(57)【要約】  本発明の静電容量式エンコーダは、静電容量式位置測定の間、シールド電極を充分に一定の電圧に維持するための電気接地接続も、アクティブな検出・制御も必要としない信号平衡シールド電極構成を含む。この信号平衡シールド電極構成は、動作の間、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間の容量結合ギャップの中に位置づけられる。このシールド電極構成は、トランスミッタ電極のレイアウトを補完する方法でパターン形成されて、この信号平衡シールド電極構成が、トランスミッタ電極上にある信号に結合されるときに、目標となる一定の電位にて本来的にフロートするようにしている。この結果、本発明の静電容量式エンコーダは、本来的に一定でない電位にて動作するシールド部材の電位を制御するために、電気接続、補償駆動回路、または接地を使用する静電容量式エンコーダよりも、経済的に構築でき、適宜に設置でき、さらに、確実な動作をすることができる。
2007510905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのトランスミッタ電極要素から成る第１のトランスミッタ要素構成を含むトランスミッタ部材と、
少なくとも１つのレシーバ電極要素を備える第１のレシーバ要素構成を含むレシーバ部材であって、前記第１のレシーバ要素構成を、前記第１のトランスミッタ要素構成に対して固定し、しかも前記第１のレシーバ要素構成と前記第１のトランスミッタ要素構成との間にある動作ギャップを横切って前記第１のトランスミッタ要素構成に容量結合するようなレシーバ部材と、
少なくとも１つのシールド電極要素から成る少なくとも１つの第１のシールド要素構成を含むスケール部材であって、前記第１のシールド要素構成を、前記第１のレシーバ要素構成と前記第１のトランスミッタ要素構成との間にある動作ギャップ内に位置づけ、また、前記第１のトランスミッタ要素構成と前記第１のレシーバ要素構成との間の容量結合を変調するために、前記第１のシールド要素構成を、前記第１のトランスミッタ要素構成および前記第１のレシーバ要素構成に対して前記測定軸線方向に移動することができ、さらに、第１のシールド・トランスミッタ間との容量結合構成を実現するために、前記第１のシールド要素構成を、前記第１のトランスミッタ要素構成に容量結合するスケール部材と、
を備える、前記測定軸線方向に２つの部材間の相対的位置を決定する静電容量式変位検出装置であって、
前記第１のトランスミッタ要素構成の前記少なくとも２つのトランスミッタ電極要素が各々、測定周期の間、各々の時変トランスミッタ電圧信号を提供するように動作でき、
前記測定軸線方向に、前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置範囲内のどんな相対的位置でも、前記各々の時変トランスミッタ電圧信号が、前記第１のシールド・トランスミッタ間容量結合構成と組み合わせて動作可能であって、前記第１のシールド要素構成を電気的にフロートする状態で静電容量式変位検出装置を動作させるとすれば、もっぱら、前記各々の時変電圧信号が前記第１のシールド・トランスミッタ間容量結合構成と組み合わせているために、前記第１のシールド要素構成の前記少なくとも１つのシールド電極要素の、結果として得られた正味電圧変化が、前記測定周期中の少なくとも一時点の間、本来的にほぼゼロになるようにしており、
前記第１のレシーバ要素構成の前記少なくとも１つのレシーバ電極要素が各々、少なくとも、前記測定周期中の前記少なくとも一時点の間に、少なくとも１つの各々のレシーバ信号を提供するように動作でき、また、前記少なくとも１つの各々のレシーバ信号は、前記測定軸線方向に、前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置を決定することに使用できる静電容量式変位検出装置。
【請求項２】
前記第１のシールド電極要素を電気的にフロートさせた状態で、動作することができる請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項３】
前記測定周期中の少なくとも一時点の間、重複する動作として、前記少なくとも１つのシールド電極要素の前記正味電圧変化をほぼゼロにするように寄与する少なくとも１つの要素に、前記第１のシールド電極構成を結合させた状態で、動作できる請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項４】
前記第１のシールド電極構成が、ａ）容量結合およびｂ）導電路の少なくとも１つに結合している請求項３に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項５】
前記それぞれの時変トランスミッタ電圧信号が、振幅がほぼ等しくて、極性が逆の少なくとも一対のトランスミッタ信号を含み、また、前記少なくとも１つのそれぞれのレシーバ信号が、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置の関数になるように、前記一対のトランスミッタ信号のいずれかに対して、振幅と極性とが変化する信号を含む請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項６】
前記第１のシールド要素構成が、前記測定軸線方向に周期的であるパターンを含み、また、前記少なくとも１つのそれぞれのレシーバ信号が、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置の周期関数になるように、前記一対のトランスミッタ信号のいずれかに対して、振幅と極性とが変化する信号を含む請求項５に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレシーバ電極要素は、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置の周期関数になるように、前記一対のトランスミッタ信号のいずれかに対して、振幅と極性とが変化する各々のレシーバ信号を提供する２つのレシーバ電極要素から成り、かつ、前記２つのレシーバ電極要素の周期関数が直角位相になるように、前記２つのレシーバ電極要素を配列している請求項６に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項８】
前記第１のシールド要素構成が、ピッチＰにより前記測定軸線方向に周期的であるパターンを含み、
第１のトランスミッタ要素構成が、ほぼＰに等しいピッチ寸法の群により、前記測定軸線方向に平行な方向に均等に配置されている少なくとも一群のＮ個（ここで、Ｎは、少なくとも３の整数である）のトランスミッタ電極要素を含み、
各々の少なくとも一群の前記Ｎ個のトランスミッタ電極要素は、振幅がほぼ等しく、かつ、３６０度の時間的位相シフトにおいて均等に配置されるＮ個の各々の時間的位相を提供するＮ個の各々の正弦波トランスミッタ電圧信号を印加するようにおのおのが動作でき、および
前記少なくとも１つの各々のレシーバ信号が、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置のほぼ一次関数になるように、前記正弦波トランスミッタ電圧信号のうちの１つに対して、時間的位相が変化する正弦波信号を含む請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項９】
前記第１のシールド要素構成を、前記第１のトランスミッタ要素構成および前記第１のレシーバ要素構成に対して、前記測定軸線方向に移動させたときに、前記第１のシールド要素構成が、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置のほぼ正弦波関数になるように、前記第１のトランスミッタ要素構成と前記第１のレシーバ要素構成との間の容量結合が変調されるように、前記少なくとも一群のＮ個のトランスミッタ電極要素と前記第１のシールド要素構成の前記周期パターンとを構成する請求項８に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのレシーバ電極要素が、前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置のほぼ一次関数になるように、前記正弦波トランスミッタ電圧信号のうちの１つに対して、時間的位相が変化する２つの各々の正弦波レシーバ信号を提供する２つのレシーバ電極要素から成り、
前記２つのレシーバ電極要素は、前記２つの各々の正弦波レシーバ信号が、ほぼ等しい振幅と、どの相対的位置でも１８０度の異なる時間的位相とを持つように配置され、および
前記測定軸線方向に前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置を表わす時間的位相を有する差分信号を提供するために、２つの各々の正弦波レシーバ信号を差分信号処理回路に入力するように動作することができる請求項９に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１１】
ａ）直線の測定軸線を有する直線変位検出配置と、ｂ）円の少なくとも一部と前記第１のトランスミッタ要素構成の少なくとも１つとを有する測定軸線を持つ円筒形変位検出配置とのいずれかを備え、前記第１のレシーバ要素構成と前記第１のシールド要素構成が、前記測定軸線方向に平行な方向に延びている前記要素構成の中心線に関して鏡面対称を呈する請求項１０に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１２】
前記静電容量式変位検出装置は、円形測定軸線と相対的な平面状のトランスミッタ部材、レシーバ部材、スケール部材を有するロータリ変位検出配置を含み、
前記ピッチＰは、前記測定軸線方向に角度ピッチを含み、
前記スケール部材は、前記少なくとも１つのシールド電極要素を提供する導電性要素を含み、
前記第１のシールド要素構成は、前記角度ピッチＰにより前記円形測定軸線方向に周期的なパターンで、かつ、ａ）前記導電性要素の少なくとも１つの形づくられた境界と、ｂ）前記導電性要素に形成された開口の一組との中から、少なくとも１つにより形成されるパターンを含み、および
前記２つのレシーバ電極要素は、面積がほぼ等しいように構成されている２つの同心円形電極が含まれる請求項１０に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１３】
前記スケール部材がプリント基板を含み、また、前記導電性要素が、前記プリント基板上に形成された導電性電極パターンを含む請求項１２に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１４】
前記スケール部材が、前記導電性要素を提供する自立した平面状の金属要素を含み、
前記第１のシールド要素構成は、ａ）前記平面状の金属要素の少なくとも１つの形づくられた境界と、ｂ）前記平面状の金属要素に形成された開口の一組の中から、少なくとも１つにより形成されるパターンが含まれる請求項１２に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１５】
絶縁取付けハブと前記スケール部材とを駆動する外部軸から前記導電性要素を隔てるように、前記スケール部材を前記外部軸に結合する前記絶縁取付けハブをさらに備える請求項１２に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１６】
前記絶縁取付けハブが、前記導電性要素と前記外部軸との間にエア・ギャップを介入するように構成される請求項１５に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１７】
前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置が、前記測定軸線方向に前記ピッチＰの一増分だけ変化すると、前記正弦波トランスミッタ電圧信号の１つに対して時間的位相が変化する前記正弦波信号が、前記正弦波トランスミッタ電圧信号の１つに対して３６０度の時間的位相シフトを受ける第１の測定信号を提供し、
前記トランスミッタ部材は、ピッチＱにほぼ等しい第２の群ピッチ寸法により、前記測定軸線方向に平行な方向に均等に配置されている少なくとも一群のＭ個（ここで、Ｍは、少なくとも２の整数である）のトランスミッタ電極要素を含む第２のトランスミッタ要素構成をさらに備え、
各々の少なくとも一群の前記Ｍ個のトランスミッタ電極要素は、振幅がほぼ等しく、かつ、３６０度の時間的位相シフトにおいて均等に配置されるＭ個の各々の時間的位相を有するＭ個の各々の正弦波トランスミッタ電圧信号を印加するようにおのおのが動作することができ、
前記レシーバ部材は、少なくとも１つのレシーバ電極要素を備える第２のレシーバ要素構成をさらに含み、また、前記第２のレシーバ要素構成が、前記第２のトランスミッタ要素構成に対して固定され、しかも前記第２のレシーバ要素構成と前記第２のトランスミッタ要素構成との間にある動作ギャップを横切って前記第２のトランスミッタ要素構成に容量結合され、
前記スケール部材は、少なくとも１つのシールド電極要素を備える少なくとも１つの第２のシールド要素構成をさらに含み、
前記ピッチＱは、前記ピッチＰよりも大きくて、前記第２のシールド要素構成は、前記測定軸線方向に、前記ピッチＱによる周期的であるパターンを含み、
前記第２のシールド要素構成は、前記第２のレシーバ要素構成と前記第２のトランスミッタ要素構成との間にある動作ギャップ内に位置づけられ、前記第２のトランスミッタ要素構成および前記第２のレシーバ要素構成に対して、前記測定軸線方向に移動することができ、また、前記第２のトランスミッタ要素構成と前記第２のレシーバ要素構成との間の容量結合を変調することができ、さらに、前記第２のシールド要素構成は、第２のシールド・トランスミッタ間容量結合構成を実現するために、前記第２のトランスミッタ要素構成と容量結合している静電容量式変位検出装置において、
前記第２のトランスミッタ要素構成の前記少なくとも２つのトランスミッタ電極要素は各々、測定周期の間、各々の時変トランスミッタ電圧信号を印加できるように動作することができ、
前記測定軸線方向において、前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置範囲内のどのような相対的位置でも、前記各々の時変トランスミッタ電圧信号は、前記第２のシールド・トランスミッタ間容量結合構成と組み合わせて動作可能であって、前記第２のシールド要素構成を電気的にフロートする状態で静電容量式変位検出装置を動作させるとすれば、もっぱら、前記各々の時変電圧信号が前記第２のシールド・トランスミッタ間容量結合構成と組み合わせているために、前記第２のシールド要素構成の前記少なくとも１つのシールド電極要素の結果として得られた正味電圧変化が、前記測定周期中の少なくとも一時点の間、本来的にほぼゼロになるようにしており、
前記第２のレシーバ要素構成の前記少なくとも１つのレシーバ電極要素は各々、少なくとも、前記測定周期中の前記少なくとも一時点の間に、少なくとも１つの各々のレシーバ信号を印加するように動作でき、また、前記少なくとも１つの各々のレシーバ信号が、前記正弦波トランスミッタ電圧信号の１つに対して時間的位相が異なる正弦波信号を含んで、前記トランスミッタ部材と前記スケール部材との間の相対的位置が、前記測定軸線方向に前記ピッチＱの一増分だけ変化すると、前記正弦波トランスミッタ電圧信号の１つに対して３６０度の時間的位相シフトを受ける第２の測定信号を提供し、および
前記第１の測定信号は、前記第２の測定信号と組み合わせて使用し、前記ピッチＱにほぼ等しい範囲にわたって絶対位置測定能力を提供でき、また、前記絶対位置測定能力が、前記ピッチＰの一増分にわたって、前記第１の測定信号の前記時間的位相シフトの測定分解能によって決まる分解能を有する請求項８に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１８】
円形測定軸線を持つロータリ変位検出配置を含み、
前記ピッチＰと前記ピッチＱが、前記測定軸線方向に角度ピッチを含み、
前記ピッチＱが３６０度に等しい請求項１７に記載の静電容量式変位検出装置。
【請求項１９】
前記第１のシールド要素構成が、ピッチＰにより、前記測定軸線方向に周期的であるパターンを含み、
