JPH0721418B2 - 変位測定回路 - Google Patents

変位測定回路

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JPH0721418B2
JPH0721418B2 JP2119607A JP11960790A JPH0721418B2 JP H0721418 B2 JPH0721418 B2 JP H0721418B2 JP 2119607 A JP2119607 A JP 2119607A JP 11960790 A JP11960790 A JP 11960790A JP H0721418 B2 JPH0721418 B2 JP H0721418B2
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聡 安達
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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、変位検出器からのセンサ出力信号を入力し変
位測定結果を出力する変位測定回路に関し、特に静電容
量式変位センサを使用した小型変位測定装置に好適の変
位測定回路に関する。
[従来の技術] 静電容量式センサを使用した変位測定装置は、小型で且
つ低消費電力という特徴を有しているため、ディジタル
式のマイクロメータ、ノギス及びハイドゲージのような
小型の変位測定装置に利用されることが多い。
一般的な静電容量式センサでは、スケール上を移動する
スライダに所定ピッチで複数の供給電極を配設し、これ
ら供給電極にパルス信号を所定角度ずつ位相をずらして
供給する。そして、これらの供給電極とスケール上に配
置された検出電極との間の容量が両者の相対位置によっ
て変化することを利用して、検出信号の位相情報を検出
電極側から取り出すことで、スケールとスライダとの間
の相対変位を求めるようにしている。また、通常、スラ
イダ上には供給電極とは絶縁された状態で受信電極が設
けられ、検出電極で検出された信号を、これと容量結合
された受信電極から取り出すことがなされている。これ
により、スライダ上に、上記供給電極及び受信電極の
他、これらの電極にパルス信号を供給したりセンサ出力
を検出するための電子回路、測定結果表示用の液晶ディ
スプレイ及びキーマトリクス等の変位測定回路を搭載す
ることができる。また、センサの小型化の観点から、上
記変位測定回路の主要部分にディジタル回路とアナログ
回路が混在した1チップICを使用するとともに、これら
回路を小型基板上に実装するケースが増えている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このようなアナログ・ディジタル混在の
ICを使用した変位測定回路では、変位センサの受信電極
と接続されるICのアナログ入力端子に、ディジタル回路
からのクロストークによってディジタル信号ノイズがの
ることが多い。このようなクロストークは、基板上にシ
ールドパターンを形成する等の基板パターンの設計上の
工夫によってある程度改善することは可能であるが、前
述したように、この種の測定器では、基板の小型化が設
計上の課題であり、これがために有効なシールドがとれ
ず、変位測定器の精度が低下すると共に、計測値が不安
定になって表示ちらつきが発生するという問題点があ
る。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
小型基板でも安定した良好な測定精度が得られると共
に、表示ちらつきの低減を図ることができ、これにより
基板設計の自由度を大幅に高めることができ、基板の小
型化及び設計期間の短縮を図ることが可能な変位測定回
路を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る変位測定回路は、変位検出器からのセンサ
出力信号を入力するアナログ入力回路と、このアナログ
入力回路の出力に対し所定の信号処理を施すと共に周辺
回路を駆動するディジタル信号を出力するディジタル回
路とが同一基板上に配設されて構成された変位測定回路
において、前記アナログ入力回路は、入力同期信号に同
期して前記センサ出力信号をサンプリングし入力するス
イッチトキャパシタ型の入力回路であり、前記ディジタ
ル回路は、前記アナログ入力回路の非サンプリング期間
に前記ディジタル信号の出力状態を変化させるものであ
ることを特徴とする。
[作用] 本発明によれば、変位検出器からのセンサ出力信号を入
力するアナログ入力回路をスイッチトキャパシタ型の入
力回路とし、この入力回路と同一基板上に配置されたデ
ィジタル回路から出力されるディジタル信号の出力状態
を、前記アナログ入力回路の非サンプリング期間に変化
させるようにしている。このため、アナログ入力信号ラ
インにディジタル信号ラインからのノイズが乗った場合
でも、このノイズが発生する期間は、アナログ入力信号
の取り込みを行なっていない期間であって、クロストー
クの問題が発生することはない。
従って、本発明によれば、小型の基板でも安定した良好
な測定精度が得られると共に、表示ちらつきの低減を図
ることができ、これにより基板設計の自由度を大幅に高
めることができ、基板の小型化及び設計期間の短縮を図
ることができる。
