縮尺率で測定し得ることに
加えて、二つ以上の異なって傾斜したセンサを対応する
スケールに結合することによりなお高解像度を維持しつ
つ、より大きな周期に亘り絶対測定するために使用する
ことができる。なお、ＴｗがＴｘより遙かに大きくなる
と、傾斜角は９０度になる。
【００４９】本発明は、上述した各実施例に限定されな
いことは明らかであり、特許請求の範囲第１項の範囲内
で適宜変形し得る。一例を挙げれば、前記第二の手段の
特性を、例えば高性能帯域フィルタ３６を用いて、感度
を高めるように改良してもよい。同様の効果は、センサ
電極対基板容量を減少させて、半導体基板上の瞬時受信
電極の電圧信号を増加することによっても達成できる
が、これは、電極の下にポリイミド層を敷設することに
より行ってもよい。かく得られた容量の低減は、Ｖ１及
びＶ２間で整流する電極により、容量電流を減少させる
利点を更に呈する。
【００５０】本発明は、二つの垂直な方向に沿って空間
的に周期性を有する電極２０のアレイを備えたスケール
２に対向する、電極１０の二つの垂直なアレイを備えた
カーソルを設けることにより、二つの寸法測定に応用す
ることができる。スケール２には、凸状の或いは中空の
誘電性又は導電性構造のリリーフ等の、センサ信号の影
響に感応し易い任意の構造２０を設けてもよい。
【００５１】最後に、本発明に係るセンサは、僅かに大
径の円筒状固定子の内側で回転する同じく円筒状の回転
子を有するか、或いは、その周縁部が平坦な固定子上で
回転する平坦なディスク型回転子を有する（回転子と固
定子の面は、極めて小さい角度を形成する）、静電高調
波マイクロモータの集積化に好適である。回転速度は、
励磁界の位相角速度と、回転子及び固定子の転動経路
（接触点又は接触面の連続を表す）の距離の差の関数で
ある。この差の調節は困難であるので、（例えば携帯用
時計において）一定の回転速度を得るために、励磁界の
位相角速度を調節することが必要であるが、これは、固
定子に一体化された本発明に係るセンサにより行われ
る。スケールは、回転子上でリリーフ又は電極アレイに
より形成される。
【００５２】回転電位パターンにより生成された電界
は、モータを作動させるために使用してもよい。上述し
たように、回転子の角位置即ちその速度は、信号ＶＣの
位相角により測定してもよい。移動同期ループは、モー
タの作動と共にセンサに使用される前記回転電位パター
ンの生成を行うクロック周波数を調整することにより、
回転速度を一定に維持する。
【００５３】更に、本発明に係る装置は、他の型のモー
タに一体化して、それらの回転速度を制御及び／又は調
整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセンサ及びスケール電極の直線ア
レイを示した図。
【図２】本発明に係るセンサ及びスケール電極の曲線ア
レイを示した図。
【図３】本発明に係るセンサの電位パターン及び瞬時受
信電極パターンの状態を、一例として、４個連続して示
した図。
【図４】本発明に係るセンサの電子回路の要部概略図。
【図５】図３に一部を示した電位パターン及び瞬時受信
電極パターンに対応する、前記電子回路の波形と信号を
示した図。
【符号の説明】 １、１０１ 容量センサ ２、１０２ スケール １０、２０ 電極 １０Ｒ 瞬時受信電極 ３０ 信号発生器 ３１、３２ 増幅器 ３３、３４ サンプル及び保持回路 ３５ 差動シングルエンド型変換器 ３６ フィルタ ３７ 比較器 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ スイッチ Ｓ５、Ｓ６ 整流器 Ｔｘ ピッチ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容量結合信号を伝送するための伝送電極
    （１０）を有して第一の直線又は曲線アレイに沿って配
    設された容量センサ（１）、を備えた長さ又は角度測定
    器であって、 前記伝送電極（１０）が、前記第一のアレイに沿って増
    分することにより移動する第一の空間的に周期的な電気
    信号のパターン、を前記電極上に生成する第一の手段
    （３０）に接続され、 前記センサ（１）が、第二の手段（３１乃至３７）に接
    続されて容量結合信号を受信するための受信電極（１０
    Ｒ）を有し、前記第二の手段が、伝送され受信された信
    号の容量結合に影響し得る空間的に周期的な第二のアレ
    イの構造（２０）を有する部材（２）の前記第一のアレ
    イに沿った相対位置を決定する測定器において、 前記センサ（１）が、前記伝送電極（１０）を前記第一
    の手段（３０）から瞬時且つ順に遮断して、各電極を前
    記第二の手段（３１乃至３７）に接続することにより該
    電極を瞬時受信状態とする、第三の手段（Ｓ１、Ｓ２、
    Ｓ３）を備え、 前記第三の手段（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が、第二の空間的
    に周期的な瞬時受信電極（１０Ｒ）のパターンを形成
    し、 前記第一及び第二のパターンが、一方のパターンの移動
    が他方のパターンの移動のインタバル中に生じるよう
    に、インクリメントにより交互に移動し、 前記部材（２）が、瞬時受信電極（１０Ｒ）により受信
    される信号の周期的な変動を生成することを特徴とする
    長さ又は角度測定器。
  2. 【請求項２】 前記第二の手段（３１乃至３７）が、前
    記瞬時受信電極に受信された信号の、復調後の位相を評
    価することにより、センサに対する前記部材の相対位置
    を検出することを特徴とする請求項１記載の長さ又は角