前記少なくとも１つのレシーバ電極要素が、Ｋ＊Ｐ（ここで、Ｋは整数である）にほぼ等しい寸法を前記測定軸線方向に有する請求項１に記載の静電容量式変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、静電容量式の変位検出エンコーダに関し、さらに具体的に言えば、安価で、信頼でき、かつ高精度の変位検出を実現するために、シールド電極の電気接続または接地を必要としない信号平衡シールド電極構成（signal-balanced shield electrode configuration）を有するスケール（scale）を含む静電容量式エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに相対的に固定された２つの部材は、２つの部材を支持する部材間で容量結合する各々の容量形電極を含み、そして、第３の部材が、これら２つの部材間の容量結合を変化させるように、これら２つの部材間を相対的に移動できるようにして、直線や角度に関する変位測定または位置測定を行うような静電容量式測定装置は、多数開発されてきた。上記の第３の部材は、上記２つの部材に対して、第３の部材の相対的位置を対応させるような方法で、上記２つの部材との容量結合を変化させる。この容量結合は、上記２つの部材に対する第３の部材の相対的位置を決定するのに用いられる１つまたは複数の信号に影響を及ぼす。このような測定装置のいくつかでは、時間的に位相シフトさせた複数の周期信号を、上記２つの部材の一方の部材上にある複数の容量形トランスミッタ電極に印加し、かつ、上記の２つの部材の他方の部材上にある１つまたは複数の容量形レシーバ電極に発生する１つまたは複数の「合計した」信号の相対的な位相シフトを測定することで、容量結合すなわちキャパシタンスが検出される。この場合、１つまたは複数の「合計した」信号の相対的位相シフトは、上記２つの部材の電極間での容量結合に及ぼす第３の部材の影響からもたらされるものである。このような静電容量式測定装置は、モーション制御システム、測定装置などを含む広範囲な用途を持っている。
【０００３】
このような静電容量式のいくつかの測定装置では、第３の部材は、上記２つの部材間の容量結合に影響を及ぼすか、あるいはこの容量結合をブロッキングするような「シールド電極」として働くような効果的に接地される１つまたは複数の導電性電極を含む。例えば、Miller氏に付与された米国特許第3,517,282号、Wolfendale氏に付与された米国特許第3,702,957号、Hardway氏に付与された米国特許第3,732,553号、Norrie氏に付与された米国特許第3,784,897号、および、Dowd氏に付与された米国特許第5,537,109号では、第３の部材は、電線及び/又はワイパを介した電気接続により、回路またはアースに接地されている１つまたは複数のシールド電極を含む。そして、各々の特許における関連する開示内容のすべては、参考として本明細書中に組み入れている。別法として、Meyer氏に付与された米国特許第4,449,179号は、電気的接続あるいは接地部材への適切な容量結合により、「ベルト」シールド電極を接地すること（「集合電位（mass potential）」と呼ぶ）を開示している。この関連する開示内容のすべては、参考として本明細書中に組み入れている。
【０００４】
さらに他の別法では、Parnell氏に付与された米国特許第3,668,672号は、シールド電極をレシーバ電極と同一の信号レベルに維持するような方法で、増幅器を介して、シールド電極をレシーバ電極に接続することを開示している。この関連する開示内容のすべてが、参考として本明細書中に組み入れている。Netzer氏に付与された米国特許第6,492,911号は、上述の組み入れられた引用文献に含まれる構成の一部を含め、このような静電容量式測定装置に関する多数の構成、およびそれらの欠点をさらに考察する概観を与えている。この全体内容は、参考として本明細書中に組み入れている。米国特許第6,492,911号はさらに、第３の部材上の電極の信号を静電容量法で検出し、また、増幅後には、極性が逆の容量結合信号をシールド電極にフィードバックして、そのシールド電極の電圧または電位をアクティブに制御するような構成も開示し、かつ請求している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述に示す実施形態により実現される電気接続及び/又は容量結合は、静電容量式測定装置の望ましい様々な構成および用途において、シールド電極を効果的に、かつ完全に接地するのに、不都合をきたすか、信頼できないか、あるいは「不充分」になるものと理解すべきである。さらに、極性が逆の容量結合信号をシールド電極にフィードバックして、そのシールド電極の電圧または電位をアクティブに制御する上記の増幅回路は、複雑さと費用を増大させる。このような増幅回路はまた、静電容量式測定装置の望ましい様々な構成および用途において、シールド電極の電圧または電位を効果的に、かつ完全に制御するのに、不都合をきたすか、信頼できないか、あるいは「不充分」になることがある。したがって、前述の問題および欠点を、個別に、または組み合わせて解決できるような静電容量式測定装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の欠点や他の欠点を解決する静電容量式エンコーダを提供することを対象としている。本発明の静電容量式エンコーダは、互いに相対的に固定された２つの部材を含み、そして、これら２つの部材は、固定された部材間で容量結合する各々の容量形電極を有する。第３の部材は、上記２つの部材に対して第３の部材の位置を対応させながら、上記２つの部材間の容量結合を変化させるように、上記２つの部材間を相対的に移動できるシールド電極を含む。この容量結合が、上記２つの部材に対する第３の部材の位置を決定するのに用いられる１つまたは複数の信号に影響を及ぼす。一般に、信頼できる正確な動作を実現する比較的に単純な装置を提供するためには、このシールド電極は、少なくとも、第３の部材の位置を決定するのに用いられる１つまたは複数の信号を測定するときに、定電圧または標準電圧を持つことが望ましい。さらに、シールド電極を、一定の電圧または標準電圧に維持するためには、不都合な方法、及び/又は不安定な電気接続、及び/又は複雑な能動回路に頼らないようにすることが望ましい。したがって、さらに具体的に言えば、本発明は、静電容量式の変位測定または位置測定の間、所望の精度水準を達成するのに充分な一定の電圧または電位に、１つまたは複数のシールド電極を維持するために、１つまたは複数のシールド電極の電気接地接続も、シールド電極の電圧のアクティブな検出および制御も必要としない信号平衡シールド電極構成を備える静電容量式エンコーダを対象としている。
【０００７】
別法として、本発明は、先に略述したシールド電極の電気接地接続あるいはシールド電極の電圧によるアクティブな検出方法と制御方法を交換または排除するのではなく、上記の電気接地接続またはアクティブな検出方法と制御方法の構成および方法とを組み合わせて、静電容量式の変位測定または位置測定の期間中、シールド電極をほぼ一定の電圧または電位に維持して使用することができる。このため、信号の安定性および信頼性が加味された測定方法を提供することができ、及び/又は、電気接地接続または能動的な検出要素と制御要素に関する複雑性及び/又は操作上の要件を相対的に低減させることができる。いずれの場合にも、本発明は、相対的に節減される費用、増加する信頼性、および、高精度の変位検出を含め、いくつかの望ましい特徴を提供する。
【０００８】
本発明では、信号平衡シールド電極構成を含む静電容量式エンコーダを開示する。本発明の一態様において、信号平衡形シールド電極は、静電容量式エンコーダのトランスミッタ電極のレイアウトを補完する方法でパターンを形成し、この信号平衡シールド電極が、トランスミッタ電極上にある信号に結合するとき、目標上一定の電位すなわち一定の電圧で、本来的（inherently）にすなわち受動的にフロートさせる。したがって、本来的に一定でない電位すなわち電圧にて動作するように、シールド部材の電圧すなわち電位を制御するために、動作中は、電気接続、補償駆動回路または接地を使用するような静電容量式エンコーダよりも、本発明で得られる静電容量式エンコーダは、経済的に構築でき、簡単に実装することができ、さらに、動作中の信頼性も高くなる。
【０００９】
本発明のさらに他の一態様において、信号平衡シールド電極は、複数の静電容量式エンコーダのトランスミッタ電極と、少なくとも１つの静電容量式エンコーダの１つまたは複数のレシーバ電極との間の容量結合を変調させるが、この変調は、トランスミッタ電極およびレシーバ電極に対する測定軸線に沿ったシールド電極の変位または位置の関数となる。
【００１０】
本発明のさらに他の一態様において、レシーバ電極から生じる少なくとも１つの信号は、上記で説明した変調された容量結合によって決まる。
【００１１】
本発明の別の一態様において、信号平衡用シールド電極は、電気的にフロートさせる。
【００１２】
本発明のさらに他の一態様において、信号平衡用シールド電極は、この信号平衡用シールド電極を移動させるために機械的に結合する外部部材との容量結合を、相対的に低減させる方法で構成及び／又は搭載される。
【００１３】
本発明の別の一態様において、少なくとも２つのレシーバ電極から生じる少なくとも２つの各々の信号を、差分信号処理回路への入力として印加するが、これら少なくとも２つの各々の信号は、上記の変調された容量結合によって決まる。
【００１４】
本発明の別の一態様において、少なくとも２つのレシーバ電極から生じる少なくとも２つの各々の信号は、直角位相信号（quadrature signal）である。
【００１５】
本発明の別の一態様において、信号平衡シールド電極は、複数の静電容量式エンコーダのトランスミッタ電極と少なくとも１つの静電容量式エンコーダのレシーバ電極との間の容量結合を変調させる。この変調が、トランスミッタ電極およびレシーバ電極に対する測定軸線に沿ったシールド電極の変位または位置の関数として、ほぼ正弦波形の成分を含むようになる。
【００１６】
本発明の別の一態様において、信号平衡シールド電極は、シールド電極の空間的な波長またはピッチにより、測定軸線の方向に周期的となる構成を含む。
【００１７】
本発明のさらに他の一態様において、少なくとも１つの各々のレシーバ電極は、シールド電極の空間的な波長またはピッチの整数倍に対応する寸法を、測定軸線の方向に有する。
【００１８】
本発明のさらに他の一態様において、測定軸線の方向に周期的である信号平衡シールド電極構成は、測定軸線の方向に周期的に蛇行する少なくとも１つの電極の境界線を含む。
【００１９】
本発明のさらに他の一態様において、測定軸線の方向に周期的に蛇行する少なくとも１つの電極の境界線は、少なくとも１つのレシーバ電極に対して、オーバーラップするシールド・エリアを生み出し、また、このオーバーラップするシールド・エリアは、この少なくとも１つの境界線の周期的な蛇行に基づいて、測定軸線の方向に周期的に空間上で変調される。
【００２０】
本発明のさらなる一態様において、複数のトランスミッタ電極は、少なくとも１つの境界線の周期的な蛇行に関係なく、測定軸線の方向に対して直角な方向に、少なくともほぼシールド電極全体の幅に及んでいる。このため、複数のトランスミッタ電極の各々に対してオーバーラップするシールド・エリアは、周期的な蛇行に関係なく、また測定軸線の方向にトランスミッタ電極とシールド電極の相対的位置に関係なく、一定になる。
【００２１】
本発明の別の一態様において、複数の各々のトランスミッタ電極は、複数の各々のトランスミッタ信号を印加するように動作し、また、その複数の各々のトランスミッタ電極は、シールド電極の空間波長またはピッチにより、測定軸線の方向に繰り返すグループを形成する。
【００２２】
本発明の別の一態様において、測定軸線の方向は、直線軌道、円軌道、円筒軌道のいずれか１つの軌道をたどる。
【００２３】
本発明の別の一態様において、静電容量式エンコーダは、静電容量式エンコーダの各々のトランスミッタ電極のレイアウトを補完する方法でパターン形成された少なくとも２つの各々の信号平衡シールド電極を含む。このことにより、各々の信号平衡シールド電極は、トランスミッタ電極上にある信号に結合されるとき、目標となる一定の電位すなわち電圧にて、本来的にすなわち受動的にフロートすることになる。また、各々の信号平衡シールド電極が、各々のシールド電極による固有の空間波長またはピッチで、測定軸線の方向に周期的な構成を含むので、上記静電容量式エンコーダは、少なくとも２つの固有の各々のシールド電極の空間的な波長またはピッチにより変調される少なくとも２つの各々の信号に基づいて、少なくとも第１の位置範囲にわたって、絶対位置を決定するために使用することができる。
【００２４】
様々な模範的な実施形態では、少なくとも一対のトランスミッタ電極は、振幅が等しく極性が逆となる少なくとも一対の変化する入力電圧信号を提供する。様々な模範的な実施形態では、このような対となる信号の各々は、１８０度の時間的位相差を有する一対の正弦波のＡＣ電圧である。様々な模範的な実施形態では、測定軸線の方向におけるシールド電極および対となるトランスミッタ電極の相対的位置に関係なく、各々のトランスミッタ電極に同一となる正味容量結合エリアを提供するために、この信号平衡シールド電極は、対となるトランスミッタ電極の各々のトランスミッタ電極にオーバーラップするように構成される。したがって、このような実施形態では、シールド電極は、振幅が等しく極性が逆となる入力電圧信号に常に等しく容量結合され、よって、このシールド電極は、トランスミッタ信号により決定される目標となる一定のＤＣ電圧にて、本来的にすなわち受動的にフロートすることになる。トランスミッタ信号により決定されるＤＣ電圧は、「ゼロ・ボルト」電位になるか、または、様々な模範的な実施形態における回路の接地電位と同一であるＤＣ電圧になる。したがって、シールド電極は、接地接続を使用すること無しで、一定のＤＣ電位に効果的に維持される（ただし、先に説明したように、冗長となる能動的な接地接続、または受動的な接地接続も本発明の範囲内にある）。
【００２５】
よって、本発明は、電気的接続、外部結合、またはアクティブに制御するシールド電極を使用するような従来技術の静電容量式変位検出装置の欠点を解決し、さら便利で、経済的で、信頼性があり、かつコンパクトな検出システムを用いて、回転測定または直線測定のいずれかを実現する。
【００２６】
本発明の上述の面と、それに伴う利点の多くは、添付図面とともに、以下の詳細な説明を参照すれば、より良く理解できるものとすぐわかるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明による静電容量式エンコーダ内で使用できる本発明による信号平衡電極構成１００の包括的な第１の模範的な実施形態を示している。図１に示すように、信号平衡電極構成１００の第１の模範的な実施形態は、トランスミッタ電極部材１３９に搭載されたトランスミッタ電極構成１２０、シールド電極部材１５９に搭載されたシールド電極構成１４０、および、レシーバ電極部材１７９に搭載されたレシーバ電極構成１６０を含む。シールド電極部材１５９は、変位測定用のスケール（scale）として働き、また、様々なシールド電極構成、シールド電極部材、及び/又は、シールド電極も、本明細書ではスケールと呼ばれることがある。様々な実施形態では、シールド電極構成１４０は、適宜長くできるようなシールド電極構成１４０の一部分を含むものと理解すべきである。
【００２８】
さらに図１に示されているものは、説明の便宜上、測定軸線／方向８０とＸ−Ｙ−Ｚの直交座標軸である。一般に、以下の説明では、Ｘ軸は、測定軸線／方向８０に整合させ、また、Ｚ軸は、測定軸線／方向８０に対して直角であって、本明細書に述べる様々な電極の表面に概ね垂直であり、さらに、Ｙ軸は、測定軸線／方向８０に対して直角であって、かつ本明細書に述べる様々な電極の表面に垂直な方向に対して直角である。測定軸線／方向８０に沿った様々な場所において、Ｙ軸は、本明細書に述べる様々な電極の表面に概ね平行である。説明の便宜上、トランスミッタ電極構成１２０、シールド電極構成１４０、レシーバ電極構成１６０に対して、各々の整合／中心線１２１、１４１および１６１を定めることは有益である。それぞれについては、以下でさらに詳しく述べる。説明の便宜上、図１に示すように、測定軸線／方向８０に沿って延び、かつ各々の幅が、整合／中心線１２１、１４１、１６１の両側にＹ軸に沿って延びている各々の第１の容量結合ゾーン８４と第２の容量結合ゾーン８５とを定めることも有益である。
【００２９】
図１に示す模範的な実施形態では、シールド電極構成１４０は、蛇行することで、測定軸線／方向８０に沿って延びる周期パターンを形成しているシールド電極１４２を含む。この周期パターンは、一定の波長すなわちピッチＰを有し、測定軸線／方向８０に沿っており、図１中の寸法１４６で示す。シールド電極１４２は、第１のシールド電極境界線１４３と第２のシールド電極境界線１４５とを持ち、これらのシールド電極境界線は、一定の実効シールド電極幅１５６だけ、Ｙ軸方向に隔てられている。シールド電極１４２はまた、Ｙ軸方向にシールド電極スパン幅（span width）１５７も持ち、そのシールド電極スパン幅が、シールド電極の範囲を取り囲んで、好都合にも、図１に示すように、測定軸線／方向８０に沿って一定となっている。説明の便宜上、測定軸線／方向８０に沿って延びている各々の第１のシールド電極部分１４２Ａと第２のシールド電極部分１４２Ｂとを規定し、また、第１の容量結合ゾーン８４と第２の容量結合ゾーン８５に属する第１のシールド電極結合トラック１５４と第２のシールド電極結合トラック１５５とを、それぞれ規定することは有益である。図１に示す模範的な実施形態では、第１のシールド電極部分１４２Ａと第２のシールド電極部分１４２Ｂは、好都合にも、各々の第１のシールド電極結合トラック１５４と第２のシールド電極結合トラック１５５において、Ｙ軸方向に、ほぼ等しい面積と、ほぼ等しい各々の部分のスパン幅を持っている。各々のスパン幅は、シールド電極スパン幅１５７の１／２である。