[実施例] 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説
明する。
第1図は本発明の実施例に係る変位測定装置の電気的構
成を示すブロック図である。
この変位測定装置は、静電容量式センサ1と、同一基板
上に形成された変位測定回路9とにより構成され、例え
ばディジタルマイクロメータ、ディジタルノギス等の小
型計測器に搭載されるようになっている。
変位測定回路9は次のように構成されている。即ち、静
電容量式センサ1からのセンサ出力信号は、アナログ入
力回路であるスイッチトキャパシタ型信号検出回路2に
入力されている。スイッチトキャパシタ型信号検出回路
2は、センサ出力信号を所定のタイミングで入力し、ス
ケールとスライダとの間の変位を示す位相信号を出力す
る。この位相信号はディジタル信号処理回路3に入力さ
れている。ディジタル信号処理回路3は、後述するタイ
ミング調整回路4と共にディジタル回路を構成し、入力
された位相信号に基づいて測定結果を算出すると共に、
算出結果の表示及び静電容量式センサ1への駆動パルス
の供給等を行なうため、種々のディジタル信号を出力す
る。このディジタル信号は、タイミング調整回路4にて
タイミング調整され、液晶表示装置(以下、LCDと呼
ぶ)5、キーマトリクス6及び周辺回路7の駆動信号と
して供給されている。キーマトリクス6は、表示内容の
プリセット、ホールド及び表示切換え等の情報をディジ
タル信号処理回路3に入力する。また、周辺回路7は、
回路の電源電圧低下検出機能、オートスリープ機能及び
データ出力機能等を持つ回路である。
以上の回路のうち、スイッチトキャパシタ型信号検出回
路2、ディジタル信号処理回路3及びタイミング調整回
路4は、信号処理用IC8として1チップ化されている。
静電容量式センサ1は、例えば第2図に示すように構成
されている。スケール11は、例えばマイクロメータにお
けるスピンドルに設けられている。また、スケール11に
対して移動するスライダ12は、フレーム側に内蔵されて
いる。スライダ12には、複数の供給電極13が所定ピッチ
で形成されている。これらの供給電極13と対向するスケ
ール11側には、供給電極13の幅及びピッチの例えば3倍
の幅及びピッチで複数の検出電極14が配設されている。
更に、図では異なっているが、実際にはスライダ12側
に、複数の検出電極14と容量結合された受信電極15が、
供給電極13とは絶縁された状態で配設されている。供給
電極13は例えば2つおきに共通接続されて3つの電極群
を形成している。これらの電極群には、ディジタル信号
処理回路3から夫々3相の長い周期の信号を高周波でチ
ョップした駆動信号R,S,Tが供給されている。また、受
信電極15で受信された信号は、センサ出力信号としてス
イッチトキャパシタ型信号検出回路2に出力されてい
る。
スイッチトキャパシタ型信号検出回路2は、例えば第3
図に示すように構成されている。
即ち、静電容量式センサ1からのセンサ出力信号が入力
されるアナログ入力端子21は、アナログスイッチ22を介
して基準電圧回路23の出力端に接続されている。また、
アナログ入力端子21から入力されるセンサ出力信号は、
アナログスイッチ24及び容量25を介してボルテージホロ
ワの演算増幅器26の非反転入力端子に入力されると共
に、アナログスイッチ27及び容量28を介してボルテージ
ホロワの演算増幅器29の非反転入力端子に入力されてい
る。アナログスイッチ24,27は、夫々SYNC1,SYNC2信号に
よって、また、アナログスイッチ22は、入力同期信号で
あるDIS信号によって夫々オン・オフ制御されるように
なっている。これにより、アナログスイッチ22,24,27及
び容量25,28でサンプル回路が形成され入力信号を適当
なタイミングで交互でサンプリングするようになってい
る。
演算増幅器26,29の出力は、MIX回路30で差動合成され、
LPF(ローパスフィルタ)回路31にて滑らかなアナログ
信号にされる。この信号は、コンパレータを構成する演
算増幅器32に入力され、ここで所定の基準電圧Refと比
較されるようになっている。そして、この演算増幅器32
の出力が、位相信号CMPとして出力されるようになって
いる。なお、基準電圧回路23は、所定の基準電圧Refを
出力する。また、タイミングパルス生成回路33は、クロ
ック信号CKに基づいて、アナログスイッチ22,24,27をオ
ン・オフするためのタイミング信号を生成出力する。
次にこのように構成された本実施例に係る変位測定装置
の動作について説明する。
静電容量式センサ1の供給電極13に第4図に示すような
3相の駆動信号R,S,Tを供給すると、スライダ12が停止
状態のときには、駆動信号と同一同期で、その長い周期
の成分が駆動信号に対し供給電極13と検出電極14との相
対位置によって決定される位相だけずれたセンサ出力信
号が受信電極15から出力される。また、スライダ12を駆
動させると、供給電極13と検出電極14との相対位置が変
化するので、これに伴ってセンサ出力信号の位相も変化
する。
この信号は、スイッチトキャパシタ型信号検出回路2に
入力される。
第5図は、このスイッチトキャパシタ型信号検出回路2
のタイミングチャートである。
DIS信号がハイレベルの期間で、スイッチトキャパシタ
型信号検出回路2の入力端子21がディスチャージされ、
続いてセンサ出力信号が取り込まれたのちに、SYNC1,SY
