(57)【要約】  容量センサと、容量センサに接続された減算回路および加算回路と、容量センサに電力を供給する高周波電源と、Ｄ／Ａ変換器と、ゲインステージ調節装置とを備える振動ミラーモータシステムにおける容量センサのための制御方法であって、容量センサで得られた値が、加算回路によって合計され、次いで合計値およびＤ／Ａ変換器によって処理された値が、これらの値を比較する比較器へと入力され、ゲイン調節値が得られて高周波電源へと供給される一方で、容量センサによって得られた値が減算回路によって減算され、次いでゲインステージ調節装置によって調節され、最終的に位置信号が出力される。
2009511963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量センサと、容量センサと接続された減算回路および加算回路と、前記容量センサにエネルギーを供給するための高周波電源と、デジタル−アナログ変換器と、ゲインステージ調節器とを備える、振動ミラーモータシステムにおいて、前記容量センサを制御するための方法であって、
前記容量センサによって得られた値を、前記加算回路によって合計するステップと、
前記加算回路から得られた値およびデジタル−アナログ変換器からの値を、一緒に比較回路へと入力するステップと、
前記比較回路における比較によって得られたゲイン調節値を、前記高周波電源へと供給するステップと、
前記容量センサで得られた値について減算を実行する前記減算回路からもたらされる値を調節した後に、位置信号をゲインステージ調節器によって出力するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記容量センサが、１つ以上の差動容量電極対を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容量センサが、共通のエネルギー放射源表面と、変位検出領域と、変位に関係付けられた中間媒体とを備える請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間媒体がセラミックである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
マイクロプロセッサがコンピュータに接続され、前記コンピュータが前記マイクロプロセッサを動作させる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ゲインステージ調節器が、前記マイクロプロセッサに接続されたデジタルポテンショメータを使用し、前記マイクロプロセッサが、前記デジタルポテンショメータのステージ選択係数を設定する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デジタル−アナログ変換器が、精密電圧源および前記マイクロプロセッサのそれぞれに接続され、前記マイクロプロセッサによって設定される電圧値および前記精密電圧源によってもたらされる電圧値が、処理のために前記デジタル−アナログ変換器へと一緒に入力される請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサを制御するための方法に関し、特に、デジタルゲイン容量センサを制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量センサは、一般的な高感度センサである。差動容量センサは、比較的良好な性能を有する容量センサであり、検流計のサーボモータに広く適用されている。通常は、２つの差動電極対において得られた値の間で減算が実行され、差が得られる。さらに、２つの差動電極対において得られる値の合計が、温度の変化に起因するドリフトを打ち消すために、一定であるように制御される。図１は、伝統的な方法の制御ブロック図を示す。伝統的なシステムにおいては、差動容量センサの２つの電極対において得られた値が、加算回路２によって合計されて、電圧値が得られる。この電圧値が、比較回路３において、精密電圧源４からの電圧出力と比較される。比較回路３の出力が、高周波電源５によって容量センサ１へと供給されるエネルギーを、上述の値の合計が一定のままであるように制御して、温度変化などの環境の変化に起因するドリフトを打ち消す。外部の制御インターフェイスに適合するように、減算回路６において、容量センサ１の２つの差動電極対において得られた値の間で減算が実行され、この減算からもたらされる電圧値が、ゲイン調節回路７によってさらに調節され、出力としての位置信号が得られる。
【０００３】
このような構造は、以下の欠点を有する。
【０００４】