【００３０】
図１に示す模範的な実施形態では、トランスミッタ電極構成１２０は、第１のトランスミッタ電極接続部１２２Ｃを持つ第１のトランスミッタ電極１２２と、第２のトランスミッタ電極接続部１２３Ｃを持つ第２のトランスミッタ電極１２３とを含む。第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３は、Ｙ軸方向に絶縁ギャップだけ隔てられている。
【００３１】
第１のトランスミッタ電極１２２の長さ１２６と、第２のトランスミッタ電極１２３の長さ１２７は、図１に示す模範的な実施形態において、互いに等しく、かつ２Ｐに等しい。一般に、これらのトランスミッタ電極の長さはまた、以下でさらに述べるように、測定軸線／方向８０に沿って、レシーバ電極構成１６０のレシーバ電極群の長さ１７７に等しいか、あるいはそれよりも長くなる。さらに一般的に言えば、様々な模範的な実施形態では、これらのトランスミッタ電極の長さは、互いに等しく、かつ波長Ｐの整数倍に等しい。これらのトランスミッタ電極の長さが互いに等しく、かつ波長Ｐの整数倍に等しくなるとき、また、トランスミッタ電極構成１２０とシールド電極構成１４０との間に、Ｚ軸方向にほぼ一定の動作ギャップ（operating gap）があるときには、先に述べた蛇行するシールド電極１４２は、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なく、ほぼ等しく第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とに容量結合して、本発明の原理による信号平衡電極構成の一態様を実現するものと理解すべきである。
【００３２】
説明の便宜上、第１の容量結合ゾーン８４と第２の容量結合ゾーン８５に属する第１のトランスミッタ電極結合トラック１３４と第２のトランスミッタ電極結合トラック１３５とを、それぞれ規定することは有益である。図１に示す模範的な実施形態では、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３は、好都合にも、各々の第１のトランスミッタ電極結合トラック１３４と第２のトランスミッタ電極結合トラック１３５において、Ｙ軸方向にほぼ等しい面積とほぼ等しいスパン幅とを持っている。
【００３３】
図１に示す模範的な実施形態では、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とは、また、第１のトランスミッタ電極結合トラック１３４および第２のトランスミッタ電極結合トラック１３５の外側にも等しいエリアを持ち、これらのエリアが、信号平衡電極構成１００を用いて提供される測定信号に生じるかもしれない様々なコモンモード誤差を相殺するのに役立つ傾向がある。しかしながら、他の様々な実施形態では、シールド電極１４２が、測定軸線／方向８０に沿う相対的位置に関係なく、ほぼ等しく第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３に容量結合するという条件のとき、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とが、等しい面積も持つことは厳密には必要でない。
【００３４】
一般に、総合トランスミッタ電極のスパン幅１３７は、有利な方法として、シールド電極スパン幅１５７にほぼ等しくする。これは、図１に示す実施形態に対して、最大の測定信号振幅も提供しながら、コンパクトなトランスジューサを実現しようとするものである。実際には、シールド電極スパン幅１５７よりもわずかに長く、かつ、Ｙ軸に沿っているレシーバ電極１６２、１６３の幅よりもわずかに短い総合トランスミッタ電極スパン幅１３７を提供することが、様々な模範的な実施形態において有利となっている。すなわち、様々の電極部材の整合にわずかな変動があっても、第１のトランスミッタ電極１２２または第２のトランスミッタ電極１２３のいずれかと、他の様々なトランスジューサ電極との間でオーバーラップする容量結合エリアが変わらないことで、わずかな不整合による潜在的な信号誤差の影響を低減することができるからである。
【００３５】
図１に示すように、レシーバ電極構成１６０は、第１のレシーバ電極接続部１６２Ｃを持つ第１のレシーバ電極１６２と、第２のレシーバ電極接続部１６３Ｃを持つ第２のレシーバ電極１６３とを含む。説明の便宜上、第１のレシーバ電極１６２の各々の第１の部分１６２Ａと第２の部分１６２Ｂ、および、第２のレシーバ電極１６３の各々の第１の部分１６３Ａと第２の部分１６３Ｂとを規定することは有益である。
【００３６】
説明の便宜上、それぞれ第１の容量結合ゾーン８４と第２の容量結合ゾーン８５に属する第１のレシーバ電極結合トラック１７４と第２のレシーバ電極結合トラック１７５とを規定することは有益である。図１に示す模範的な実施形態では、第１の部分１６２Ａと第２の部分１６２Ｂは、好都合にも、各々の第１のレシーバ電極結合トラック１７４と第２のレシーバ電極結合トラック１７５において、Ｙ軸方向に、ほぼ等しい面積と、ほぼ等しい各々のスパン幅を持っている。同様に、第１の部分１６３Ａと第２の部分１６３Ｂは、好都合にも、各々の第１のレシーバ電極結合トラック１７４と第２のレシーバ電極結合トラック１７５において、Ｙ軸方向に、ほぼ等しい面積と、ほぼ等しい各々のスパン幅を持っている。様々な模範的な実施形態では、レシーバ電極構成１６０とシールド電極構成１４０とが動作可能に整合させられるときに、Ｙ軸に沿ってシールド電極の範囲を取り囲むために、第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３とはそれぞれ、シールド電極スパン幅１５７を超える幅をＹ軸に沿って持っている。
【００３７】
第１のレシーバ電極１６２の第１の部分１６２Ａと第２の部分１６２Ｂ、および、第２のレシーバ電極１６３の第１の部分１６３Ａと第２の部分１６３Ｂはすべて、測定軸線／方向８０（Ｘ軸の方向）に沿って、等しい長さ１７２、１７３を持っている。図１に示す模範的な実施形態では、長さ１７２と長さ１７３は、波長Ｐのほぼ２分の１である。第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３はまた、図１に示す模範的な実施形態において波長Ｐの４分の３であるオフセット寸法１６６だけ、測定軸線／方向８０に沿って互いにずれており、それにより、以下でさらに述べるように、第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３上に、直角位相信号が生み出される。Ｘ軸方向のレシーバ電極群の長さ１７７は、Ｘ軸方向に第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３とを連結したときの範囲により規定される。
【００３８】
動作の際、トランスミッタ電極部材１３９、シールド電極部材１５９、レシーバ電極部材１７９は、整合／中心線１２１、１４１、１６１を、図１中の破線矢印９１〜破線矢印９４で示す通りに概ね整合するように、配置され、また、トランスミッタ電極構成１２０とレシーバ電極構成１６０は、測定軸線／方向８０に沿って位置づけされ、これらの電極構成の中心が互いに合わされる（あるいは、別の方法で、様々な特定の実施形態において、これらの電極構成の相互設計により、適宜中心を合わせる）。トランスミッタ電極部材１３９とレシーバ電極部材１７９とは、Ｚ軸に沿って、これらの電極部材間において、動作可能でかつ一様な容量ギャップになるような一定の位置関係に配置される。この場合、シールド電極部材１５９が、この容量ギャップ内で測定軸線／方向８０に沿って移動できるように、この容量ギャップは、Ｚ軸に沿ってシールド電極部材１５９の厚さよりもいくぶん大きくする。
【００３９】
本発明の一態様において、動作の間、シールド電極１４２が、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なく、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とに、ほぼ等しく容量結合し、かつ最適な実用精度を提供するために、シールド電極１４２が、トランスミッタ電極１２２とトランスミッタ電極１２３とに対して、実用的で及び／又は経済的である最も一様となるギャップおよび整合を維持できるように、シールド電極部材１５９は、測定軸線／方向８０に沿ってガイドするものと理解すべきである。
【００４０】
トランスミッタ電極部材１３９とレシーバ電極部材１７９との間の動作可能な容量ギャップが相対的に大きいとき、このギャップ内でのシールド電極部材１５９の配置やガイドのわずかな変動に対して、信号平衡電極構成１００を使用して得られる測定信号は、相対的に減少した誤差を呈するものと理解すべきである。しかしながら、さらに大きいギャップでは、これらの測定信号の振幅も相対的に減少することになる。逆に、この動作可能な容量ギャップが相対的に小さいとき、信号平衡電極構成１００を使用して得られる測定信号は、そのギャップ内でのシールド電極部材１５９の整合やガイドのわずかな変動によっても、相対的に大きい誤差を呈することになる。しかしながら、これらの測定信号の振幅も、さらに小さいギャップでは、相対的に大きくなる。これらの影響間の最適な評価点を確立する動作可能なギャップは、本発明による信号平衡電極構成を含む特定の任意トランスジューサに関して、解析及び/又は確認実験により設定できる。
【００４１】
先に述べたように、トランスミッタ電極構成１２０とシールド電極構成１４０との間に、Ｚ軸方向にほぼ一様な動作ギャップがあるとき、先に述べたシールド電極構成１４０は、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なくほぼ等しく、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とに容量結合する。このことは、本発明の原理による信号平衡電極構成の一態様を実現している。したがって、動作の際、振幅が等しくて、極性が逆である各々の変化する電圧信号が、第１のトランスミッタ電極接続部１２２Ｃと第２のトランスミッタ電極接続部１２３Ｃを介して接続され、第１のトランスミッタ電極１２２および第２のトランスミッタ電極１２３上に印加されると、シールド電極上に生じる応答電圧へのこれらの電圧信号の各々の寄与も、同様に、振幅が等しく、極性が逆のものとなる。よって、これらの電圧信号は、本発明の原理により、こうして互いにバランスがとれて、電気的にフロートするシールド電極１４２の電圧の正味変化をまったくもたらさない。様々な模範的な実施形態では、シールド電極１４２は、こうして、トランスミッタ信号により決定されるＤＣ電圧に維持されることになり、このＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトであるかもしれない。
【００４２】
本明細書に開示す原理および構成により、少なくともそのトランスジューサが変位測定信号を印加するたびに、シールド電極が、電圧の正味変化が無い状態を維持するとき、このシールド電極自体は、レシーバ電極上に、電圧に関連する誤った信号の変化をまったくもたらさないものと理解すべきである。よって、シールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位だけを決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【００４３】
信号平衡電極構成１００の動作の別の一態様に関して、仮にシールド電極１４２がないとした場合に、先に述べたトランスミッタ電極構成１２０とレシーバ電極構成１６０との間に、Ｚ軸の方向にほぼ一様な動作ギャップがあると、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３はそれぞれ、ほぼ等しく第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３に容量結合することになる。したがって、振幅が等しくて、極性が逆である各々の電圧信号が、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３上に印加されると、各々の第１のトランスミッタ電極１６２と第２のトランスミッタ電極１６３のいずれにも生じる電圧へのこれらの電圧信号の各々の寄与も、同様に、振幅が等しくて、極性が逆のものとなり、こうして、互いにバランスがとれて、各々の第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３により提供される各々の信号の正味変化をまったくもたらさない。様々な模範的な実施形態では、第１のレシーバ電極１６２および第２のレシーバ電極１６３からの信号は、こうして、仮にシールド電極１４２がないとした場合に、トランスミッタ信号により決定されるＤＣ電圧は一定となろう。この電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトであるかもしれない。本発明による様々な信号平衡電極構成を使用して得られる測定信号においては、他の方法では生じるかもしれないいくつかの信号誤差を、低減あるいは排除しようとする傾向になる。
【００４４】
図１に示すように、信号平衡電極構成１００の動作の別の一態様に関して、各々の仮想破線１８２と仮想破線１８３は、シールド電極要素１５９上へのそれぞれ第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３のエリアの投影を表わしている。仮想破線１８２と仮想破線１８３の陰影部分は、第１のトランスミッタ電極要素１２２と第２のトランスミッタ電極要素１２３との容量結合を、第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３において、シールド電極１４２が実効上スクリーニングする、あるいはブロッキングするエリアを表わしている。
【００４５】
よって、仮想破線１７４Ａ〜１７４Ｃは、第１のトランスミッタ電極要素１２２が第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３に容量結合する残りのエリアを表わしており、また、仮想破線１７５Ａと１７５Ｂは、第２のトランスミッタ電極要素１２３が第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３とに容量結合する残りのエリアを表わしている。図１に示すシールド電極部材の相対的な位置では、第１のレシーバ電極１６２上の対応する容量結合エリア１７４Ａと容量結合エリア１７５Ａは、ほぼ等しいことがわかる。したがって、振幅が等しくて、極性が逆となる各々の電圧信号が、動作の際に第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とに印加されると、容量結合エリア１７４Ａと容量結合エリア１７５Ａでの容量結合は、振幅が等しくて、極性が逆となる信号を第１のレシーバ電極１６２に与えるように作用する。この作用の結果、第１のレシーバ電極接続部１６２Ｃにおいて、ほぼゼロ・ボルトの出力信号となる。これとは対照的に、図１に示すシールド電極部材の相対的位置では、対応する容量結合エリア１７５Ｂは、第２のレシーバ電極１６３上の容量結合エリア［１７４Ｂ＋１７４Ｃ］の面積の約３倍であることがわかる。したがって、振幅が等しくて、極性が逆となる各々の電圧信号が、動作の際に第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３とに印加されると、容量結合エリア［１７４Ｂ＋１７４Ｃ］と容量結合エリア１７５Ｂへの容量結合は、かなり大きい電圧振幅と、さらに強力に結合された第２のトランスミッタ電極１２３上に与えられる信号極性に一致する極性とを持つ出力信号を、第２のレシーバ電極接続部１６３Ｃに提供することになる。
【００４６】
シールド電極部材１５９を、例えば測定軸線／方向８０に沿って左側に変位させると、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３のそれぞれから、第２のレシーバ電極１６３への「スクリーニングされない（unscreened）」または「ブロッキングされない（unblocked）」容量結合は、変化して、この変位の関数として変わる信号の振幅と極性を持つ変化する電圧出力信号を第２のレシーバ電極接続部１６３Ｃに発生させることになると理解すべきである。模範的な一実施形態では、正値と負値との間で変化する位置に依存する電圧信号を提供するために、基準信号としてトランスミッタ入力信号の１つを用い、基準信号に対する特定の時間または位相でのピーク振幅と極性からなるレシーバ電極の出力信号は、公知の回路手法で取込み及び／又は測定することができる。この位置に依存する電圧信号は、周期的に蛇行するシールド電極１４２の波長Ｐに従って、変位と共に周期動作する。第１のレシーバ電極１６２が第２のレシーバ電極１６３の右側に３Ｐ／４だけ、ずれているために、同様に第１のレシーバ電極接続部１６２Ｃから得られる位置依存信号は、シールド電極部材１５９を左側に変位させると、Ｐ／４の変位遅れで、第２のレシーバ電極接続部１６３Ｃの空間的に周期的な位置依存信号に続くことになる。このような信号間の関係は、通常の当業者に一般に知られているように、「直角位相（quadrature）」関係として知られている。シールド電極１４２の蛇行するパターンが正弦波形となる実施形態では、これら２つの位置依存信号は、正弦波形の直角位相信号を提供することになり、また、これらの直角位相信号が、公知の手法により、シールド電極の所与の周期Ｐ内の位置補間（position interpolation）にとって有利であると理解すべきである。
