(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材の位置を検出するための可変容量性トランスジューサにおいて、
振動電気エネルギ・ソースに接続された第１の静止導電性ソース面と、
前記第１の静止導電性ソース面から間隙をおいて離間され、当該第１の静止導電性ソース面と共働するように配置された複数の導電性検出領域を含む第２の静止面と、
前記可動部材に接続され、前記第１の静止導電性ソース面と前記複数の導電性検出領域との間に配置された第３の可動導電性面と、を設け、
前記第３の可動導電性面が、前記第１の静止導電性ソース面および第２の静止面に対する前記第３の可動導電性面の相対位置に直接応じて、前記第１の静止導電性ソース面から前記複数の導電性検出領域へ伝達される電気エネルギ量を制限するよう形状を呈しかつ配置され、
前記複数の導電性検出領域および前記第３の可動導電性面に接続され、当該複数の導電性検出領域および当該第３の可動導電性面を実質的に同じ電位に保持する電気的接続回路と、
前記複数の導電性検出領域の各々に接続され、個々の導電性検出領域により同時に受取られるエネルギ量に基いて前記第３の可動導電性面の前記相対位置を測定するように構成されかつ配置される電気的測定回路と、
前記電気的測定回路と前記振動電気エネルギ・ソースとにフィードバック構成において接続され、前記複数の導電性検出領域により同時に受取られるエネルギ量に基いて前記振動電気エネルギ・ソースが前記第１の静止導電性ソース面に対して与えるエネルギ量を制御するように構成される電気的制御回路と、を備える容量性トランスジューサ。
【請求項２】
前記電気的測定回路が、前記複数の導電性検出領域により受取られるエネルギの差を測定して前記相対位置を決定するように構成されかつ配置される請求項１記載の容量性トランスジューサ。
【請求項３】
前記電気的測定回路が更に、前記複数の導電性検出領域により受取られるエネルギの和を測定するように構成されかつ配置される請求項２記載の容量性トランスジューサ。
【請求項４】
前記電気的制御回路が、前記エネルギの和を用いて前記振動電気エネルギ・ソースが前記第１の静止導電性ソース面に与えるエネルギ量を制御する請求項３記載の容量性トランスジューサ。
【請求項５】
前記第３の可動導電性面が、前記第１の静止導電性ソース面および第２の静止面に対して回転する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の容量性トランスジューサ。
【請求項６】
前記第２の静止面の第１のセットの領域に接続される第１の電気的出力端子と、
前記第２の静止面の第２のセットの領域に接続される第２の電気的出力端子と、を更に設け、
前記第３の可動導電性面が、回転する時、前記第１の静止導電性ソース面に露出される前記第１のセットの領域の面積を増し、またこれと対称的に前記第１の静止導電性ソース面に露出される前記第２のセットの領域の面積を減じる形状を有する請求項５記載の容量性トランスジューサ。
【請求項７】
前記第１の静止導電性ソース面が平坦であり、かつ当該第１の静止導電性ソース面が同じ対称軸を持つ２つの同心円により規定され、
前記第２の静止面の前記導電性検出領域が、前記対称軸を持つ２つの同心円の弧により規定される４つの弧状平坦領域であり、
前記第３の可動導電性面の前記形状が前記軸の周囲で対称であり、かつ前記第３の可動導電性面の前記形状が前記軸を中心とする円の弧により規定される少なくとも２つのローブを含む請求項６記載の容量性トランスジューサ。
【請求項８】
前記ローブを規定する円が、前記導電性検出領域を規定する外円の直径より大きい直径を有する請求項７記載の容量性トランスジューサ。
【請求項９】
誘電性流体あるいは真空中で、振動電圧ソースに接続された第１の静止導電性面と、
前記第１の静止導電性面から一定の間隙で離間され、かつ複数の対の導電性領域に分割された第２の静止面であって、前記対の前記領域の一方の各々が第１の電気的出力端子に接続され、前記対の前記領域の他方の各々が第２の電気的出力端子に接続されている、第２の静止面と、
前記第１の静止導電性面と前記第２の静止面との間に介挿され、可動部材に接続されて平行あるいは回転において運動するための第３の可動導電性面であって、１つの方向における当該第３の可動導電性面の運動が、前記第１の電気的出力端子に接続された前記領域であって前記第３の可動導電性面による邪魔を生じることなく前記第１の静止導電性面が露出する当該領域の面積の増加を生じさせ、かつ当該運動が、前記第２の電気的出力端子に接続された前記領域であって前記第３の可動導電性面による邪魔を生じることなく前記第１の静止導電性面が露出する当該領域の面積の対称的な減少を生じさせるような形状を呈する第３の可動導電性面と、