１．ゲイン調節回路は、ゲインの調節を実行するためにポテンショメータを使用している。これにより、より大きなドリフトが生じる可能性がある。なぜなら、ポテンショメータにおいて温度ドリフトを小さくして精度を実現することはきわめて困難かつ高価なためである。全世界でごくわずかな製造者だけしか、かかる種類のポテンショメータを製造することができない。
【０００５】
２．ポテンショメータは、手動による調節を必要とし、これは時間および労力を要し、調節の精度が低くかつ恣意的である。温度ドリフトの少ない精密なポテンショメータは、調節に関して寿命が短く、調節の回数が増えるにつれて容易に傷んでしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、容量センサを制御するための方法を提供する。この方法による容量センサの制御は、振動ミラーのサーボモータなど要求の高い環境において、高精度の調節および少ない温度ドリフトを達成できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、容量センサと、容量センサに接続された減算回路および加算回路と、容量センサにエネルギーを供給するための高周波電源と、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）と、ゲインステージ調節器とを備える振動ミラーモータシステムにおいて、容量センサを制御するための方法が提供される。容量センサによって得られた値は、加算回路によって合計される。加算回路から得られた値は、ＤＡＣによって処理された値と一緒に、比較回路へと入力される。比較回路における比較によって得られたゲイン調節値は、高周波電源へと供給される。減算回路が、容量センサによって得られた値について減算を実行し、その結果がゲインステージ調節器によって調節され、ゲインステージ調節器が位置信号を出力する。
【０００８】
容量センサは、１以上の差動容量電極対を含む。
【０００９】
容量センサは、共通のエネルギー放射源表面、変位検出領域、および変位に関係付けられた中間媒体を含む。中間媒体は、セラミックである。
【００１０】
マイクロプロセッサが、コンピュータに接続され、コンピュータによって制御される。
【００１１】
デジタルポテンショメータが、ゲインステージ調節器において使用される。デジタルポテンショメータは、マイクロプロセッサに接続され、マイクロプロセッサが、デジタルポテンショメータのステージ係数を設定する。
【００１２】
ＤＡＣは、精密電圧源およびマイクロプロセッサのそれぞれに接続される。マイクロプロセッサにおいて設定される電圧値および精密電圧源によってもたらされる電圧値が、処理のためにＤＡＣへと入力される。
【００１３】
本発明においては、伝統的な精密基準電圧源が、ＤＡＣによって置き換えられ、ゲイン調節回路が、きわめて安定なデジタルゲインステージ調節器によって置き換えられることで、高い精度の調節および少ない温度ドリフトが実現される。このデジタル調節という課題解決策によれば、コンピュータによる調節が可能であり、手作業による調節の労働集約性および恣意性が軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を、添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明は、振動ミラーシステムにおいて使用される変位および回転角度の差動容量センサを制御するための革新的な方法に関する。この方法は、容量センサの検出領域を使用して合計を実行した後に、ＤＡＣを使用してゲインの制御を実行することを特徴とし、超精密な手動調節のポテンショメータを使用することなく温度ドリフトの少ないゲイン制御を実現し、さらに制御用のデジタルインターフェイスを提供する。
【００１６】
図２を参照すると、本発明の容量センサ１０は、２つの差動容量電極対１１を備える。この対は、共通のエネルギー放射源表面１２、２つの電気的に独立の変位検出領域１３および１４、ならびに変位に関係付けられた中間媒体１５を含む。本発明においては、中間媒体１５はセラミックである。容量センサ１０が、より多くの差動容量電極対を備えてもよい。
【００１７】
容量センサ１０は、減算回路７０、加算回路２０、および高周波（ＨＦ）電源５０と接続されている。減算回路７０は、デジタルゲインステージ調節器８０と接続され、加算回路２０は、比較回路３０と接続されている。比較回路３０は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）６０と接続され、ＤＡＣ６０は、精密電圧源４０と接続されている。高周波電源５０は、比較回路３０と接続されている。加算回路２０、比較回路３０、ＤＡＣ６０、および精密電圧源４０が、協働して本発明のゲイン制御調節ループを構成しており、マイクロプロセッサ９０が、デジタルゲインステージ調節器８０、ＤＡＣ６０、およびコンピュータ１００のそれぞれに接続されている。