【００４７】
こうして、図１に示す信号平衡電極構成１００の模範的な実施形態は、本発明の原理により、確実に動作することができる。図１に示す信号平衡電極構成１００は、要望があれば、電気的にフロートするシールド電極１４２を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることができる。図１に示す信号平衡電極構成１００の特定の実施形態は、シールド電極部材１５９を、測定軸線／方向８０に沿ってトランスミッタ電極部材１３９およびレシーバ電極部材１７９に対して変位させると、第１のレシーバ電極１２２と第２のレシーバ電極１２３の上に、従来の直角位相関係を持つ２つの周期信号を提供する。公知の種々の方法および回路のいずれかは、本発明の構成を用いて、要求されている相対的な変位値を決定するために、適切なトランスミッタ信号を印加し、かつ、この結果として得られた直角位相信号を処理するのに使用することができる。
【００４８】
シールド電極１４２が、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なく、ほぼ等しく第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３に容量結合するという条件で、わずかな電極変動、あるいはかなりの電極変動を含む多数の代替となる電極構成も可能であると理解すべきである。１つの単純な例として、第１のレシーバ電極１６２と第２のレシーバ電極１６３とは、測定軸線／方向８０に沿って、整数の波長間隔で繰り返すことができる。これに応じて、信号強度を強めるために、第１のトランスミッタ電極１２２と第２のトランスミッタ電極１２３の長さを増加させる。さらに、平面／直線の構成に加えて、図１に示す構成要素は、別法として、円筒形エンコーダの一部を表わすものと解することができ、その円筒形エンコーダでは、測定軸線／方向８０は、円筒形または円形の測定軸線／方向であり、またシールド電極構成１４０は、測定軸線／方向８０に沿って、一部または全部の円筒形構成を形成し続ける要素の一部分を表わしている。このような場合、このＸ軸は、接線方向のすべての場所であり、このＹ軸は、この円筒体軸線に平行であり、また、このＺ軸は、半径方向のすべての場所である。したがって、上述に開示されている構成は、例示にすぎず、限定的ではないということである。
【００４９】
図２は、図３〜図５でさらに述べる信号平衡電極構成２００の第２の模範的な実施形態に使用できるレシーバ電極構成２６０の平面図を示している。図２は、先に述べたＸ軸、Ｙ軸、および測定軸線／方向８０を示している。説明の便宜上、図２に示すように、レシーバ電極構成２６０の電極レイアウトに対して、整合／中心線２６１を定めることは有益である。レシーバ電極構成２６０は、レシーバ電極部材２７９に搭載され、第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃにより互いに電気的に接続される第１のレシーバ電極部分２６２Ａと２６２Ｂ、および第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃを有する第２のレシーバ電極２６３とを含む。図２に示す実施形態では、第１のレシーバ電極部分２６２Ａと２６２Ｂのそれぞれは、目標となる等しいギャップ２６９Ａと２６９Ｂの分だけ、Ｙ軸に沿って第２のレシーバ電極２６３から分離していて、適宜に等しくなるように製作されたスパン幅２７６Ａと２７６Ｂとを、それぞれＹ軸方向に有する。説明の便宜上、第２のレシーバ電極２６３のうち、整合／中心線２６１の両側にあって、Ｙ軸方向に等しい各々のスパン幅２７８Ａと２７８Ｂを持つ第１の部分２６３Ａと第２の部分２６３Ｂとを定めることは有益である。説明の便宜上、整合／中心線２６１の両側に対称的にあって、かつ、それぞれ第１の容量結合ゾーン部分２８４と第２の容量結合ゾーン部分２８５に属する第１のレシーバ電極結合トラック２７４と第２のレシーバ電極結合トラック２７５とをそれぞれ定めることは有益である（以下で、さらに説明する）。第１のレシーバ電極結合トラック２７４は、第１のレシーバ電極部分２６２Ａを含むサブトラック２７４’と、第２のレシーバ電極２６３の第１の部分２６３Ａを含むサブトラック２７４”とを含む。第２のレシーバ電極結合トラック２７５は、第１のレシーバ電極部分２６２Ｂを含むサブトラック２７５’と、第２のレシーバ電極２６３の第２の部分２６３Ｂを含むサブトラック２７５”とを含む。第１のレシーバ電極部分２６２Ａと２６２Ｂ、および第２のレシーバ電極２６３は、それぞれＸ軸方向に同一の寸法を持っており、この電極群の長さ２７７は、図２に示す実施形態では、波長Ｐ’（以下で説明する）の４倍である。
【００５０】
図３は、さらに図４〜図５に述べられる信号平衡電極構成２００の第２の模範的な実施形態に使用できるシールド電極構成２４０の左端部分の平面図である。図３に示す模範的な実施形態では、シールド電極構成２４０は、シールド電極部材２５９に搭載されており、シールド電極２４２を含む。シールド電極２４２は、整合／中心線２４１に沿って電気的に接続するために、領域２４３にて周期的に結合する第１の半部分２４２Ａと第２の半部分２４２Ｂとを持っている。第１の半部分２４２Ａと第２の半部分２４２Ｂは、それぞれ、測定軸線／方向８０に沿って周期的に蛇行して、測定軸線／方向８０に沿って延びる周期的な正弦波パターンを形成する。この周期パターンは、測定軸線／方向８０に沿って、一定の波長すなわちピッチＰ’を持っており、これは、図３中の寸法２４６でも示す。シールド電極の第１の半部分２４２Ａは、一定の実効シールド電極半値幅２５６だけ、Ｙ軸方向に隔てられている第１のシールド電極境界線２４３と第２のシールド電極境界線２４５とを持っている。同様に、シールド電極の第２の半部分２４２Ｂは、上記と同じ一定の実効シールド電極半値幅２５６だけ、Ｙ軸方向に隔てられている第１のシールド電極境界線２４３’と第２のシールド電極境界線２４５’とを持っている。第２のシールド電極境界線２４５と２４５’とは、先に述べた電極の結合する接続部により、領域２４３のそれぞれにて「中断される（interrupted）」ものと理解すべきである。シールド電極２４２はまた、Ｙ軸方向にシールド電極スパン幅２５７も持ち、そのシールド電極スパン幅が、シールド電極の範囲を取り囲んで、好都合にも、図３に示すように、測定軸線／方向８０に沿って一定となっている。
【００５１】
動作の際、シールド電極構成２４０の整合／中心線２４１は、レシーバ電極構成２６０の整合／中心線２６１に整合させる。このため、シールド電極の第１の半部分２４２Ａの様々な部分は、第１のレシーバ電極結合トラック２７４、サブトラック２７４’、サブトラック２７４”およびギャップ２６９Ａに整合させ、かつ、シールド電極の第２の半部分２４２Ｂの様々な部分は、第２のレシーバ電極結合トラック２７５、サブトラック２７５’、サブトラック２７５”およびギャップ２６９Ｂに整合させる。上記シールド電極のほぼすべては、図３に示す通りである。したがって、シールド電極構成２４０の種々のＹ軸寸法は、レシーバ電極構成２６０の種々のＹ軸寸法に応じて決定されるので、整合／中心線２４１が、整合／中心線２６１に対してＹ軸に沿ってわずかに不整合になってもよく、また、このわずかな不整合によっても、シールド電極構成２４０とレシーバ電極構成２６０との間の種々の容量結合エリアが相対的に変化しないようにすると理解すべきである。さらに大きい不整合では、目標となる整合に対して側面での所定の不整合により、サブトラック２７４’と２７４”内で損失または増加した容量結合エリアは、シールド電極構成２４０とレシーバ電極構成２６０の対称的な構成を利用して、反対方向で、かつ、不整合に対して同一で補償するように、サブトラック２７５’と２７５”内で増加または損失させると理解すべきである。さらに、測定軸線に対して平行する軸線に関する「ロール（roll）」不整合の効果も、レシーバ電極接続部２１５Ｃと２１６Ｃとで出力される信号に、同一の大きさで影響を及ぼそうとするであろう。したがって、さらに図４〜図５で述べる信号平衡電極構成２００は、組立て中および動作中での様々な整合誤差にもかかわらず、測定精度の持続に関する特別なロバスト設計を実現している。
【００５２】
図４は、信号平衡電極構成２００の第２の模範的な実施形態に使用できるトランスミッタ電極構成２２０の平面図であり、さらに図５でも実施形態について説明する。図４に示す模範的な実施形態では、トランスミッタ電極構成２２０は、４つのトランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄを担持するトランスミッタ電極部材２３９に搭載されている。このトランスミッタ電極部材は、例えばプリント基板でも可能である。図４に示すように、第１のトランスミッタ電極群２１０Ａは、第１のトランスミッタ電極２２２Ａ、第２のトランスミッタ電極２２３Ａ、第３のトランスミッタ電極２２４Ａ、第４のトランスミッタ電極２２５Ａを持ち、第２のトランスミッタ電極群２１０Ｂは、第１のトランスミッタ電極２２２Ｂ、第２のトランスミッタ電極２２３Ｂ、第３のトランスミッタ電極２２４Ｂ、第４のトランスミッタ電極２２５Ｂを持っている。４つのトランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄは、同一の全体寸法を有し、波長Ｐ’に等しいトランスミッタ電極群ピッチ２１６で、測定軸線／方向８０に沿って周期的に繰り返される。したがって、全体のトランスミッタ電極群の長さ２２７は、図４に示す実施形態では、波長Ｐ’の４倍となる。回路接地面電極の接続部（circuit ground plane electrode connection）２１５Ｃを備えた周囲回路接地面電極（surrounding circuit ground plane electrode）２１５は、これらの部分の動作容量結合を、測定軸線／方向８０に沿って両側に隣接するトランスミッタ電極で取り囲まれている内部トランスミッタ電極の動作容量結合と、さらに同等にするために、トランスミッタ電極の端部２２２Ａと２２５Ｄの隣に配置した部分を含んでいる。
【００５３】
図４中のトランスミッタ電極群２１０Ａで例示すトランスミッタ電極群２１０「Ｘ」の各々の中では、トランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘのそれぞれは、同一のＸ軸寸法を持っており、また、好都合にも、同一のＹ軸寸法を持っている（ただし、他の様々な模範的な実施形態において、同一のＹ軸寸法は必要条件ではない）。トランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘのそれぞれは、プリント基板などの絶縁基板の第１の側に形成される。これらのトランスミッタ電極は、測定軸線／方向８０に沿って、同様な絶縁ギャップ２２９により隔てられる。有利なことには、これらの絶縁ギャップは、様々な模範的な実施形態において、できる限り狭くなっている。したがって、トランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘは、サイズが等しく、また、測定軸線／方向８０に沿って、トランスミッタ電極群ピッチ２１６内で均等に配置される。
【００５４】
第１のトランスミッタ電極２２２Ａ〜２２２Ｄはすべて、例えば図４に示すように、絶縁基板の第２の側に位置づけられた配線トレース２２２Ｗと導電性の貫通穴２２２Ｈにより、従来の方法で電気的に相互接続されている。電気的に相互接続された第１のトランスミッタ電極２２２Ａ〜２２２Ｄは、第１のトランスミッタ電極接続部２２２Ｋを備えている。第２のトランスミッタ電極２２３Ａ〜２２３Ｄ、第３のトランスミッタ電極２２４Ａ〜２２４Ｄ、第４のトランスミッタ電極２２５Ａ〜２２５Ｄの組の各々は、同様に相互接続され、また、これらの組の各々は、同様に第２のトランスミッタ電極接続部２２３Ｋ、第３のトランスミッタ電極接続部２２４Ｋ、第４のトランスミッタ電極接続部２２５Ｋを備えている。
【００５５】
さらに図４に示すものは、トランスミッタ電極構成２４０に対する整合／中心線２２１、および目標上整合させるトランスミッタ電極構成２４０に対する容量結合トラック２７４と２７５の相対的位置である。また、各々のトラックが関連するサブトラック２７４’、２７４”、２７５’および２７５”の相対的位置も示す。トランスミッタ電極構成２２０は、Ｙ軸に沿ってトランスミッタ電極スパン幅２３７を備え、このトランスミッタ電極スパン幅は、シールド電極２４２、およびレシーバ電極２６２Ａ、２６２Ｂ、２６３のすべてを包囲している。かつ、トランスミッタ電極スパン幅２３７は、Ｙ軸に沿って予測されるどのような不整合にも関係なく、シールド電極２４２、およびレシーバ電極２６２Ａ、２６２Ｂ、２６３のすべてを包囲するような追加された余裕幅２３８Ａと２３８Ｂとを有する。上記により、予測されるどのような不整合も、当該トランスミッタ電極から信号平衡電極構成２００の他のいずれの電極への容量結合に影響を及ぼさず、特に、当該トランスミッタ電極からシールド電極２４２への容量結合に影響を及ぼさなくなることを理解すべきである。
【００５６】
図５は、本発明による信号平衡電極構成２００の第２の模範的な実施形態に関して、図２のレシーバ電極構成２６０、図３のシールド電極構成２４０および図４のトランスミッタ電極構成２２０からなる動作時の整合状態を示す平面図である。
【００５７】
動作の際、トランスミッタ電極部材２３９、シールド電極部材２５９、レシーバ電極部材２７９は、Ｚ軸に沿って（Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向）、整合／中心線２２１、整合／中心線２４１、整合／中心線２６１を目標に合わせ整合するように配置し、また、トランスミッタ電極構成２２０とレシーバ電極構成２６０は、レシーバ電極群長さ２７７が、全体のトランスミッタ電極群長さ２２７と一致するように、測定軸線／方向８０に沿って位置づけられる。図５に示す構成では、レシーバ電極部材２７９は、動作レシーバ電極を上向きにして、Ｚ軸に沿って、この配置構成の遠い側に位置づけられ、また、トランスミッタ電極部材２３９は、動作トランスミッタ電極を下向きにして、この配置構成の近い側に位置づけられ、さらに、シールド電極部材２５９は、上記の遠い側と近い側との間に位置づけられる。トランスミッタ電極部材２３９とレシーバ電極部材２７９は、Ｚ軸に沿って、これらの電極部材間の動作可能で一様な容量ギャップと一定の位置関係で配置される。この場合、シールド電極部材１５９を、この容量ギャップ内で測定軸線／方向８０に沿って移動できるように、この容量ギャップは、Ｚ軸に沿ってシールド電極部材１５９の厚さよりもいくぶん大きくする。
【００５８】
動作の際、シールド電極２４２が、本発明の一態様において、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なく、ほぼ等しくトランスミッタ電極構成２２０の様々なトランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘに容量結合するために、また、最適な実用精度を提供するために、シールド電極部材２５９は、シールド電極２４２がトランスミッタ電極２２０に対して実用的及び／又は経済的である最も一様なギャップおよび整合を維持できるように、測定軸線／方向８０に沿ってガイドするものと理解すべきである。信号強度と潜在的な不整合による種々の測定誤差との間の最適な評価点を確立するために、トランスミッタ電極部材２３９とレシーバ電極部材２７９との間の動作可能な容量ギャップは、信号平衡電極構成２００に関する解析及び/又は確認実験により、設定できるものと理解すべきである。このことは、先に図１を参照して説明している。
【００５９】