    度測定器。
  3. 【請求項３】 前記第一の手段（３０）が、第一の電位
    に接続されたＮ個の電極の第一のグループと、該第一の
    グループの電極と交互に形成されて第二の電位に接続さ
    れたＮ個の電極の第二のグループとから成る、周期２Ｔ
    ｘの第一の空間的に周期的なパターンを形成し、 ここで、Ｎが３より大きい整数であり、 前記第三の手段が、Ｎ個の電極の各グループから遮断さ
    れて瞬時受信状態となる少なくとも１個の電極（１０
    Ｒ）から成る、周期Ｔｘの第二の空間的に周期的なパタ
    ーンを形成し、 選定された瞬時受信電極は、同一電位の少なくとも二つ
    の電極（１０）の間にあることを特徴とする請求項１記
    載の長さ又は角度測定器。
  4. 【請求項４】 Ｎ個の電極（１０）の各グループにつ
    き、一度にただ１個の電極（１０Ｒ）だけが、瞬時受信
    状態にあることを特徴とする請求項３記載の長さ又は角
    度測定器。
  5. 【請求項５】 Ｎ個の電極（１０）の各グループにつ
    き、一度に少なくとも２個の隣接した電極（１０Ｒ）
    が、瞬時受信状態にあることを特徴とする請求項３記載
    の長さ又は角度測定器。
  6. 【請求項６】 前記第一及び第二のパターンが、Ｍ個の
    電極から成る移動増分を有し、 Ｍが３とＮ−３との間の整数であり、ＮとＭは公約数を
    持たないことを特徴とする請求項３記載の長さ又は角度
    測定器。
  7. 【請求項７】 前記第一及び第二のパターンが、Ｍ個の
    電極から成る移動増分を有し、 ＭがＮ／２に近似した整数であることを特徴とする請求
    項６記載の長さ又は角度測定器。
  8. 【請求項８】 移動増分の前後に、それぞれＮ個の電極
    から成る前記第一及び第二のグループにより形成される
    パターンは、瞬時受信電極（１０Ｒ）が単独で孤立して
    いる場合は該瞬時受信電極（１０Ｒ）の中心に対して対
    称であり、その他の場合は隣接した瞬時受信電極（１０
    Ｒ）のグループの中心に対して対称であることを特徴と
    する請求項３乃至６のいずれか一項に記載の長さ又は角
    度測定器。
  9. 【請求項９】 第一の電位に接続された電極の中の瞬時
    受信電極（１０Ｒ）は、差動増幅器（３５）の一方の入
    力に接続され、 第二の電位に接続された電極の中の瞬時受信電極（１０
    Ｒ）は、前記差動増幅器の他方の入力に接続されること
    を特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の長
    さ又は角度測定器。
  10. 【請求項１０】 更に、２Ｎ本の第一の線路（Ｐａ乃至
    Ｐｐ）に接続されて、１本の線路（Ｐａ）上にクロック
    入力から導出した周期性の信号出力を生成し、更に該信
    号を１乃至２Ｎ−１クロック周期だけ移動して２Ｎ−１
    本の残りの線路（Ｐｂ乃至Ｐｐ）に対して別の２Ｎ−１
    個の信号を生成する、信号発生器（３０）を備え、 各電極が、これらの線路の中の１本に切替え可能である
    ことを特徴とする請求項３記載の長さ又は角度測定器。
  11. 【請求項１１】 前記信号発生器（３０）が、前記第二
    のパターンを形成するようにＮ個の第二の線路（Ｒａｉ
    乃至Ｒｈｐ）にも接続され、 前記Ｎ個の第二の線路（Ｒａｉ乃至Ｒｈｐ）上に生成さ
    れた信号が、各電極を前記第一の２Ｎ本の線路（Ｐａ乃
    至Ｐｐ）の中の１本に対して接続又は遮断を行う電子供
    給スイッチ（Ｓ１）、及び前記電極を差動増幅器の入力
    に対してそれぞれ遮断し接続する電子ピックアップスイ
    ッチ（Ｓ２、Ｓ３）、を制御することを特徴とする請求
    項１０記載の長さ又は角度測定器。
  12. 【請求項１２】 各電極１０が、第二のピックアップス
    イッチ（Ｓ３）が後続する第一のピックアップスイッチ
    （Ｓ２）に接続され、 前記スイッチ間の共通部分が、前記スイッチが開いたと
    き一定の電位に接続されることを特徴とする請求項１１
    記載の長さ又は角度測定器。
  13. 【請求項１３】 前記ピックアップスイッチ（Ｓ２、Ｓ
    ３）が、それぞれ整流器（Ｓ５、Ｓ６）を介して増幅器
    （３１、３２）に接続された、２本の第三の線路（Ｉ
    １、Ｉ２）の一方に接続され、 前記増幅器には、サンプル及び保持回路（３３、３
    ４）、差動シングルエンド型変換器（３５）、フィルタ
    （３６）、比較器（３７）が順次接続されていることを
    特徴とする請求項１１又は１２記載の長さ又は角度測定
    器。
  14. 【請求項１４】 前記第一のアレイの端部近傍の瞬時受
    信電極（１０Ｒ）は、前記第二の手段に接続されず、 接続され得る瞬時受信電極は、整数個の周期２Ｔｘ上に
    亘っていることを特徴とする請求項９記載の長さ又は角
    度測定器。
  15. 【請求項１５】 二つの垂直方向に沿って空間的に周期
    的なアレイを備えた部材（２）と共働して感応する、二
    つの垂直電極アレイを有するセンサ（１）を用いて、二
    つの寸法測定に適用することを特徴とする請求項１記載
    の長さ又は角度測定器。
  16. 【請求項１６】 前記長さ又は角度測定器が、モータ内
    に一体化され、その回転速度を制御及び／又は調節する
    ことを特徴とする請求項１乃至１４記載の長さ又は角度
    測定器の応用。
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