【００１８】
容量センサ１０の検出領域１３、１４は、いずれも減算回路７０に接続されている。減算回路７０において、差動電極対１１で得られた値について減算が実行され、減算の結果は、デジタルゲインステージ調節器８０においてゲインの調節が加えられ、出力としての位置信号または情報が得られる。デジタルゲインステージ調節器８０に、マイクロプロセッサ９０が接続されており、マイクロプロセッサ９０が、デジタルゲインステージ調節器８０の可変のステージ値を設定してよい。本発明において、デジタルゲインステージ調節器８０は、デジタルポテンショメータを使用して選択を実行する。出力位置信号のゲインを制御するために、まずゲイン範囲が図２に示したデジタルゲインステージ調節器８０によって選択される。ゲインの増幅を実行するためにデジタルポテンショメータが使用され、デジタルポテンショメータのチップ内の精密抵抗器が同じチップ内にあるため、一貫性がきわめて良好（温度が同じ）であり、したがって温度の変化に起因する比の差がきわめて小さく、通常は５ＰＰＭ（百万分の５）まで小さくなる。
【００１９】
容量センサ１０の変位検出領域１３および１４は、加算回路２０と接続されている。ここで得られた値が、加算回路２０において合計され、ゲイン制御調節ループにおいて使用される。ゲイン制御調節ループは、加算回路２０、比較回路３０、ＤＡＣ６０、および精密電圧源４０を含む。加算回路２０は、差動電極対１１において得られた値を合計し、ゲイン制御ループへとフィードバック値をもたらす。マイクロプロセッサ９０および精密電圧源４０は、それぞれＤＡＣ６０に接続される。マイクロプロセッサ９０は、ＤＡＣ６０に可変の電圧信号をもたらしてよく、精密電圧源４０は、所定の電圧値をもたらす。これら２つの電圧値は、ゲイン制御ループに制御の目標値をもたらすように、ＤＡＣ６０によって処理される。加算回路２０から出力されるフィードバック電圧値およびＤＡＣ６０から出力される目標値は、比較回路３０において比較され、比較の結果が、ＨＦ電源５０へともたらされる。周波数が１ＭＨｚから５００ＭＨｚまでの範囲であるＨＦ電源５０は、容量センサ１０の共通のエネルギー放射源表面１２へとエネルギーを供給するように構成されている。一般に、ゲイン制御ループは、ＨＦ電源５０のエネルギーを調節するように構成されている。ゲイン制御ループの制御目標は、ＤＡＣ６０によってもたらされる可変の電圧信号と差動容量センサ１０からの合計値との比較にもとづいて、ＨＦ電源５０の出力エネルギーを制御することによって、容量センサ１０のゲインの精密な調節を達成することである。調節の精度は、ＤＡＣ６０の精度がきわめて高く（通常は、精度が±１／２ＬＳＢ）、ＤＡＣ６０に内蔵フィードバック抵抗が存在するために、きわめて高い。この革新的な制御の構造によれば、伝統的な手動の超精密なポテンショメータを使用する必要がなくなり、より良好な調節結果が達成される。
【００２０】
マイクロプロセッサ９０は、コンピュータ１００に接続されている。コンピュータ１００は、ソフトウェアにてマイクロプロセッサ９０のパラメータを制御および設定する。本発明の調節方法は、コンピュータとの通信のために、インターフェイスによってコンピュータとの通信を可能にし、したがって調節の際に装置のケースを開け閉めする必要がない。さらに、すべての装置についてコンタクトレスの調節が採用されているため、伝統的な高精度のポテンショメータの仕組みと比べ、寿命が大幅に長くなる。伝統的な高精度のポテンショメータは、通常は２００回の調節に耐えることができるが、本発明は、数千万回の調節を提供することができ、容量センサの信頼性を大幅に改善する。
【００２１】
本発明の課題解決策の実施可能性は、以下のとおり実証される。
【００２２】
Ｕｒｅｆは精密電圧源４０によってもたらされる値であり、値Ｖｄａはコンピュータ１００およびマイクロプロセッサ９０によってＤＡＣ６０に対して設定され、ＶｆｕｌｌはＤＡＣ６０の最大値であり、Ｕは容量センサ１０のゼロ点出力であり、ΔＵは容量センサ１０の変位に起因するＵの変化であり、ｋはマイクロプロセッサ９０によって設定されるデジタルゲインステージ調節器８０の可変のステージ選択係数であり、ＵｄａはＤＡＣ６０の出力値であり、Ｕｐｏはデジタルゲインステージ調節器８０によって出力される位置値であり、Ｓは容量センサ１０の可変の角変位であり、Ｓｍａｘは最大の回転角度であるとすると、以下の３つの式を得ることができる。