第２の静止面の前記領域と前記第３の可動導電性面とを実質的に同じ電位に維持する第１の電気的手段と、
前記第１および第２の電気的出力端子に接続され、当該第１および第２の電気的出力端子に流れる振動する電荷の差の大きさに基いて前記第３の可動導電性面の位置を測定する第２の電気的手段と、
前記第１および第２の電気的出力端子に接続され、当該第１および第２の電気的出力端子に流れる振動する電荷の和の大きさを測定する第３の電気的手段と、
前記第３の電気的手段と前記振動電圧ソースとに接続され、振動する電荷の流れの和の前記大きさが一定のままであるように、前記振動電圧ソースを制御する第４の電気的手段と、
を備える可変キャパシター・トランスジューサ装置。
【請求項１０】
前記振動電気エネルギ・ソースが、２ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲内の周波数の交番電圧を発生する請求項１に記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１１】
前記振動電圧ソースが、２ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲内の周波数の交番電圧を発生する請求項９に記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１２】
ロータを有するモータに接続され、当該モータのロータの回転が前記トランスジューサからの位置信号により制御される請求項１または９に記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１３】
反対の極性で前記第３の可動導電性面と並列に接続された２つのダイオードを更に含む請求項１記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１４】
前記２つの並列に接続されたダイオードの各々と直列にそれぞれ接続された２つの追加のダイオードを更に備える請求項１３記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１５】
前記の並列に接続された２つのダイオードが、前記第３の可動導電性面と接地電位との間に接続される請求項１３記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１６】
前記電気的接続回路が、前記第３の可動導電性面に結合された１つ又はそれより多いスイッチング素子を含む請求項１記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１７】
前記電気的制御回路が、前記振動電気エネルギ・ソースにより前記第１の静止導電性ソース面に印加される電圧の振幅を制御する請求項４記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１８】
前記電気的制御回路が、前記振動電気エネルギ・ソースにより前記第１の静止導電性ソース面に与えられる前記エネルギの振動周波数を制御する請求項４記載の容量性トランスジューサ。
【請求項１９】
前記第１の電気的手段が、前記第３の可動導電性面に結合された１つ又はそれより多いスイッチング素子を含む請求項９記載の容量性トランスジューサ。
【請求項２０】
反対の極性で前記第３の可動導電性面と並列に接続された２つのダイオードを更に含む請求項９記載の容量性トランスジューサ。
【請求項２１】
前記の並列に接続された２つのダイオードが、前記第３の可動導電性面と接地電位との間に接続される請求項２０記載の容量性トランスジューサ。
【請求項２２】
前記スイッチング素子がダイオードである請求項１６又は１９記載の容量性トランスジューサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、容量性トランスジューサに関し、特にフィードバック制御を備えた容量性トランスジューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
容量性トランスジューサは、工作機械の線形位置、あるいはミラーまたは光学格子の角度位置の如き要素の変位または回転を測定するために広く使用されている。これらのトランスジューサは、潮位の変化による海岸線の傾きの如き非常に小さな運動を解明するように作ることができ、構築が比較的安価であり、略々瞬間的に位置の値を報告することができ、かつ計装された要素の慣性を著しく増加しないことが重要であるため軽量部品を用いて作ることができることから多くの利点を提供する。