NC2信号で、センサ出力信号が容量25,28に交互にサンプ
リングされる。従って、演算増幅器26,29は、位相が夫
々180゜異なったサンプル値を出力する。これらの出力
は、MIX回路30によって差動合成されることにより同相
ノイズが除去される。そして、ローパスフィルタ31によ
って滑らかな正弦波状のアナログ値に変換されたのち、
演算増幅器32で所定の基準電圧Refと比較されて位相信
号CMPとなって出力される。
このスイッチトキャパシタ型信号検出回路2から位相信
号CMPが出力されると、ディジタル信号処理回路3は、
位相信号CMPから変位を計算し、その計算結果を表示デ
ータとしてLCD5に出力する。このとき、タイミング調整
回路4は、第5図に示すように、LCD5の駆動パルスの変
化点が非サンプリグ期間に合致するようにタイミング調
整を行う。この非サンプリング期間は、SYNC1又はSYNC2
によるサンプリングが終了して次のディスチャージ期間
が終了するまでの期間に相当する。また、ディジタル信
号処理回路3から出力される周辺回路7及びキーマトリ
クス6の駆動パルスについても、タイミング調整回路4
よってタイミング調整がなされ、非サンプリング期間の
みディジタル信号の出力状態が変化するようになってい
る。
従って、本実施例の装置によれば、センサ出力信号のエ
ッジが検出される期間では、他のディジタル信号の出力
状態が変化することがないので、これらのディジタル信
号が変化する際に発生されるノイズが測定結果に影響を
及ぼすことはない。
なお、以上の実施例では、アナログ入力回路として、ス
イッチトキャパシタ型信号検出回路2を例にとったが、
アナログ入力回路の構成は、これに限定されるものでは
なく、他のスイッチトキャパシタ型のフィルタ、復調回
路等、入力段に配置される種々の回路を使用することが
できる。
また、変位検出器を駆動する駆動信号は上述したような
チョッパされた駆動信号だけでなく、SIN波、台形波、
三角波及び疎密波等の他の信号でも良く、また、特に3
相に限定されるものでもない。
更に、本発明は、静電容量式のみならず、光電式のセン
サを使用した変位測定装置にも適用可能である。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、変位検出器からアナ
ログ入力回路にセンサ出力信号が入力されない期間にデ
ィジタル回路からのディジタル信号の出力状態を変化さ
せるようにしたので、ディジタル信号によるクロストー
クがアナログ入力回路に入力されることがない。このた
め、小型基板でも安定した良好な測定精度が得られると
共に、表示ちらつきの低減を図ることができ、これによ
り基板設計の自由度を大幅に高めることができ、基板の
小型化及び設計期間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る変位測定装置のブロック
図、第2図は同装置における静電容量式センサの構成を
示す模式図、第3図は同装置におけるスイッチトキャパ
シタ型信号検出回路の回路図、第4図は同装置における
静電容量式センサへの駆動信号を示す波形図、第5図は
同装置の動作を示すタイミング図である。 1;静電容量式センサ、2;スイッチトキャパシタ型信号検
出回路、3;ディジタル信号処理回路、4;タイミング調整
回路、5;液晶ディスプレイ、6;キーマトリクス、7;周辺
回路、8;信号処理用IC、9;変位検出回路、11;スケー
ル、12;スライダ、13;供給電極、14;検出電極、15;受信
電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01D 3/028 5/24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】変位検出器からのセンサ出力信号を入力す
    るアナログ入力回路と、このアナログ入力回路の出力に
    対し所定の信号処理を施すと共に周辺回路を駆動するデ
    ィジタル信号を出力するディジタル回路とが同一基板上
    に配設されて構成された変位測定回路において、前記ア
    ナログ入力回路は、入力同期信号に同期して前記センサ
    出力信号をサンプリングし入力するスイッチトキャパシ
    タ型の入力回路であり、前記ディジタル回路は、前記ア
    ナログ入力回路の非サンプリング期間に前記ディジタル
    信号の出力状態を変化させるものであることを特徴とす
    る変位測定回路。
  2. 【請求項2】前記変位検出器は、静電容量式変位センサ
    であることを特徴とする請求項1に記載の変位測定回
    路。
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US10120520B2 (en) 2016-07-29 2018-11-06 Apple Inc. Touch sensor panel with multi-power domain chip configuration
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JP5438846B2 (ja) 2010-01-15 2014-03-12 アップル インコーポレイテッド 移動体通信サービスプロバイダとの改良された登録

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