Ｕｄａ＝Ｕｒｅｆ＊Ｖｄａ／Ｖｆｕｌｌ      （１）
（Ｕ＋ΔＵ）＋（Ｕ−ΔＵ）＝Ｕｄａ
２＊Ｕ＝Ｕｄａ      （２）
Ｕｐｏ＝［（Ｕ＋ΔＵ）−（Ｕ−ΔＵ）］×ｋ  （ｋは離散値）
＝２＊ΔＵ＊ｋ
＝２＊ｋ＊Ｕ＊Ｓ／Ｓｍａｘ      （３）
式（１）および（２）を式（３）に適用すると、
Ｕｐｏ＝ｋ＊Ｕｄａ＊Ｓ／Ｓｍａｘ
＝（ｋ＊Ｓ＊Ｕｒｅｆ＊Ｖｄａ）／（Ｖｆｕｌｌ＊Ｓｍａｘ）
である。
【００２３】
上記の推論から、ＶｄａがＵｐｏに比例することが分かる。これは、容量センサの差動電極対において得られる和のゲイン制御を実行するために、デジタル−アナログ変換器を使用することが実施可能であり、より理想的な出力結果を達成できることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術の動作フロー図である。
【図２】本発明の動作フロー図である。
【図１】
2009511963.tif 000003
【図２】
2009511963.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量センサと、容量センサと接続された減算回路および加算回路と、前記容量センサにエネルギーを供給するための高周波電源と、デジタル−アナログ変換器と、ゲインステージ調節器とを備える、振動ミラーモータシステムにおいて、前記容量センサを制御するための方法であって、
前記容量センサによって得られた値を、前記加算回路によって合計するステップと、
前記加算回路から得られた値およびデジタル−アナログ変換器からの値を、一緒に比較回路へと入力するステップと、
前記比較回路における比較によって得られたゲイン調節値を、前記高周波電源へと供給するステップと、
前記容量センサで得られた値について減算を実行する前記減算回路からもたらされる値を調節した後に、位置信号をゲインステージ調節器によって出力するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記容量センサが、１つ以上の差動容量電極対を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容量センサが、共通のエネルギー放射源表面と、変位検出領域と、変位に関係付けられた中間媒体とを備える請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間媒体がセラミックである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
マイクロプロセッサがコンピュータに接続され、前記コンピュータが前記マイクロプロセッサを動作させる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ゲインステージ調節器が、前記マイクロプロセッサに接続されたデジタルポテンショメータを使用し、前記マイクロプロセッサが、前記デジタルポテンショメータのステージ選択係数を設定する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デジタル−アナログ変換器が、精密電圧源および前記マイクロプロセッサのそれぞれに接続され、前記マイクロプロセッサによって設定される電圧値および前記精密電圧源によってもたらされる電圧値が、処理のために前記デジタル−アナログ変換器へと一緒に入力される請求項５に記載の方法。
【請求項８】
容量センサと、容量センサと接続された減算回路および加算回路と、前記容量センサにエネルギーを供給するための高周波電源と、デジタル−アナログ変換器と、ゲインステージ調節器とを備える、振動ミラーモータシステムにおいて、前記容量センサを制御するための回路。
【請求項９】
振動ミラーモータシステムにおいて、容量センサを制御するための方法であって、
前記容量センサによって得られた値を、加算回路によって合計するステップと、
前記加算回路から得られた値およびデジタル−アナログ変換器からの値を、一緒に比較回路へと入力するステップと、
前記比較回路における比較によって得られたゲイン調節値を、高周波電源へと供給するステップと、
前記容量センサで得られた値について減算を実行する減算回路からもたらされる値を調節した後に、位置信号をゲインステージ調節器によって出力するステップと、
を含む方法。
【国際調査報告】
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