【０００３】
多くの刊行物に記載されているように、回転運動を検出するための容量性トランスジューサが、少なくとも２つの固定された静電容量プレートと、中心に置かれた回転軸上に取付けられる１つの可動部材とを含む。このトランスジューサは、２つの形式に分けることができる。第１の形式は、可動部材として誘電性プレートを有し、第２の形式は、可動部材として導電性プレートを有する。可動誘電性部材は、誘電率を変化させる形状を呈し、トランスジューサのキャパシタンスはその回転位置に依存する。可動導電性プレートは、電極の１つと同じ電位に保持され、その瞬間的位置に従って１つの電極から他の電極へのエネルギ移転を防止する形状を呈する。
【０００４】
第１の形式の容量性トランスジューサは、Ａｒｔｈｕｒ  Ｍｉｌｌｅｒの米国特許第３，５１７，２８２号に開示されている。このトランスジューサは、隔てられた２つの静止したキャパシター・プレートと、このプレート間で中心に配置された回転軸上に取付けられる１つの誘電性プレートとを含む。静止プレート間のキャパシタンスは、回転する誘電性プレートの位置に依存する。この誘電性プレートは、金属材料で覆われた領域を有する。
【０００５】
Ｒｏｈｒの米国特許第４，８６４，２９５号もまた、可動の誘電性キャパシタンス検出システムを開示している。このキャパシタンス・システムは、２つの共働する固定容量性部材により形成され、第１の部材は回転軸を包囲するリング状プレートから作られ、第２の部材は軸に対して対称に配置される４つの弧状片から作られる。この２つの固定部材間に配置されるのは、軸上に載置された可動誘電性部材である。この誘電性部材は、蝶の形状を有し、軸の回転位置に従ってキャパシタンスを変化させる。本システムはまた、可動誘電性部材により影響を受けないが、２つの容量性部材の場によってある程度は影響を受ける別のキャパシターＣｒを含み、このキャパシターは温度変動によるキャパシタンスの変化を検出すると言われる。Ｃｒキャパシターからの出力は、ＡＧＣフィードバック装置内でキャパシタンス検出システムを駆動する発振器に接続されている。
【０００６】
第２の形式の容量性トランスジューサは、Ｐａｒｎｅｌｌの米国特許第３，６６８，６７２号により記載される。このトランスジューサは、並列に配置された３つの導電性プレートを含み、２つの外側プレートが静止し、内側プレートが回転軸に取付けられている。電気的ソース信号が外側プレートの一方に加えられるが、レセプタ・プレートと呼ばれる他方の外側プレートとスクリーン・プレートと呼ばれる内側プレートとは略々同じ電位に保持される。レセプタ・プレートにおいて測定されたトランスジューサのキャパシタンスは、軸の位置と対応するスクリーン・プレートの位置に従って変化する。
【０００７】
Ｈａｒｄｗａｙ，Ｊｒ．の米国特許第３，７３２，５５３号は、Ｐａｒｎｅｌｌの容量性トランスジューサの改善を開示している。トランスジューサのソース・プレートは、２ｎ個のセクターに分割され、各セクターは、逆位相の入力電気信号の２つのソースの一方に接続されている。遮蔽プレートは、２ｎ−１個の遮蔽ローブ（ｌｏｂｅ）を含み、レセプタ・プレートは、増幅器に接続された２ｎ−１個の活性領域を含む。遮蔽プレートは、接地電位あるいは入力信号に対して低いある信号値に維持され、増幅器は、活性領域における信号レベルを入力信号に対して低いある信号レベルにクランプする負帰還回路を含んでいる。この構成は、キャパシタンス間の漂遊静電容量およびフリンジング効果を最小限に抑えると言われる。１つの位相の入力信号に接続されるソース・プレートの活性領域とセクターとの間のキャパシタンスが、逆位相の入力信号に接続されるソース・プレートのこれらの活性領域と他のセクターとの間のキャパシタンスと等しくなる時にヌル（ｎｕｌｌ）即ちゼロ信号位置が得られるように、キャパシタンスは相互に整合される。ヌル位置からの１つの指定された方向における遮蔽プレートの運動は、この平衡状態をヌル位置から反対方向に乱して、負の出力信号を生じる結果となる。出力信号の振幅は、各方向において運動した距離に比例する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