図５に示す信号平衡電極構成２００の構成では、信号平衡電極構成１００と同様に、トランスミッタ電極構成２２０とシールド電極構成２４０との間に、Ｚ軸方向にほぼ一様な動作ギャップがあるとき、シールド電極構成２４０は、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なくほぼ等しくこれらのトランスミッタ電極のそれぞれに容量結合する。これは、本発明の原理による信号平衡電極構成の一態様を実現している。動作の際は、時間的位相シフト０度を持つ正弦波のＡＣ電圧信号を、各々の第１の電極接続部２２２Ｋを介して、相互接続する電極２２２Ｘに印加する。同様に、時間的位相シフト９０度、１８０度、２７０度を持つ同一正弦波のＡＣ電圧信号を、各々の第２のトランスミッタ電極接続部２２３Ｋ、第３のトランスミッタ電極接続部２２４Ｋ、第４のトランスミッタ電極接続部２２５Ｋを介して、これらの各々と相互接続する電極２２３Ｘ、２２４Ｘ、および２２５Ｘのそれぞれに印加する。上記構成では、トランスミッタ信号の０度と１８０度の一対、およびトランスミッタ信号の９０度と２７０度の一対はそれぞれ、振幅が等しく極性が逆となる信号を印加する。そして、これらのトランスミッタ信号は、シールド電極２４２に等しく容量結合しているので、これらのトランスミッタ信号によるシールド電極２４２上に生じる応答電圧の各々の寄与も、同様に、振幅が等しく極性が逆になると理解すべきである。したがって、本発明の原理により、上記構成で生じる信号は、互いにバランスをとっており、電気的にフロートするシールド電極２４２の電圧に、正味となる変化をまったくもたらさない。様々な模範的な実施形態では、シールド電極２４２は、こうして、トランスミッタ信号により決定されるＤＣ電圧に維持されることになり、このＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態においてゼロ・ボルトであるかもしれない。先に説明したように、本明細書に開示している原理および構成により、少なくともそのトランスジューサが変位測定用信号を印加するたびに、シールド電極が、電圧の正味変化が無い状態を維持するとき、このシールド電極自体は、レシーバ電極上に、電圧に関連する誤った信号の変化をまったくもたらさないであろう。したがって、シールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【００６０】
信号平衡電極構成２００の動作の別の態様において、仮にシールド電極２４２が無い場合、先に述べたトランスミッタ電極構成２２０とレシーバ電極構成２６０との間に、Ｚ軸の方向にほぼ一様な動作ギャップがあると、トランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄの各々のトランスミッタ電極は、ほぼ等しくレシーバ電極２６２Ａ、２６２Ｂおよび２６３に容量結合することになる。したがって、振幅が等しくて、極性が逆である２対の同じ正弦波のＡＣ電圧信号が、トランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄの各トランスミッタ電極群中の４つのトランスミッタ電極に印加されると、レシーバ電極２６２Ａ、レシーバ電極２６２Ｂ、レシーバ電極２６３で生じる電圧に対する印加電圧信号の各々の寄与も等しくなり、こうして、互いにバランスがとられ、レシーバ電極２６２Ａ、２６２Ｂ、および２６３によって提供される各々の信号による正味変化は、まったくもたらされなくなる。様々な模範的な実施形態では、第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃおよび第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃからの信号は、こうして、仮にシールド電極２４２がない場合、トランスミッタ信号により決定されるＤＣ電圧にて一定となるであろう。そして、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトにすることができる。これは、本発明による種々の信号平衡電極構成を用いることにより、他の方法では測定信号に生じる可能性のあるいくつかの信号誤差を、低減あるいは排除する傾向になる。
【００６１】
信号平衡電極構成２００の動作の別の一態様は、トランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄのトランスミッタ電極と、容量結合トラック２７４’に沿ったレシーバ電極２６２Ａとの間、および、上記トランスミッタ電極と、容量結合トラック２７４”に沿った第２のレシーバ電極部分２６３Ａとの間の容量結合に関して説明される。図５に示すように、トランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄのトランスミッタ電極と、シールド電極部分２４２Ａによって実効上スクリーニングされない容量結合トラック２７４’に沿ったレシーバ電極２６２Ａとの間の容量結合エリアは、測定軸線／方向８０に沿って、正弦波形で変化する。よって、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極２４２に対するどんな位置でも、レシーバ電極２６２Ａ上の信号寄与は、トランスミッタ電極２２２Ｘ上の０度のＡＣ信号に、正弦波容量結合エリアのうち、トランスミッタ電極２２２Ｘに対応する部分を掛けて得られるものを含む。同様に、トランスミッタ電極２２３Ｘ上の９０度のＡＣ信号、トランスミッタ電極２２４Ｘ上の１８０度のＡＣ信号、およびトランスミッタ電極２２５Ｘ上の２７０度のＡＣ信号に、それぞれ、正弦波容量結合エリアのうち、トランスミッタ電極２２３Ｘ、トランスミッタ電極２２４Ｘ、トランスミッタ電極２２５Ｘに対応する各々の部分を掛けて得られるものを含む。これらの信号寄与は、レシーバ電極２６２Ａ上で効果的に合計されて、レシーバ電極２６２Ａ上に正味の正弦波のＡＣ電圧信号を発生させる。
【００６２】
レシーバ電極２６２Ａ上のこの正味の正弦波のＡＣ電圧信号は、様々なトランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘの様々な「スクリーニングされてない」容量結合エリアの相対的な強度または大きさによって決定される正味の時間的位相（temporal phase）を持つと理解すべきである。正味の正弦波のＡＣ電圧信号の正味の時間的位相は、こうして、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極２４２の相対的位置によって決定され、したがって、正味の正弦波のＡＣ電圧信号の正味の時間的位相は、その相対的位置を表わす。容量結合トラック２７４’に沿って、容量結合エリアの形状が周期的な正弦波変化を起こすために、正味の正弦波のＡＣ電圧信号の正味の時間的位相は、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極２４２の相対的位置のほぼ一次関数として変化するものと理解すべきである。
【００６３】
トランスミッタ電極群２１０Ａ〜２１０Ｄのトランスミッタ電極と、容量結合トラック２７４”に沿った第２のレシーバ電極部分２６３Ａとの間の容量結合は、容量結合トラック２７４’に関する先の説明と同様であるが、ただし、シールド電極部分２４２Ａの構成のために、シールド電極部分２４２Ａでは実効上スクリーニングされてない容量結合トラック２７４”に沿った容量結合は、容量結合トラック２７４’に沿って実現される容量結合に対して、１８０度、すなわち、測定軸線／方向８０に沿った波長Ｐ’の２分の１の空間位相シフトを持つものと理解すべきである。したがって、第２のレシーバ電極部分２６３Ａ上に生じる正味の正弦波のＡＣ電圧信号の正味の時間的位相は、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極２４２の相対的位置のほぼ一次関数として変化し、また、この正味の正弦波のＡＣ電圧信号の正味の時間的位相は、レシーバ電極２６２Ａ上に生じる信号の正味の時間的位相に対して、１８０度の時間的位相シフトだけ、シフトされることになる。
【００６４】
信号平衡電極構成２００の電極構成が対称であるために、容量結合トラック２７５”に沿って、シールド電極２４２のどんな相対的位置でも、第２のレシーバ電極部分２６３Ｂに生じる信号は、目標上、第２のレシーバ電極部分２６３Ａ上に生じる信号と同一となり、また、これらの信号の合計は、第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃにて得られることが、通常の当業者には明らかになろう。同様に、容量結合トラック２７５’に沿って、シールド電極２４２のどんな相対的位置でも、第１のレシーバ電極部分２６２Ｂに生じる信号は、目標上、第１のレシーバ電極部分２６２Ａ上に生じる信号と同一となり、また、これらの信号の合計は、第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃにて得られることになる。
【００６５】
先に略述されたように、Ｙ軸に沿った様々な不整合では、目標とする整合に対する所与の不整合のために、サブトラック２７４’とサブトラック２７４”内で損失または増加した容量結合エリアは、シールド電極構成２４０とレシーバ電極構成２６０の対称的な構成を利用して、不整合の同量に対して、反対側で、かつ補償するように、サブトラック２７５’と２７５”内で増加または損失させるものと理解すべきである。したがって、容量結合トラック２７４’と２７４”に寄与している信号の事実上の合計である第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃにおける信号は、Ｙ軸に沿って、理由あって予測される不整合にもかかわらず、安定化する傾向となる。また、容量結合トラック２７５’と２７５”に寄与している信号の事実上の合計である第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃにおける信号は、Ｙ軸に沿って、理由あって予測される不整合にもかかわらず、安定化する傾向となる。
【００６６】
上述の通り、動作の際、第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃと第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃ上に出力される信号は、目標に等しい信号規模と、極性が逆となる信号規模とを有することになる。様々な模範的な実施形態では、これらの信号はサンプリングされ、これら２つの信号間の差を増幅する測定信号を提供する差動増幅器構成に入力され、したがって、上記位置測定信号を倍にして、レシーバ電極信号に含まれるかもしれない様々なコモンモード誤差を除去する。この差分測定信号は、上記トランスミッタへの入力信号の基準位相に対して、時間的な位相シフトを持つことになる。この時間的な位相シフトは、特定の現行波長Ｐ’の範囲内で、トランスミッタ電極構成２２０とレシーバ電極構成２６０に対するシールド電極２４２の位置を示している。
【００６７】
図２〜図５に示す信号平衡電極構成２００の模範的な実施形態は、こうして、本発明の原理により、確実に動作させることができる。信号平衡電極構成２００は、要望があれば、電気的にフロートするシールド電極２４２を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることができる。上述の図２〜図５を参照して述べた信号平衡電極構成２００の特定の実施形態は、シールド電極部材２５９を、測定軸線／方向８０に沿ってトランスミッタ電極部材２３９およびレシーバ電極部材２７９に対して変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ位置信号を提供する。公知の様々な方法および回路のいずれかは、上記構成において、要求される相対的な変位値を決定するために、適切なトランスミッタ信号を印加し、かつ、この結果として得られた出力信号を処理することに使用することができる。例えば、当業者は、本明細書中に開示されている様々な実施形態に適した回路および信号処理技法を実現するために、Andermo氏に付与された米国特許第4,879,508号に開示されている様々な回路および信号処理技法を容易に修正変更することができる。参考として、この内容は本明細書中に組み入れられている。
【００６８】
シールド電極２４２が、測定軸線／方向８０に沿って、相対的位置に関係なく、ほぼ等しくトランスミッタ電極２２２Ｘ〜２２５Ｘのそれぞれに容量結合するという条件で、信号平衡電極構成２００に関して先に述べた利点および特徴を持ち続けながら、わずかな電極変動、あるいはかなりの電極変動を含む多数の代替となる電極構成も可能であると理解すべきである。第一の例として、上述の実施形態は、差分信号処理に適した２つのレシーバ電極信号を入力したが、様々な模範的な実施形態において、これら２つのレシーバ電極信号のどちらか一方、およびこれらレシーバ電極信号に付随するレシーバ電極を省くことが可能であると理解すべきである。これでも、残りのレシーバ電極およびレシーバ電極信号は、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極２４２の相対的位置のほぼ一次関数として変化する正味の時間的位相を持つ正弦波のＡＣ電圧信号を印加して、本発明による動作可能な信号平衡電極構成を実現することになる。いくつかのコモンモード誤差除去の特徴だけが失われることになる。このような単一電極のレシーバ電極構成を、同様に、通常の当業者が修正変更すれば、以下で信号平衡電極構成３００〜６００を参照して述べる二重レシーバ電極構成（dual-receiver electrode configuration）用の代替実施形態を提供できるものと理解すべきである。
【００６９】
第２の例として、他の点では、先に述べた信号平衡電極構成２００と同様である代替となる一つの実施形態では、三相トランスミッタ電極構成が使用される。このような代替となる実施形態では、トランスミッタ電極群２１０のそれぞれは、４つのトランスミッタ電極ではなくて、３つのトランスミッタ電極を含み、各々のトランスミッタ電極群中のこれら３つのトランスミッタ電極は、信号平衡電極構成の一周期Ｐ’にわたって、均等に配置されている。前述の説明との類推から、各々のトランスミッタ電極群中のこれら３つのトランスミッタ電極は、本明細書では、総称的に電極２２２’Ｘ、電極２２３’Ｘ、電極２２４’Ｘと呼ぶ。動作の際は、０度の時間的位相シフトを持つ各々の正弦波のＡＣ電圧信号を、相互接続電極２２２’Ｘに印加する。同様に、１２０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号と２４０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号を、それぞれ、相互接続電極２２３’Ｘと相互接続電極２２４’Ｘに印加する。このようなトランスミッタ信号の構成はまた、先に述べたように、シールド電極部材２５９を、測定軸線／方向８０に沿ってトランスミッタ電極部材２３９およびレシーバ電極部材２７９に対して変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ位置信号を提供する働きもするであろう。さらに、このようなトランスミッタ信号の構成では、これらのトランスミッタ信号が、シールド電極２４２に等しく容量結合されるために、シールド電極２４２上に生じる応答電圧へのそれらのトランスミッタ信号の各々の寄与が合計ゼロになると理解すべきである。よって、このような３相信号は、本発明の原理により、こうして互いにバランスをとって、電気的にフロートするシールド電極２４２の電圧の正味変化をまったくもたらさない。トランスミッタ電極の類似の３相構成を、同様に、通常の当業者が修正変更すれば、以下で信号平衡電極構成３００〜６００を参照して述べる様々な４相トランスミッタ電極構成用の代替実施形態を提供できるものと理解すべきである。
【００７０】
さらに、平面／直線の構成に加えて、図２〜図５に示す構成要素は、別法として、円筒形エンコーダの一部を表わすものと解することができる。この円筒形エンコーダでは、測定軸線／方向８０は、円筒形または円形の測定軸線／方向であり、またシールド電極構成１４０は、既に信号平衡電極構成１００を参照して述べたように、測定軸線／方向８０に沿って連続する円筒形構成の一部または全体を形成する要素の部分を表わしている。
【００７１】
先に述べた信号平衡電極構成２００に関する利点および特徴を持ち続けながら、わずかな電極の変更、あるいはかなりの電極の変更を含む上記および他の代替となる電極構成も可能である。したがって、上記に開示されている信号平衡電極構成２００の構成は、例示にすぎず、限定的ではないということである。
【００７２】
図６と図７は、本発明による静電容量式エンコーダ内で使用できる本発明による信号平衡電極構成３００の第３の模範的な実施形態を示している。図６は、本発明による信号平衡電極構成３００の第３の模範的な実施形態の分解図である。また、図７は、本発明による信号平衡電極構成３００の第３の模範的な実施形態に関して、レシーバ電極構成３６０、シールド電極構成３４０およびトランスミッタ電極構成３２０の動作時の整合状態を示す平面図である。
【００７３】