容量性トランスジューサは、熱を放散する運動アクチュエータと関連してしばしば用いられる。この熱は、初期の較正中に得られる通報位置の値と、使用中に実際に得られる位置の値との間に誤差を生じる。このことは、例えば、制限された回転のモータがミラーが載置された軸を駆動する光学スキャナにおいて妥当する。装置の動的帯域幅の保存の如き多くの理由から、容量性センサを駆動モータに機械的に堅固に結合した状態に保持することが関心となる。このような堅固な結合は、熱の伝達経路を生じ、トランスジューサをモータの熱放散に曝す。このような熱伝達により導入された誤差を測定してトランスジューサに対する適当な補正を生じることは可能であるが、これを行うことは高価につき非実用的である。周囲温度レベルの変化および構成要素の経年変化によって、同様な誤差が生じる。
【０００９】
上記の誤差は、トランスジューサ出力を充分に頻繁な間隔で較正することにより取除くことができる。この較正は、スキャナをこれらの位置に対峙させることにより既知の角度位置において行われる。次いで出力値が最初の較正中に得られたものと比較され、スキャナを駆動するシステムにおける適当な補正を生成する。この手法は、有効な走査機能が較正の実施の頻度と同程度に頻繁に一時的に遮断されることを要求し、これもまた光学的構成要素の増加、および較正および走査の補正のため要求される日常的作業によりシステムの複雑さを付加する。
【００１０】
容量性トランスジューサの構造あるいはこれに接続された電気的回路が経年劣化し、あるいは熱源に曝されあるいは周囲温度および湿度の変化に曝される時、全ての容量性トランスジューサ出力がドリフトしようとする一般に見られる傾向に関して安定である容量性トランスジューサに対する必要が依然として存在する。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明は、一般に、エネルギ源を有する静止ソース部材と、複数の検出領域を持つ離間されて共働する静止部材と、検出領域に達する前にソース部材からの信号を変調するための可動部材とを含む位置のトランスジューサである。個々の検出領域において検出される信号量は、可動部材の位置の決定、およびソースに接続されたフィードバック・ループにおける適当な補正の達成に用いられる。
【００１２】
１つの特質において、本発明は、可動部材の位置を検出するための可変キャパシタンス・トランスジューサを特徴とする。このトランスジューサは、振動する電気エネルギのソースに接続された第１の静止導電性ソース面と、この第１の面からある間隔だけ離間された第２の静止面であって、前記ソース面と共働するように配置された複数の導電性検出領域を含む第２の静止面と、前記可動部材に接続され、第１のソース面と前記の複数の検出領域との間に配置された第３の可動導電性面とを含む。この第３の導電性面は、前記ソース面から前記複数の検出領域へ移動した電気エネルギ量を、前記第１および第２の面に対する前記第３の面の相対位置に直接的に従って制限するように形作られかつ配置されている。本トランスジューサはまた、前記検出領域および前記第３の面に接続され、かつこの検出領域および第３の面を略々同じ電位に維持するための電気的接続回路と、個々の検出領域に接続され、かつこれから個々の検出領域により受取られるエネルギ量に基く前記第３の面の相対位置を測定するよう構成されかつ配置された電気的測定回路と、この電気的測定回路およびフィードバック装置における前記ソースに接続され、かつ前記検出領域により受取られるエネルギ量に基くソース面に前記ソースが与えるエネルギ量を制御するよう構成された電気的制御回路とを含む。
【００１３】
このような特質の望ましい実施態様は、下記の特徴の１つ以上を含むものである。
【００１４】
前記測定回路は、検出領域により受取られるエネルギの差を測定して相対位置を決定するように構成されかつ配置されている。
【００１５】
この測定回路は更に、検出領域により受取られるエネルギの和を測定するように構成されかつ配置されている。
【００１６】
前記制御回路は、前記エネルギの和を用いて前記ソースがソース面に与えるエネルギ量を制御する。
【００１７】
前記第３の可動導電性面は、第１および第２の面に対して平行に（ｉｎ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）運動し、あるいは前記第１および第２の面に対して回転するようになっている。
【００１８】
容量性トランスジューサは更に、第２の面の第１のセットの領域に接続された第１の電気的出力端子と、前記第２の面の第２のセットの領域に接続された第２の電気的出力端子とを含む。前記第３の面は、回転する時、前記第１の面に露出された前記第１のセットの領域の面積を増し、かつ前記第１の面に露出された前記第２のセットの領域の面積を対称的に減じるような形状を有する。
【００１９】
前記第１の導電性ソース面は平坦であり、かつ当該第１の導電性ソース面は同じ対称軸を持つ２つの同心円により規定される。第２の面の導電性の検出領域は、同じ対称軸を持つ２つの同心円の円弧により規定される４つの弧状の平坦領域によって形成される。第３の面の形状は、前記軸の周囲に対称であり、少なくとも２つのローブを含む。
【００２０】
別の特質において、本発明は、振動する電圧により励起される環状の共通ソース電極と、環状の配置で中心軸の周囲に対称に配置された４つの導電性検出領域を含む共働面とを含むトランスジューサを特徴とする。各４分円領域は、電流検出回路を介して励起電圧ソースの接地に接続されている。回転部材は、ソース電極と検出電極との間に介挿され、かつ検出電極の電圧と緊密に一致するように接地に接続された軸に関して対称的な１対の導電性遮蔽セクター・プレートを含む。この遮蔽セクター・プレートの回転は、共通電極に対して直径方向に反対側の１対の検出４分円電極の露出面積を増し、他の対の露出面積を減じ、これにより電流検出回路により検出される電流間に差を生じる。
【００２１】
励起電圧を運ぶ導体の遮蔽を含む先に概説した望ましい実施態様は、下記の諸利点を達成する。即ち、検出された電流は、漂遊キャパシタンスによる成分は含まず、これが回転部材の運動の非常に正確な測定を可能にする。励起された電極と接地との間のキャパシタンスは、検出電極により形成されるキャパシタンスに非常に近似して保持することができ、これにより励起ソースにおける負荷を最小化し、これにより最高励起周波数の取得を可能にし、このため最も高い感度の取得を可能にする。可動誘電性部材とは対照的に、本発明は、誘電性部材内部の誘電特性の局部的な変動により、あるいはその厚さにおける変動により生じる非線形性を避ける。更に、本発明は、検出電極が、回転する誘電性部材の誘電率に応じたキャパシタンスを持つ変更可能な形状の１組のキャパシタンス、および空気の誘電率に応じたキャパシタンスを持つ別の組のキャパシターの励起から生じる電流を測定する時、温度変化に対する補償における固有の複雑さを避ける。
【００２２】
【実施例】
まず図１および図２において、容量性トランスジューサ１１は、端子１３に接続された第１の環状静止電極１２と、電極１２と共用される軸１８ａの周囲に対称に配置された４個の弧状の導電性検出領域を含む第２の静止面１４とを含む。面１２と１４との間の間隙は、通常は約０．５１乃至２．５４ｍｍ（０．０２０乃至０．１００インチ）の範囲内にある。第３の回転可能導電性プレート１５は、前記間隙に介挿されている。プレート１５は、環状電極１２により生じる電気力線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｆｉｅｌｄ  ｌｉｎｅｓ）から導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄの各部を覆う蝶形部を形成する２個の導電性ローブ１６、１７を含む。図２に示されるように、当該ローブの直径は、面１２、１４の外径より大きい。プレート１５は、金属の駆動軸１８に載置され、この軸１８は、電極１２および面１４に共通の軸の周囲で枢動し、部分１９で光学的走査モータの如き原動力源に接続されている。可撓性ワイヤあるいは摺動コネクタ２０が、軸１８と関連して用いられてプレート１５と外部端子２１との間に電気的接続を形成する。
【００２３】
ローブ１６、１７は、約０．２０ｍｍ（８ミル）の厚さの鋼鉄プレート（アルミニウムまたは真鍮）から作られ、いずれか一方の側で約０．１８ｍｍ（７ミル）の空隙により包囲されている。鋼鉄製の駆動軸１８は、約３．１８ｍｍ（１／８インチ）の直径を有する。電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは、銅から作られている。全ての面は完全な対称にされている。
【００２４】
図３に示される代替実施例においては、可動導体１１５のローブ１１６、１１７が、静止電極の外径よりも小さい直径を有する。これは、更に安定な動作点で検出回路のダイオードをバイアスすることにより、トランスジューサの性能を改善する検出回路のダイオードに可変バイアス負荷を与える。
【００２５】