信号平衡電極構成３００は、先に述べた信号平衡電極構成２００のものと同様である多くの要素および動作特性を持っている。このような類似性は、通常の当業者であれば了解されよう。したがって、著しく異なる要素および動作特性だけを、以下で詳しく説明する。図６に示すように、信号平衡電極構成３００の第３の模範的な実施形態は、トランスミッタ電極部材３３９に搭載されたトランスミッタ電極構成３２０、シールド電極部材３５９（この代表的な一部が図６に示されている）に搭載されたシールド電極構成３４０、および、レシーバ電極部材３７９に搭載されたレシーバ電極構成３６０を含む。
【００７４】
レシーバ電極構成３６０は、第１のレシーバ電極接続部３６２Ｃにより互いに電気的に接続された第１のレシーバ電極部分３６２Ａと３６２Ｂ、および第２のレシーバ電極接続部３６３Ｃを持つ第２のレシーバ電極３６３とを含む。第１のレシーバ電極部分３６２Ａと３６２Ｂは、第２のレシーバ電極３６３から、Ｙ軸に沿って目標上それぞれ等しいギャップ３６９Ａと３６９Ｂだけ隔てられている。また、第１のレシーバ電極部分３６２Ａと３６２Ｂは、図６に示す実施形態では、適宜に等しくなる各々のスパン幅をＹ軸方向に有している。説明の便宜上、第２のレシーバ電極３６３のうち、整合／中心線３６１の両側にあって、Ｙ軸方向に等しい各々のスパン幅を持つ第１の部分３６３Ａと第２の部分３６３Ｂを定めることは有益である。第１のレシーバ電極部分３６２Ａと３６２Ｂ、および第２のレシーバ電極３６３は、それぞれＸ軸方向に同一の寸法を持っており、これらのレシーバ電極群の長さ３７７は、図６に示す実施形態では、波長Ｐ”（以下で述べる）の２倍である。説明の便宜上、測定軸線／方向８０に沿って延び、また、図６に示すように様々なレシーバ電極のスパンと一致するようにＹ軸に沿って位置づけられるレシーバ電極結合トラック３７４’、３７４”および３７５を規定することは有益である。
【００７５】
測定軸線の方向に周期的に蛇行する先に述べたシールド電極とは対照的に、図６に示すシールド電極構成３４０は、ほぼ長方形の部分３４２を有するシールド電極要素を含む。この長方形の部分３４２は、図６中の寸法３４６で示す波長すなわちピッチＰ”を持つ周期パターンを形成するために、測定軸線／方向８０に沿ってほぼ長方形の部分３４２’と交互になっている。部分３４２’は、Ｙ軸方向にスパン幅３５７を有し、このスパン幅が、トランスミッタ電極構成３２０とレシーバ電極構成３６０の両方が動作可能に整合されたときの電極の範囲を取り囲んでおり、好都合にも、図６に示すように、測定軸線／方向８０に沿って一定状態となっている。シールド電極構成３４０の模範的な一実施形態において、シールド電極部材３５９は、絶縁プリント基板材料であり、また、部分３４２’は、プリント基板上に従来の方法で形成された導電性部分である。一方、部分３４２は、シールド電極部材３５９の絶縁プリント基板材料である。代替の実施形態では、部分３４２’は、絶縁プリント基板材料であり、一方、部分３４２は導電性部分である。さらに他の実施形態では、シールド電極部材３５９は、導電性の細長い一片、導電性テープ、または導電性の棒である。この導電性材料を、部分３４２’で、パンチング、機械加工またはエッチングにより貫通させて、残りの導電性材料で部分３４２を形成する。
【００７６】
動作の際、信号平衡電極構成２００のときと同様に、シールド電極構成３４０の整合／中心線３４１を、レシーバ電極構成３６０の整合／中心線３６１に整合させる。また、シールド電極構成３４０のＹ軸寸法は、レシーバ電極構成３６０の種々のＹ軸寸法に対応させて位置決めするが、整合／中心線３４１が、整合／中心線３６１に対してＹ軸に沿って若干不整合にすることができ、そして、この若干の不整合によっても、シールド電極構成３４０とレシーバ電極構成３６０との間の様々な容量結合エリアが相対的に変化しない傾向になることを理解すべきである。これは、図７で、最もよくわかる。
【００７７】
電極形状の実質的な差にもかかわらず、図６と図７に示すトランスミッタ電極構成３２０は、先に述べたトランスミッタ電極構成２２０と非常に類似する方法で電気的に接続されて、動作するものと理解すべきである。この形状の差は、信号平衡電極構成２００において、この正弦波容量結合変化は、トランスミッタ電極構成ではなくシールド電極構成２４０によって実現しているが、信号平衡電極構成３００では、トランスミッタ電極構成３２０が変位に対して正弦波容量結合変化を実現するように配置されているという事実によるものである。
【００７８】
図６で、もっともよくわかるように、トランスミッタ電極構成３２０は、目標上、図６中の基準破線３１２〜３１４で区分された３つのトランスミッタ電極群領域Ａ〜Ｃを搭載したトランスミッタ電極部材３３９を含む。トランスミッタ電極部材は、例えばプリント基板でも実現可能である。トランスミッタ電極構成３２０の容量結合トラック３７５に対応して、第１のトランスミッタ電極群領域Ａは、まず図６中の左から右の順に、第２のトランスミッタ電極２Ａ、第３のトランスミッタ電極３Ａ、第４のトランスミッタ電極４Ａ、第１のトランスミッタ電極１Ａを含む。また、第２のトランスミッタ電極群領域Ｂは、第２のトランスミッタ電極２Ｂ、第３のトランスミッタ電極３Ｂ、第４のトランスミッタ電極４Ｂ、第１のトランスミッタ電極１Ｂを含む。さらに、第３のトランスミッタ電極群領域Ｃも、同様に配置されるが、ただし、第３のトランスミッタ電極群領域Ｃは、図６に示すように、第１のトランスミッタ電極群領域Ａと第２のトランスミッタ電極群領域Ｂの側面に位置する「左部分と右部分」に適宜に分割される。これら３つのトランスミッタ電極群領域Ａ〜Ｃは、目標上、等しい正味の機能寸法（第３のトランスミッタ電極群領域Ｃの適宜の分割レイアウトを無視して）を持ち、また、波長Ｐ”に等しいトランスミッタ電極群ピッチ３１６により、測定軸線／方向８０に沿って、周期的に繰り返される。したがって、図６と図７に示す実施形態に対して、トランスミッタ電極群の全長３２７は、波長Ｐ”の３倍である。
【００７９】
容量結合トラック３７５に沿って配置されたトランスミッタ電極の各々は、同一の寸法を有する。また、個々の電極は、測定軸線／方向８０に沿った各々の地点において、Ｙ軸に沿った電極の幅寸法が、その位置の正弦波関数であって、測定軸線／方向８０に沿ってほぼＰ”／２の電極全長にわたって、１正弦波サイクルの２分の１を通過するように、形づくられていることを理解すべきである。これは、図６と図７に示すトランスミッタ電極に特有の「Ｓ字」外形に相当する。
【００８０】
容量結合トラック３７４’と容量結合トラック３７４”に沿って、それぞれ配置されたトランスミッタ電極に関しては、これらのトランスミッタ電極は、容量結合トラック３７５に沿って配置されたトランスミッタ電極に対して、前述の説明とまったく類似した方法で、配置され、サイズが決められ、かつ形づくられるものと理解すべきである。ただし、形状の例外として、容量結合トラック３７４’と容量結合トラック３７４”のそれぞれに沿って配置されたトランスミッタ電極は、測定軸線／方向８０に沿った各々の地点において、Ｙ軸に沿ったその幅寸法が、容量結合トラック３７５に沿って配置されたトランスミッタ電極の対応する幅寸法の目標上２分の１である。
【００８１】
これらの電極の機能的電気接続部は、図６に図式的に示されている。いくつかの電気接続部は、図式的には、参照番号３１１’と参照番号３１１”で示すゾーン内に位置づけられた接続線で示すように、図６中の様々な電極を通って、直列にルーティングされると理解すべきである。図６および図７中の各々のトランスミッタ電極上に示す参照番号０〜３は、トランスジューサ電子回路３８０が備えている同じ番号のトランスミッタ信号源Ｔ０〜Ｔ３のそれぞれに、どの電極が接続されるか示している。動作の際は、０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号を、番号０の相互接続電極に印加する。同様に、９０度の時間的位相シフト、１８０度の時間的位相シフト、２７０度の時間的位相シフトをそれぞれ持つ同じ正弦波のＡＣ電圧信号を、番号１の電極、番号２の電極、番号３の電極にそれぞれ印加する。
【００８２】
図７で、もっともよくわかるように、逆相のトランスミッタ電極、例えば「０」のトランスミッタ電極と「２」のトランスミッタ電極は、つねに、Ｙ軸方向に互いに「横並びに」揃えられ、かつ、測定軸線／方向８０に沿って同一スパンにわたるものと理解すべきである。さらに、例えば中央容量結合トラック３７５に沿った各々の「０」トランスミッタ電極は、それぞれ外側容量結合トラック３７４’と外側容量結合トラック３７４”に沿った２つの逆相の「２」トランスミッタ電極につねに揃えられる。それらの「２」トランスミッタ電極はそれぞれ、中央「０」トランスミッタ電極の有効幅及び/又は面積の２分の１を持っている。この「平衡用（balancing）」配置構成は、測定軸線方向に沿った各々の位置にて、各々の「番号／タイプ」のトランスミッタ電極にも当てはまる。さらに、先に述べたように、各々のトランスミッタ電極は、測定軸線／方向８０に、Ｐ”／２の総スパンを持ち、この総スパンと、シールド電極構成３４０の部分３４２と部分３４２’の各々のスパンが一致する。
【００８３】
このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、個々の部分である３４２または３４２’のうち、所与の実施形態においてシールド電極部分である方のものへの正味信号容量結合、あるいは、これらの合計は、本発明の原理により、つねにバランスがとられると理解すべきである。例えば、図７中の基準破線３１８と基準破線３１９との間に位置づけられるシールド電極部分３４２’を参照すると、垂直方向に、ほぼシールド電極部分３４２’の中心を通って、「０」トランスミッタ電極と「２」トランスミッタ電極上のそれぞれ０度と１８０度の一対のトランスミッタ信号は、それぞれ、振幅が等しく、極性が逆となる信号を印加することになり、また、これらの信号が等しくシールド電極部分３４２’に容量結合されるために、シールド電極３４２’上に生じる応答電圧へのそれらの信号の各々の寄与も、同様に、振幅が等しくて、極性が逆のものとなることがわかる。シールド電極３４２’の左側縁にて垂直方向に、中央「１」トランスミッタ電極と外側「３」トランスミッタ電極の容量結合エリア上の９０度と２７０度の一対のトランスミッタ信号も、同様にバランスをとる。同じく、シールド電極３４２’の右側縁にて垂直方向に、中央「３」トランスミッタ電極と外側「１」トランスミッタ電極の容量結合エリア上の逆相の信号も、同様にバランスをとる。
【００８４】
したがって、信号平衡電極構成２００と同様に、このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、信号平衡シールド電極構成３４０の動作シールド電極は、少なくともそのトランスジューサが変位測定信号を印加するたびに、これらのトランスミッタ信号で決定されるＤＣ電圧に維持され、また、そのシールド電極自体、レシーバ電極上に、電圧関連の誤った信号変化をまったくもたらさないであろう。上記ＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトの可能性がある。よって、シールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【００８５】
さらに、信号平衡電極構成２００と同様に、動作の際に、０度の時間的位相シフト、９０度の時間的位相シフト、１８０度の時間的位相シフト、２７０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号を、それぞれ、番号０の相互接続電極、番号１の相互接続電極、番号２の相互接続電極、番号３の相互接続電極に印加すると、例えば、シールド電極部分３４２’で実効上スクリーニングされてない容量結合トラック３７５に沿った容量結合は、測定軸線／方向８０に沿って、シールド電極構成３４０の相対的位置のほぼ一次関数として変化する時間的位相を有する正味の正弦波のＡＣ電圧信号を、第２のレシーバ電極部分３６３上に発生させることになる。同様に、例えば、シールド電極部分３４２’で実効上スクリーニングされてない容量結合トラック３７４’と３７４”とに沿った容量結合は、容量結合トラック３７５に沿って実現される容量結合に対して、１８０度の時間的、空間的な位相シフト、すなわち測定軸線／方向８０に沿って波長Ｐ”の２分の１を持つ正味正弦波のＡＣ電圧信号を、電気的に接続された第１のレシーバ電極部分３６２Ａと３６２Ｂに発生させることになる。
【００８６】
したがって、振幅が等しく位相が逆となる測定信号が、一般に、第２のレシーバ電極接続部２６３Ｃと第１のレシーバ電極接続部２６２Ｃのそれぞれにて、得られることになる。様々な模範的な実施形態では、これらの信号は、トランスジューサ電子回路３８０のレシーバ電極入力部Ｒ＋と、レシーバ電極入力部Ｒ−とに入力される。そこで、これらの信号は、サンプリングされて、これら２つの信号間の差を増幅した測定信号を提供する差動増幅器構成に入力される。したがって、差動増幅器構成は、位置測定用信号を２倍にし、レシーバ電極信号に含まれるかもしれない種々のコモンモードの誤差を除去する。この差分測定信号は、これらのトランスミッタ電極に入力される信号の基準位相に対して、時間的な位相シフトを持つことになる。この時間的な位相シフトは、特定の現行波長Ｐ’の範囲内において、トランスミッタ電極構成３２０とレシーバ電極構成３６０に対するシールド電極３４０の位置を示す。
【００８７】
こうして、図６と図７に示す信号平衡電極構成３００の模範的な実施形態は、本発明の原理により、確実に動作することができる。信号平衡電極構成３００は、要望があれば、電気的にフロートするシールド電極２４２を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることができる。図６と図７に示す信号平衡電極構成３００の特定の実施形態は、シールド電極部材３５９を、測定軸線／方向８０に沿ってトランスミッタ電極部材３３９およびレシーバ電極部材３７９に対して変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを有する位置信号を提供する。しかしながら、非直線的な位置信号を提供する他の電極構成の変形例も、本発明による様々な実施形態において、動作可能であると理解すべきである。このような実施形態は、分解能や精度を下げるかもしれないが、これらの実施形態は、様々な特定の用途において、費用上の利点、あるいは他の恩恵を持つこともある。いずれにしても、このような構成において、要求された相対的な変位値を決定するために、公知の種々の方法や回路のいずれかは、適切なトランスミッタ信号を印加し、かつ、結果として得られる出力信号を処理するのに使用することができる。
【００８８】
平面／直線の構成に加えて、図６と図７に示す構成要素は、別法として、円筒形エンコーダの一部を表わすものと理解することができる。この円筒形エンコーダでは、測定軸線／方向８０は、円筒形または円形の測定軸線／方向となり、またシールド電極構成１４０は、既に信号平衡電極構成１００を参照して述べたように、測定軸線／方向８０に沿って連続して形成する一部または全部となる円筒形構成の要素の部分を表わすことになる。したがって、上述で開示されている信号平衡電極構成３００の構成は、例示にすぎず、限定的ではないということが理解されるであろう。
【００８９】
図８と図９は、本発明によるロータリ静電容量式エンコーダまたは角度静電容量式エンコーダ内で使用できる本発明による信号平衡電極構成４００の第４の模範的な実施形態を示している。図８は、レシーバ電極構成４６０、シールド電極構成４４０、トランスミッタ電極構成４２０を示す第４の模範的な実施形態４００の分解図である。図９は、本発明による信号平衡電極構成４００の第４の模範的な実施形態に関して、シールド電極構成４４０とトランスミッタ電極構成４２０の動作時の整合状態を示す平面図である。
【００９０】
信号平衡電極構成４００は、ロータリ構成である事実にもかかわらず、先に述べた信号平衡電極構成２００のものと同様な多くの要素および動作特性を有する。このような類似性は、通常の当業者であれば了解されよう。したがって、著しく異なる要素および動作特性だけを、以下で詳しく説明する。図８に示すように、信号平衡電極構成４００の第３の模範的な実施形態は、トランスミッタ電極部材４３９に搭載されたトランスミッタ電極構成４２０、シールド電極部材４５９に搭載されたシールド電極構成４４０、および、レシーバ電極部材４７９に搭載されたレシーバ電極構成４６０を含む。
【００９１】
レシーバ電極構成４６０は、図式的に示された第１のレシーバ電極接続部４６２Ｃを持つ円形の第１のレシーバ電極４６２と、図式的に示された第２のレシーバ電極接続部４６３Ｃを持つ円形の第２のレシーバ電極４６３とを搭載した円形レシーバ電極部材４７９を含む。説明の便宜上、円形測定方向８０に延び、また、図８に示す通り、レシーバ電極４６２と４６３でのスパンとそれぞれ一致するようにＹ’半径方向に位置づけられる容量結合トラック４７４’と４７４”とを規定することは有益である。第１のレシーバ電極４６２と第２のレシーバ電極４６３は、Ｙ’半径方向に、円形ギャップ４６９だけ隔てられており、しかも、以下でさらに詳しく述べるように、容量結合トラック４７４’と容量結合トラック４７４”に沿って、目標上等しい容量結合エリアを提供するように、Ｙ’半径方向に、各々のスパン幅を持っている。