図４は、出力端子３１に接続された直径方向に反対側の導電性領域１４ａおよび１４ｃと、第２の出力端子３２に接続された残りの直径方向に反対側の導電性領域１４ｂおよび１４ｄとを示している。端子１３と３１との間に形成された電気的キャパシタンスは、３つの成分、即ち、１）ロータがその中心位置にある時の、電極１２と、導電性領域１４ａ、１４ｃの露出面域との間のキャパシタンスＣａ１と、２）プレート１５が矢印２２により示される方向に回転する時の、電極１２と、導電性領域１４ａ、１４ｃの露出面域との間の付加キャパシタンスＣａと、３）端子１３と３１との間に生じる付加的な漂遊キャパシタンスＣｓａとからなる如く示すことができる。同様に、端子１３と３２との間に生じる電気的キャパシタンスは、プレート１５が矢印２２により示される方向に回転するにつれて対応成分Ｃｂが減少することを除いて、対応成分Ｃｂ１、ＣｂおよびＣｓｂからなる如くに示すことができる。
【００２６】
図５は、容量性センサ装置の全安定性を達成するため用いられる検出回路の一実施例を示している。端子１３は、当該端子１３と接地電位との間に付与される容量性負荷により部分的に決定される約１０ＭＨｚの周波数で典型的に動作し、かつ約１００ボルトの振幅で発振する励起用発振器４１であるソースに接続されている。しかし、２ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの範囲内の周波数が適用可能である。このソースの概略図が、ソース電極１２（基板）と、プレート１５（蝶形部）と、弧状の導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄとを含むように図５に示される。
【００２７】
端子１３に印加される電圧が増加して、当該電圧が図９のカーブ７１に示される如きキャパシターＣａ１、Ｃａ、Ｃｓａ、Ｃｂ１，ＣｂおよびＣｓｂの電極間に保持される電圧Ｖより約１ボルトの降下Ｖ高い時、キャパシターＣａ１、Ｃａ、Ｃｓａ、Ｃｂ１，ＣｂおよびＣｓｂは、ダイオード４３、４４を介して接地に流れる電流による電荷を得る。端子１３に印加される電圧が減少して、当該電圧が図９のカーブ７２で示される如きキャパシターＣａ１、Ｃａ、Ｃｓａ、Ｃｂ１，ＣｂおよびＣｓｂの電極間に保持される電圧Ｖｃより約１ボルトのダイオード電圧降下Ｖｄ低い時、キャパシターＣａ１、Ｃａ、Ｃｓａ、Ｃｂ１，ＣｂおよびＣｓｂが、ダイオード４９、５０を介して演算増幅器４７、４８のフィードバック抵抗４５、４６に電流を流すことにより放電する。
【００２８】
演算増幅器４７、４８の順方向経路およびフィードバック経路は、接合点５１、５２が接地電位に保持されるように接続される。その結果、導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは、電極１５と同電位に非常に近い。更にやや精巧な回路では、接合点３１、３２は、接合点５１、５２の代わりに接地電位に保持することができ、電極１５および導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄが同じ電位にあることを保証する。
【００２９】
あるいはまた、端子２１は、図７に示されるように接地に接続する２つの逆向き（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）ダイオード６１、６２に接続することができ、電極１５を接合点３１、３２と同じ電位に上昇あるいは下降させる。
【００３０】
演算増幅器４７、４８の接合点５３、５４における出力は、接合点３１、３２に流れる電流の振幅に比例する電圧である。接合点５３、５４における電圧は、差動回路５５に印加され、検出された電流の差に比例する信号を端子５６に生じる。この差は、導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄに対するローブ１６、１７の位置を決定するため用いられる。
【００３１】
図８によれば、望ましい実施態様において、２つの付加的なダイオード６３、６４が図７に示された実施態様に示されたダイオード６１、６２と直列に接続されている。この構成が、接合点３１、３２における電位と可動導体の電位との一致を改善し、かつ温度の変動に対するトランスジューサの感度を低減することが判った。代替方式においては、ツェナー・ダイオードが、所要の一致を達成するため抵抗と直列に接続される。
【００３２】
接合点５３、５４における電圧もまた演算増幅器５８を含む加算回路５７に印加され、１）検出された電流の和と、２）増幅器５８の端子６０に印加される電圧により表わされる基準電圧との間の差に比例する誤差電圧を接合点５９に生じる。接合点５９における誤差電圧が、回路４２を用いて積分される。積分器４２の出力は、励起用発振器４１の振幅Ｖｏまたは周波数ｆｏのいずれかを制御する。
【００３３】