【００９２】
シールド電極構成４４０は、シールド電極部材４５９に搭載されるか、あるいはシールド電極部材４５９と一体となっており、円形シールド電極４４２を含む。様々な模範的な実施形態において、取付けハブ４５８が設けられ、しかも、その取付けハブが、シールド電極部材４５９に取り付けられるか、あるいはシールド電極部材４５９と一体となっていることもある。いずれにしても、シールド電極部材４５９及び/又は取付けハブ４５８が、様々な用途において、回転軸線８１に沿って延びている回転軸に結合されているので、回転軸の角度変位は、信号平衡電極構成４００の残りの部分に対するシールド電極構成４４０の角度変位に基づいて測定される。シールド電極４４２は、第１の円形トラック４４２Ａを形成する第１の部分と、第２の円形トラック４４２Ｂを形成する第２の部分とを持ち、また、この第１の部分と第２の部分は、それぞれ容量結合トラック４７４’と容量結合トラック４７４”とほぼ一致し、しかも、それぞれ第１のレシーバ電極４６２と第２のレシーバ電極４６３に容量結合する。第１の円形トラック４４２Ａと第２の円形トラック４４２Ｂはそれぞれ、さらに以下で図９を参照して述べるように、ほぼ正弦波または準正弦波の容量結合をもたらす測定軸線／方向８０’に沿って延びた周期パターンを含む。各々の周期パターンは、図８と図９中のサイズ４４６でも示す角度波長またはピッチＰ…を持っている。シールド電極構成４４０の設計は、ただ一枚の導電薄板材料から、エッチングまたはパンチングなどによる製作に適しているものと理解すべきである。別法として、非導電性のプリント基板上の導電性パターンとして形成することもある（図示無し）。
【００９３】
様々な模範的な実施形態において、シールド電極構成４４０の様々なＹ’半径方向の寸法は、レシーバ電極構成４６０の様々なＹ’半径方向の寸法に応じて決定される。このことは、シールド電極構成４４０の中心とレシーバ電極構成４６０の中心とがわずかに不整合になってもよく、また、このわずかな不整合によっても、シールド電極構成４４０とレシーバ電極構成４６０との間の様々な容量結合エリアが相対的に不変になるようにしている。例えば、図８でもっともよくわかるように、第１の円形トラック４４２Ａ内のパターンのピーク間半径方向寸法は、第１のレシーバ電極４６２の半径方向寸法よりも短くて、かつ、目標上このレシーバ電極４６２の半径方向寸法内に入るように中心が置かれる。第２の円形トラック４４２Ｂと第２のレシーバ電極の半径方向の寸法も、同様に設定される。さらに、トランスミッタ電極構成４２０のトランスミッタ電極の半径方向寸法は、同様な不整合があっても、上記シールド電極とレシーバ電極のすべてをオーバーラップさせるのに充分な寸法にする。したがって、信号平衡電極構成４００は、組立てと動作の間、様々な整合誤差にもかかわらず、測定精度を持続するための特別なロバスト設計を実現している。これに対比して、図９は、シールド電極構成４４０とトランスミッタ電極構成４２０の代替の実施形態を示しており、ここでは、様々な電極の半径方向寸法はほぼ同一である。このような実施形態は、この整合が充分正確でなければ、精度が低くなる。しかしながら、様々な用途においては、不整合による影響は許容できるか、または正確な整合化により解決されることがある。したがって、上記のような実施形態は、本発明の範囲内にある。
【００９４】
トランスミッタ電極構成４２０は、以下で述べるように角度波長またはピッチＰ…を持っているロータリ構成で配置されている事実を除き、先に述べたトランスミッタ電極構成２２０と、実質的に、機能的に、かつ図式的に同じであると理解すべきである。このような機能的で、かつ図式的な類似性は、通常の当業者であれば了解されよう。したがって、著しく異なる要素および動作特性だけを、以下で詳しく説明する。
【００９５】
図８と図９に示す模範的な実施形態では、トランスミッタ電極構成４２０は、図８に示す明示的に番号が付けられた模範的なトランスミッタ電極群４１０Ａ、４１０Ｂおよび４１０Ｄで表わす複数のトランスミッタ電極群を搭載するトランスミッタ電極部材４５９に搭載される。このトランスミッタ電極部材は、例えばプリント基板で実現可能である。第１のトランスミッタ電極群４１０Ａは、第１のトランスミッタ電極４２２Ａ、第２のトランスミッタ電極４２３Ａ、第３のトランスミッタ電極４２４Ａ、第４のトランスミッタ電極４２５Ａを持ち、また、第２のトランスミッタ電極群４１０Ｂは、第１のトランスミッタ電極４２２Ｂ、第２のトランスミッタ電極４２３Ｂ、第３のトランスミッタ電極４２４Ｂ、第４のトランスミッタ電極４２５Ｂを持ち、他の同様なトランスミッタ電極群では、トランスミッタ電極構成４２０の円形軸線方向に電極を持つことになる。これらのトランスミッタ電極群のそれぞれは、同じ全体寸法を持ち、また、角度波長Ｐ…に等しいトランスミッタ電極群の角度ピッチ４１６により、測定軸線／方向８０’に沿って周期的に繰り返される。
【００９６】
上記の繰り返しにより、角度波長Ｐ…が整数倍の数になる。したがって、整数倍のトランスミッタ電極群４１０が、トランスミッタ電極構成４２０の円周の周りに配置される。トランスミッタ電極４２２Ｘ〜４２５Ｘのそれぞれは、測定軸線／方向８０’に沿って同一の角度寸法を持っており、また、好都合にも、同一のＹ’半径方向寸法を持つこともある。トランスミッタ電極４２２Ｘ〜４２５Ｘのそれぞれは、トランスミッタ電極構成２２０に関してほぼ先に述べた通りに、「Ａ」電極を相互接続し、「Ｂ」電極を相互接続し、「Ｃ」電極を相互接続し、さらに、「Ｄ」電極を相互接続した状態で、プリント基板上に形成することができる。
【００９７】
図９は、回転軸線８１の方向に眺めたときに、トランスミッタ電極構成４２０に対して、シールド電極構成４４０の構成および動作時の整合状態を示している。
【００９８】
シールド電極構成４４０が本発明の原理により平衡信号を持つためには、各々のトランスミッタ電極がオーバーラップする電極面積は同一でなければならないものと理解すべきである。直線のトランスジューサ構成とは違って、電極境界４４３、電極境界４５３、電極境界４５５のそれぞれが、純粋に正弦波関数であるとすれば、トランスミッタ電極が半径方向に次第に細くなっているために、様々なトランスミッタ電極が重なる電極面積を変えることになる。したがって、様々なシールド電極境界を、これらの目標となる半径方向位置に基づいて調整することが必要である。
【００９９】
これらの所要の電極境界を生成する一方法は、以下で述べる。「境界生成（boundary generator）」の中央線（mid-line）４４５を規定すると都合がよい。シールド電極構成４４０の円周の周りに、Ｎ個の角度波長Ｐ…がある模範的な一実施形態では、測定軸線／方向８０’に沿って、角度α（ラジアンで表わす）の関数として、生成される中央線４４５の半径方向座標は、次式で規定することができる。
【０１００】
【数１】
2007510905.tif 000003
【０１０１】
ここで、Ｍnomは、生成される中央線４４５の目標となる半径方向「基準」位置である。
【０１０２】
一般に、測定軸線方向に沿った重なり面積ｄＡの増分量は、ほぼ次式で規定することができる。
【０１０３】
【数２】
2007510905.tif 000004
【０１０４】
ここで、ｒは、面積増分の目標となる半径方向位置であり、ｓｐａｎrは、半径方向に面積増分の長さであり、また、ｒ＊ｄαは、目標となる半径方向位置にて、測定軸線方向に増分面積の目標となる寸法である。
【０１０５】
したがって、各々のトランスミッタ電極が重なる電極面積が、基準半径４９１（ｒ1）と基準半径４９４（ｒ4）との間で同一であるためには、各々の角度座標αでのシールド電極の半径方向スパンを調整して、基準半径４９１（ｒ1）と基準半径４９４（ｒ4）との間で、このスパンの目標となる半径方向位置に合わせなければならない。すなわち、ｄＡ＝αの定数、それゆえ、次式で規定することができる。
【０１０６】
【数３】
2007510905.tif 000005
【０１０７】
この半径方向の座標方向に、シールド電極境界を生成するこの方法により、Ｓｐａｎr（α）は、位置Ｍ（α）を中心としている。このスパンの両端は、所要の電極境界を定める。「式３」の関係は、図９において、相対的に長い目標となる半径方向座標での相対的に短い半径方向スパン４４７と、相対的に短い目標となる半径方向座標での相対的に長い半径方向スパン４４７’により例示される。
【０１０８】
式１〜式３を使用すれば、本発明により円形測定軸線に沿って、信号平衡シールド電極構成を実現する多種多様の準正弦波境界を生成することができる。定数Ｋは、一般に、外側電極境界と内側電極境界との間の半径方向の間隔を決定する。様々な模範的な実施形態では、定数Ｋは、次の形式の式により規定できる。
【０１０９】
【数４】
2007510905.tif 000006
【０１１０】
ここで、Ｃ１とＣ２は、このシールド電極構成の全体サイズにより増減する定数Ｋを与える定数である。例えば、ほぼ本明細書に示す通りのシールド電極構成では、Ｃ１≒２であり、また、Ｃ２は、一般にゼロよりも大きく、例えばほぼ１である。しかしながら、この式と、これらの値は、例示しただけであって、限定的なものではない。与えられたどんな実施形態でも、所望の半径方向間隔を与えるために、解析または試行錯誤による方法により、定数Ｋを決定することもある。
【０１１１】
図９に示すように、シールド電極の第１の円形トラック４４２Ａのパターンは、基準線４９４に対応する最大半径方向寸法ｒ4と、基準線４９３に対応する最小半径方向寸法ｒ3との間を、測定軸線／方向８０’に沿って、角度波長Ｐ…を持つほぼ準正弦波関数で、周期的に蛇行する第１のシールド電極境界線４４３を持っている。
【０１１２】
シールド電極の第２の円形トラック４４２Ｂのパターンは、第１の円形トラック４４２Ａに対する機械的支持を、個々の開口と開口間の材料とにより実現するように、連続する境界線でなくて、個々の開口４５１を持つようにしている。この開口窓の形状は、破線で輪郭が描かれ、かつ参照番号４５２を付した開口窓の実際部分と、破線で輪郭が描かれ、かつ参照番号４５２’を付した仮想開口窓の仮想部分とが、よく似ているほぼ対称的な形状を持っていることを考慮に入れて理解することができる。
【０１１３】
実際の開口部分４５２ではなくて、仮想開口部分４５２’が、これらの開口に含まれるとすると、これらの開口は全体として、「式１」〜「式３」に関連して上述したように、角度波長Ｐ…を持つ角度αの準正弦波関数をたどる境界線を持つことになると了解されよう。しかしながら、このような境界線は、基準半径４９１において、シールド電極部材を完全に切り離すことになろう。したがって、実際の開口部分４５２Ａは、準正弦波の仮想開口部分４５２’と機能的に等価なものとして形成されていると理解すべきである。
【０１１４】
これは、以下の通りに達成される。各々の開口４５１は、４つの線で境界がつけられる。すなわち、４つの線とは、基準線４９４に対応する最大半径方向寸法ｒ2、基準線４９１に対応する最小半径方向寸法ｒ1、「式１」〜「式３」により生成された境界線４５３、および、境界線４５３と同一寸法であるが、測定軸線／方向８０’に沿って角度波長のＰ…の２分の１だけ、ずれる境界線４５５である。
【０１１５】
シールド電極を生成する前述の方法は、準正弦波的な容量結合変化を提供する。すなわち、上記方法は、回転位置の関数として、種々のトランスミッタ電極とレシーバ電極との間でのシールド・エリアの変化を提供する。さらに理想的な正弦波的な容量結合変化、すなわち、回転変位の関数として、種々のトランスミッタ電極とレシーバ電極との間でのシールド・エリアの変化は、以下の通りに決定するシールド電極境界で実現することができる。先に述べた半径方向寸法ｒ1〜半径方向寸法ｒ4を参照して、第１のシールド電極境界線４４３の半径方向座標は、次式により規定することができる。
【０１１６】
【数５】
2007510905.tif 000007
【０１１７】
同様に、境界線４５３の半径方向座標は、次式により規定することができる。
【０１１８】
【数６】
2007510905.tif 000008
【０１１９】
上述の説明と同様に、開口４５１は、４つの線、すなわち、基準線４９４に対応する最大半径方向寸法ｒ2、基準線４９１に対応する最小半径方向寸法ｒ1、「式６」により生成された境界線４５３、および、境界線４５３と同一であるが、測定軸線／方向８０’に沿って角度波長Ｐ…の２分の１だけずれる境界線４５５で、境界がつけられる。レシーバ電極４６２とレシーバ電極４６３は、レシーバ電極４６２とレシーバ電極４６３が等しい面積を持つように半径方向寸法ｒ1〜半径方向寸法ｒ4を選択すると、ほぼ等しい振幅を持つ信号を提供することになる。
【０１２０】
上記に略述されたパターン形成法の結果として、本発明による信号平衡シールド電極構成４４０を実現するために、図８と図９に示すシールド電極構成４４０の模範的な実施形態は、どんな角度αでも、各々のトランスミッタ電極の円周の周りの各々の場所に、一定となる容量結合エリアを提供するものと理解すべきである。
【０１２１】
動作の際、トランスミッタ電極４２２Ｘ〜４２５Ｘに、信号平衡電極構成２００の対応する接続部２２２Ｋ〜２２５Ｋを介して入力される信号に関して先に述べたと同一の方法で、接続部４２２Ｋ〜４２５Ｋを介して、入力信号を印加することができる。したがって、先に述べた信号平衡電極構成２００と同様に、このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、信号平衡シールド電極構成４４０の動作シールド電極は、少なくともそのトランスジューサが変位測定信号を印加するたびに、これらのトランスミッタ信号で決定されるＤＣ電圧に維持され、また、このシールド電極自体、レシーバ電極上に、電圧関連の誤った信号変化をまったくもたらさないにすることができる。上記ＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトで実現可能である。よって、このシールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【０１２２】
こうして、図８と図９に示す信号平衡電極構成４００の模範的な実施形態は、本発明の原理により、確実に動作することができる。信号平衡電極構成４００は、要望があれば、電気的にフロートするシールド電極４４２を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることができる。図８と図９に示す上述の信号平衡電極構成４００の特定の実施形態は、シールド電極部材４５９を、測定軸線／方向８０’に沿ってトランスミッタ電極部材４３９およびレシーバ電極部材４７９に対して回転方向に変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ角度位置信号を提供する。しかしながら、非直線的な位置信号を提供する他の電極構成の変形例も、本発明による様々な実施形態において、動作可能であると理解すべきである。このような実施形態は、分解能や精度を下げるかもしれないが、これらの実施形態は、様々な特定の用途において、費用上の利点、あるいは他の恩恵を持つこともある。いずれにしても、このような構成で要求される相対的な変位値を決定するために、公知の様々な方法および回路のいずれかは、適切なトランスミッタ信号を印加し、かつ、結果として得られる出力信号を処理するのに使用することができる。
【０１２３】
上述の実施形態により、レシーバ電極接続部４６２Ｃとレシーバ電極接続部４６３Ｃとに出力される信号は、差分信号処理回路に入力されて、先に本明細書で述べたように位置測定値または変位測定値として処理できることを理解すべきである。上記に略述されたシールド電極境界決定法により、Ｓｐａｎr（α）は位置Ｍ（α）を中心としているので、これらのレシーバ電極境界半径を、各々のシールド電極境界の内側ピークと外側ピークとにほぼ一致するように選ぶと、レシーバ電極接続部４６２Ｃとレシーバ電極接続部４６３Ｃ上に出力される信号は、振幅が等しくて位相が逆のものとなる。これは、信号平衡電極構成２００のレシーバ電極接続部２６２Ｃとレシーバ電極接続部２６３Ｃとに出力される信号に関して先に述べたものと同一の方法で、信号処理を簡単にし、かつコモンモードの誤差を除去するのに有利であることがわかるであろう。
【０１２４】
図１０〜図１３は、本発明によるロータリ静電容量式エンコーダまたは角度静電容量式エンコーダ内で絶対角度位置測定を実現するのに使用できる本発明による信号平衡電極構成５００の第４の模範的な実施形態を示している。図１０は、レシーバ電極構成５６０の平面図であり、図１１は、トランスミッタ電極構成５２０の平面図であり、図１２は、シールド電極構成５４０の平面図であり、これらすべての図が、信号平衡電極構成５００において使用できる。図１３は、レシーバ電極構成５６０、シールド電極構成５４０、トランスミッタ電極構成５２０の中央電極の動作整合を示す平面図である。いくつかのトランスミッタ電極や接続部などは、信号平衡電極構成５００の動作面に関して非常にわかりやすくするために、視覚上の混乱を避けるように、図１３では省かれている。
【０１２５】