端子３１、３２に流れる電流を検出するための別の方法は、図１０に示される。この構成においては、キャパシターＣａ１、ＣａおよびＣｓａがダイオード８２を介して電荷を得る。キャパシターＣｂ１，ＣｂおよびＣｓｂはダイオード８３を介して放電する。増幅器８５の加算接合点へ流れる正味電荷は、２つの電荷の差に等しく、従って、キャパシタンスＣａ１、ＣａおよびＣｓａの和と、キャパシタンスＣｂ１，ＣｂおよびＣｓｂの和との差に比例する。トランスインピーダンス増幅器８５の出力は、機械的回転に比例する平均値を持つ電圧である。キャパシターＣａ１、ＣａおよびＣｓａは、ダイオード８１を介してトランスインピーダンス増幅器８７の加算接合点へ放電する。トランスインピーダンス増幅器８７の加算接合点へ流れる電流は、増幅器８７および抵抗８８により反転され、ダイオード８４を介して電荷を得るキャパシターＣｂ１，ＣｂおよびＣｓｂから結果として生じる電流と加算される。トランスインピーダンス増幅器８６の出力は、キャパシタンスＣａ１、Ｃａ、Ｃｓａ、Ｃｂ１，ＣｂおよびＣｓｂの和に比例する電圧である。この方法においては、僅かに２つの抵抗８８、８９が精度のマッチングを必要とする。前のように、この出力は基準値６０と比較され、その差が積分器９０により積分され、積分器９０の出力が励起用発振器７０の振幅Ｖｏまたは周波数ｆｏのいずれかを制御する。
【００３４】
先に述べたように、回転プレート１５および弧状電極領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄが、接地に近いかあるいはこれに等しい同じ電位に維持される。このことは、回転プレート１５の弧状電極領域からの空間における変動が電界に対して最小限の効果を持つこと、従って環状電極１２と、回転電極により遮蔽されない弧状電極の面域との間に生じるキャパシタンスに対して最小限の効果を持つことを保証する。
【００３５】
軸１８の位置を決定するため用いられる検出された電流の差は下記の如くである。即ち、
【数１】
ＩＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ＝Ｉａ１−Ｉｂ１＋［（Ｉａ−Ｉｂ）θ］＋Ｉｓａ−Ｉｓｂ
但し、Ｉａ１およびＩｂ１は、θ＝０である時、即ち、軸がその中心位置にある時の検出端子における検出された電流であり、Ｉａは検出端子３１における軸の回転の単位当たりの検出された電流であり、Ｉｂは通常は（−Ｉａ）と非常に略々等しい検出端子３２における軸の回転の単位当たりの検出された電流であり、Ｉｓａは環状電極と第１の検出回路３０との間の漂遊キャパシタンスにより流れる漂遊電流であり、Ｉｓｂは環状電極と第２の検出回路３４との間の漂遊キャパシタンスにより流れる漂遊電流であり、θは回転軸の角度変位である。回転ローブ１６、１７の直径は、弧状電極領域の直径より大きく、半径方向エッジはトランスジューサの作用角度範囲にわたる弧状電極の端部の付近から遠ざかるように保持され、これが実質的に寄生効果を排除して、トランスジューサの作用角度範囲全体にわたるＩａおよびＩｂを一定に保存する。弧状電極、および２つの検出端子に接続された回路の対称性を保証することにより、Ｉａ１とＩｂ１とは、またＩｓａとＩｓｂとは共に等しくなるよう非常に近づけることができる。ＩａおよびＩｂが一定である時、Ｉａ１＝Ｉｂ１、Ｉｓａ＝Ｉｓｂであり、かつ端子５６で検出されるＩＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅは軸の回転に比例する。
【００３６】
検出回路３０、３４からの検出電流の和は下記の如くである。即ち、
【数２】
Ｉｓｕｍ＝Ｉａ１＋Ｉｂ１＋［（Ｉａ＋Ｉｂ）θ］＋Ｉｓａ＋Ｉｓｂ
活動状態のトランスジューサ間隙に単一の誘電性流体あるいは真空を用いることにより、またトランスジューサ形状の対称性を保証することにより、温度および湿度の変化が存在する場合でも、ＩａおよびＩｂの絶対値が大きな精度で一致させられる。従って、
【数３】
Ｉｓｕｍ＝Ｉａ１＋Ｉｂ１＋Ｉｓａ＋Ｉｓｂ
また、Ｉｓｕｍは軸の回転とは独立的とされる。更に検出回路を接地電位に置き、検出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと環状電極１２との間に空気以外の誘電体の使用を避けることにより、一定値Ｖｏにおける検出電流の和が、熱伝達、経年変化、あるいは周囲温度または湿度の変化により生じることがあるトランスジューサの利得の変化のみならず、トランスジューサの励起ソースにおいて生じることがある変化の正確な量的表示となる。従って、検出電流の和は、フィードバック・ループ６０Ａにおける制御信号として用いられて、値Ｖｏを修正し当該和が変わらないように保つ。検出信号の和が変わらないことを保証することにより、所与のロータ位置における検出信号の差もまた上記の摂動の影響が存在する場合に不変のままである。このため、フィードバック・ループ６０Ａは、適切な誤差補償方式を提供する。ノイズを低減するために、接地されていないトランスジューサの全ての要素が適切に遮蔽される。電極１２に給電する１００Ｖラインもまた接地により遮蔽される。
【００３７】
図１１において、容量性トランスジューサ１１が、ビーム１１７を偏向する振動ミラー１１５を駆動するモータ１００を制御する。ベアリング１０４上に支持された軸１８は、ステータ１０６の腔部内で搖動するロータ１０２に接続されている。ハウジング１０１に配置されたモータ１００と、ハウジング９９に配置されたトランスジューサ１１とは、それぞれ最適の性能を生じるように適切に遮蔽される。トランスジューサ回路１０は、ねじ１０３により面１２に対して適正な位置に保持される検出面１４付近に配置されている。モータ１００およびそのトランスジューサ１１に対する結合の構成もまた、本文に充分記載されたように援用される１９９２年３月２４日発行の米国特許第５，０９９，３８６号、および１９９１年２月２５日出願の米国特許出願第０７／６６０，７０５号のいずれかにも記載されているように達成される。これらの文献もまた、電極の相互接続およびベアリング１０４の最適な構成を教示する。更にまた、トランスジューサにおけるノイズを最小化するためには、駆動コイルに対する複数のワイヤ・コネクタを一緒に撚り合わせ、かつ前記米国特許出願第０７／６６０，７０５号に記載されたロータ１０２を適正に接地することが重要である。
【００３８】
望ましい実施態様は軸の回転位置の検出のため配置された４個のキャパシタンスを用いるが、本文に述べた概念は、回転運動あるいは平行（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ）運動の検出のため適当に配置された多数のキャパシタンスに拡張することができる。更にまた、キャパシター面は円筒状あるいは半球状でもよい。フィードバック補償方式は、和の信号の代わりに、検出領域において検出される信号の他のある適当な機能的依存関係を用いることもできる。
【００３９】
他の実施態様は頭書の特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施例による容量性トランスジューサの導電性電極を示す斜視図である。
【図２】図１に示された電極の断面図である。
【図３】代替的な容量性トランスジューサの電極を示す断面図である。
【図４】端子に接続される方法を含む図１および図２に示された検出電極の平面図である。
【図５】トランスジューサの高い安定性を得るように設計されたトランスジューサの制御システムを示す概略図である。
【図６】励起用発振器およびトランスジューサの電極の接続を示す概略図である。
【図７】接地に対する接続を行う別の方法を示す概略図である。
【図８】電気的な接地を行うための代替方式を示す概略図である。
【図９】励起電圧と図４の制御システムに対する時間の関数としてトランスジューサ電極に生じる電圧との変動を示す図である。
【図１０】トランスジューサの制御システムの別の実施例を示す概略図である。
【図１１】ミラーを駆動するモータを制御する容量性トランスジューサを示す断面図である。
【符号の説明】
１０  トランスジューサ回路
１１  容量性トランスジューサ
１２  第１の環状静止電極
１４  第２の静止電極（導電性領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄ）
１５、１１５  第３の回転可能導電性プレート
１６、１７、１１６、１１７  導電性ローブ
１８  駆動軸
２０  摺動コネクタ
２１  外部端子
３０  第１の検出回路
３４  第２の検出回路
４１、７０  励起用発振器
４２  積分器
４３、４４、４９、５０、６１、６２、６３、６４、８１、８２、８３、８４  ダイオード
４５、４６  フィードバック抵抗
４７、４８、５８  演算増幅器
５５  差動回路
５７  加算回路
６０Ａ  フィードバック・ループ
８５、８６、８７  トランスインピーダンス増幅器
８８、８９  抵抗
９０  積分器
９９、１０１  ハウジング
１００  モータ
１０２  ロータ
１０４  ベアリング
１０６  ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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