信号平衡電極構成５００は、先に述べた信号平衡電極構成４００のものと同様に、多くの要素および動作特性を持っている。一般に、対応する番号の要素は、同じように設計され、かつ同じように動作する。例えば、要素５６２は、先に述べた要素４６２などに対応する。このような類似性は、通常の当業者であれば了解されよう。したがって、著しく異なる要素および動作特性だけを、以下で詳しく説明する。
【０１２６】
図１０に示すように、図式的に示された第１のレシーバ電極接続部５６２Ｃを持つ円形の第１のレシーバ電極５６２と、図式的に示された第２のレシーバ電極接続部５６３Ｃを持つ円形の第２のレシーバ電極５６３とを搭載した円形レシーバ電極部材５７９を含み、これらのレシーバ電極をすべて、レシーバ電極構成５６０の対応する要素に関して先に述べたものと同一の方法で設計して、動作させることができる。例えば、模範的な一実施形態では、第１のレシーバ電極５６２と第２のレシーバ電極５６３の半径方向の寸法および位置は、レシーバ電極構成４６０に関して先に述べたものと同一にすることができる。
【０１２７】
さらに、レシーバ電極構成５６０は、内側境界線５６４’と外側境界線５６４”を持つ円形の第３のレシーバ電極５６４と、内側境界線５６５’と外側境界線５６５”を持つ円形の第４のレシーバ電極５６５とを含み、また、円形の第３のレシーバ電極５６４と円形の第４のレシーバ電極５６５は、それぞれ、図式的に示された第３のレシーバ電極接続部５６４Ｃと第４のレシーバ電極接続部５６５Ｃとを持っている。説明の便宜上、円形測定軸線／方向８０’に沿って延び、また、図１０に示す通り、レシーバ電極５６４と５６５でのスパンとそれぞれ一致するようにＹ’半径方向に位置づけられる容量結合トラック５７５’と５７５”とを規定することは有益である。ｒ6として寸法線５８２により示す容量結合トラック５７５’の外側半径と、ｒ5として寸法線５８１により示す容量結合トラック５７５”の内側半径を規定すると都合がよい。第３のレシーバ電極５６４と第４のレシーバ電極５６５は、Ｙ’半径方向に、円形ギャップ５６９だけ隔てられ、しかも、Ｙ’半径方向に、各々のスパン幅を持っているので、以下でさらに詳しく説明されるように、容量結合トラック５７５’、５７５”に沿って、目標上等しい容量結合エリアを提供することができる。
【０１２８】
図１１に示すように、模範的なトランスミッタ電極構成５２０は、例えば、総称的な番号が付けられた模範的なトランスミッタ電極群５１０Ｘで表わされる複数のトランスミッタ電極群５１０を搭載するトランスミッタ電極部材５３９に、搭載される。トランスミッタ電極部材は、例えばプリント基板で実現することが可能である。トランスミッタ電極群のそれぞれは、同じ全体寸法を持ち、また、角度波長Ｐ""に等しいトランスミッタ電極群の角度ピッチ５１６により、測定軸線／方向８０’に沿って周期的に繰り返される。各々のトランスミッタ電極群５１０Ｘは、第１のトランスミッタ電極５２２Ｘ、第２のトランスミッタ電極５２３Ｘ、第３のトランスミッタ電極５２４Ｘおよび第４のトランスミッタ電極５２５Ｘを持っている。角度波長Ｐ""を、目標として整数倍化する。したがって、整数倍のトランスミッタ電極群５１０が、トランスミッタ電極構成５２０の円周の周りに配置される。しかしながら、図１１に示す模範的な実施形態では、上記トランスミッタ電極群５１０は、以下でさらに詳しく説明する中央トランスミッタ電極５２６〜５２９への各々の接続部５２６Ｋ〜５２９Ｋの通り道をあけるために省かれている。
【０１２９】
複数のトランスミッタ電極群５１０は、トランスミッタ電極構成４２０のトランスミッタ電極群４１０に関して先に述べたものと同一の方法で、設計し、かつ動作させることができる。例えば、模範的な一実施形態では、トランスミッタ電極群５１０のトランスミッタ電極の半径方向の寸法および位置は、トランスミッタ電極構成４２０に関して先に述べたものと同一にすることができる。トランスミッタ電極群５１０の様々な電極と、これらの電極の入力信号接続部５２２Ｋ〜５２５Ｋとの間の相互接続は、図１１に図式的に示される。
【０１３０】
中央トランスミッタ電極５２６〜５２９に関して、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９は、好都合にも、円形容量結合トラックの四分円と合致するものとして説明できる。この円形容量結合トラックは、様々な模範的な実施形態において、レシーバ電極の内側半径ｒ5に等しくできる寸法線５８１’により示される内側半径を持ち、また、様々な模範的な実施形態において、レシーバ電極の外側半径ｒ6に等しくできる寸法線５８２’により示される外側半径を持っている。動作の際は、０度の時間的位相シフト、９０度の時間的位相シフト、１８０度の時間的位相シフト、２７０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号を、それぞれ図式的に示す接続部５２６Ｋ〜５２９Ｋを介して、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９の各々に印加する。よって、このような信号を中央トランスミッタ電極５２６〜５２９に印加した状態において、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９は、トランスミッタ電極構成５２０の周りの一回転に相当する第２の角度波長Ｑ、すなわちＱ＝２πラジアンを規定していると理解すべきである。
【０１３１】
図１２に示すように、シールド電極構成５４０は、シールド電極部材５５９に搭載されており、円形の測定軸線／方向８０’に沿って周期的に蛇行する第１のシールド電極境界線５４２と、ほぼ円形であるが偏心的に位置づけられた第２のシールド電極すなわち中央シールド電極５４４とを含む。シールド電極部材５５９は、様々な模範的な実施形態において、非導電性のプリント基板である。第１のシールド電極５４２は、第１の円形トラック５４２Ａを形成している第１の部分と、第２の円形トラック５４２Ｂを形成している第２の部分とを持ち、これらの円形トラックは、それぞれ第１のレシーバ電極５６２と第２のレシーバ電極５６３とにほぼ一致し、かつ容量結合する。第１の円形トラック５４２Ａと第２の円形トラック５４２Ｂのそれぞれは、測定軸線／方向８０’に沿って延びている周期パターンを含み、また、その周期パターンは、それぞれ、第１のレシーバ電極５６２と第２のレシーバ電極５６３に、ほぼ正弦波形の容量結合をもたらす。各々の周期パターンは、角度波長またはピッチＰ""を持っている。ピッチＰ""は、図１２と図１３中の寸法５４６にも示す。シールド電極の第１の円形トラック５４２Ａのパターンは、角度波長Ｐ""を持つ準正弦波関数により、測定軸線／方向８０’に沿って周期的に蛇行する第１のシールド電極境界線５４３を持っている。模範的な一実施形態では、第１のシールド電極境界線５４３の半径方向位置と準正弦波経路は、シールド電極構成４４０に関して先に述べたシールド電極境界線４４３のものと同一であって、例えば、「式５」により決定することができる。シールド電極の第２の円形トラック５４２Ｂのパターンは、すべてのシールド電極トラックに対してシールド電極部材５５９の非導電性基板がもたらす機械的支持のために、シールド電極構成４４０が有していた開口のような個別の開口を持つ必要はない。もっと適切に言えば、第２のシールド電極境界線５４３’も、第１のシールド電極境界線５４３と同様に、角度波長Ｐ""を持つ準正弦波関数により、測定軸線／方向８０’に沿って周期的に蛇行する。また、第１のシールド電極境界線５４３が、上述の通り「式５」により決定される実施形態では、第２のシールド電極境界線５４３’は、「式６」により決定される。他の様々な模範的な実施形態では、第１のシールド電極境界線５４３と第２のシールド電極境界線５４３’はそれぞれ、「式１」〜「式３」を参照して、上述の開示内容により生成される。
【０１３２】
シールド電極構成４４０と同様に、上述のパターン形成の結果として、本発明による信号平衡の第１のシールド電極５４２を実現するために、どんな角度αでも、図１２に示すシールド電極構成５４０の第１のシールド電極５４２の模範的な実施形態は、一定の容量結合エリアを、各々のトランスミッタ電極の円周の周りの各々の場所に提供する。
【０１３３】
動作の際、信号平衡電極構成４００の対応する接続部４２２Ｋ〜４２５Ｋを介して入力する信号に関して先に述べたものと同一の方法で、接続部５２２Ｋ〜５２５Ｋを介して、入力信号をトランスミッタ電極５２２Ｘ〜５２５Ｘに印加することができる。したがって、先に述べた信号平衡電極構成４００と同様に、このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、信号平衡の第１のシールド電極５４２の動作シールド電極は、少なくともそのトランスジューサが変位測定信号を印加するたびに、これらのトランスミッタ信号で決定されるＤＣ電圧に維持され、また、このシールド電極自体、レシーバ電極上に、電圧関連の誤った信号変化をもたらさすことはない。上記ＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトになる可能性がある。よって、このシールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【０１３４】
こうして、図１２と図１３に示す信号平衡の第１のシールド電極５４２の模範的な実施形態は、本発明の原理により、確実に動作することができる。信号平衡電極構成５００は、要望があれば、電気的にフロートする第１のシールド電極５４２を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることができる。図１０〜図１３に示す上述の信号平衡電極構成５００の特定の実施形態は、シールド電極部材５５９を、測定軸線／方向８０’に沿ってトランスミッタ電極部材５３９およびレシーバ電極部材５７９に対して回転方向に変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ角度位置信号を提供する。しかしながら、非直線的な位置信号を提供する他の電極構成の変形例も、本発明による様々な実施形態において、動作可能であると理解すべきである。このような実施形態は、分解能や精度を下げるかもしれないが、これらの実施形態は、様々な特定の用途において、費用上の利点、あるいは他の恩恵を有することもある。いずれにしても、このような構成において要求される相対的な変位値を決定するために、公知の様々な方法および回路のいずれかは、適切なトランスミッタ信号を印加し、かつ、結果として得られる出力信号を処理するのに使用することができる。
【０１３５】
上述の実施形態により、レシーバ電極接続部５６２Ｃとレシーバ電極接続部５６３Ｃ上に出力される信号は、差分信号処理回路に入力されて、先に本明細書に述べたように位置測定または変位測定を実現することが可能であると理解すべきである。上述の実施形態により、レシーバ電極５６２とレシーバ電極５６３が等しい面積を持つように、これらのレシーバ電極境界半径が選ばれると、レシーバ電極接続部５６２Ｃとレシーバ電極接続部５６３Ｃ上に出力される信号は、振幅が等しくて、位相が逆のものとなる。これは、信号平衡電極構成２００のレシーバ電極接続部２６２Ｃとレシーバ電極接続部２６３Ｃ上に出力される信号に関して先に述べたものと同一の方法で、信号処理を簡単にし、かついくつかのコモンモード誤差を除去するのに有利である。
【０１３６】
中央シールド電極５４４に関しては、図１０に関連して描かれている通り、寸法線５８１で示す内側半径を持ち、また寸法線５８２で示す外側半径を持つような先に述べた円形容量結合トラック内で偏心的に位置づけられた円形に近似する電極のような外観を呈している。様々な模範的な実施形態では、円形に近似する中央シールド電極５４４は、内側境界５４５’と外側境界５４５を持っており、それらの境界は、それぞれ、「式１」〜「式３」を参照して、あるいは、「式５」と「式６」を参照して先に述べた開示内容により決定される。さらに以下で述べるように、中央シールド電極５４４のただ１つの周期「Ｑ」が約２πラジアン（Ｎ＝１）であるために、この結果得られる準正弦波境界５４５と準正弦波境界５４５’は、中心の位置がそれぞれ異なるほぼ偏心円のような外観を呈している。
【０１３７】
様々な模範的な実施形態では、寸法線５８２”で示す中央シールド電極５４４の半径方向の最大範囲が、図１１と図１０のそれぞれに示す半径方向寸法５８２’と半径方向寸法５８２よりもわずかに短い場合には、様々な不整合に対して、よりよい許容差が与えられる。同様に、寸法線５８１”で示す中央シールド電極５４４の半径方向の最小範囲が、図１１と図１０のそれぞれに示す半径方向寸法５８１’と半径方向寸法５８１よりもわずかに長い場合は、有利である。
【０１３８】
動作の際、０度の時間的位相シフト、９０度の時間的位相シフト、１８０度の時間的位相シフト、２７０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号が、図１１にもっともよく示すように、それぞれ図式的に示す接続部５２６Ｋ〜５２９Ｋを介して、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９のそれぞれに印加される。よって、上記のような信号を中央トランスミッタ電極５２６〜５２９に印加した状態で、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９は、トランスミッタ電極構成５２０の周りの一回転に相当する第２の角度波長Ｑ、すなわちＱ＝２πラジアンを規定すると理解すべきである。
【０１３９】
図１３が最もよく示すように、中央シールド電極５４４は、つねに、中央トランスミッタ電極５２６〜５２９のそれぞれと完全にオーバーラップする。したがって、このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、境界が先に略述された通りに決定された中央シールド電極５４４の動作シールド電極は、少なくともそのトランスジューサに変位測定信号が印加されるたびに、これらのトランスミッタ信号で決定されるＤＣ電圧に維持され、また、この中央シールド電極５４４は、レシーバ電極上に、電圧関連の誤った信号変化をまったくもたらさないであろう。上記ＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトになる可能性がある。よって、この中央シールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【０１４０】
さらに、先に述べた多周期の第１のシールド電極５４２と同様に、単一周期の中央シールド電極５４４は、シールド電極部材５５９を、測定軸線／方向８０’に沿ってトランスミッタ電極部材５３９およびレシーバ電極部材５７９に対して回転方向に変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ角度位置信号を提供する。例えば、それは、図１３に示す高密度のハッチングで表わされている。図１３に示す相対的位置では、中央シールド電極５４４は、レシーバ電極５６４とトランスミッタ電極５２６と５２９との間の付近を強力にシールドしている。それゆえ、トランスミッタ電極５２７とトランスミッタ電極５２８からの信号は、レシーバ電極５６４上で優位を占めて、レシーバ電極５６４上に、約１３５度の相対的な位相シフトを持つ信号を生じることになる。類似する方法で、トランスミッタ電極５２６とトランスミッタ電極５２９用の信号は、レシーバ電極５６５上で優位を占めて、レシーバ電極５６５上に、約３１５度の相対的な位相シフトを持つ信号を生じることになる。
【０１４１】
上述の実施形態により、レシーバ電極接続部５６２Ｃとレシーバ電極接続部５６３Ｃに出力される信号は、差分信号処理回路に入力されて、先に本明細書に述べたように、位置測定または変位測定を実現することができると理解すべきである。さらに、中央シールド電極５４２の境界が、先に述べた通りに決定され、また、レシーバ電極５６４とレシーバ電極５６５とが等しい面積を持つように、これらのレシーバ電極境界半径が選ばれるようにする。このとき、レシーバ電極接続部５６２Ｃとレシーバ電極接続部５６３Ｃに出力される信号は、振幅が等しくて、位相が逆のものとなるので、信号平衡電極構成４００のレシーバ電極接続部４６２Ｃとレシーバ電極接続部４６３Ｃに出力される信号に関して、先に述べたものと同一の方法で、信号処理を簡単にし、かついくつかのコモンモード誤差を除去するのに有利となる。
【０１４２】
レシーバ電極４６１とレシーバ電極４６３に対応する容量結合トラックの動作から得られる角度位置信号は、トランスミッタ電極部材５３９とレシーバ電極部材５７９に対して、シールド電極部材５５９の全周を巡る一回転の各々の角度位置で、唯一となる信号値を与えるものと理解すべきである。この至るところで唯一となる値すなわち「絶対」の粗い位置信号は、第一のシールド電極５４２、およびレシーバ電極５６２と５６３とも対応させながら、容量結合トラック５４２Ａおよびトラック５４２Ｂに対応する更に細かい分解能の周期の特定の値に対応する「絶対」角度を特定することで、分析あるいは「補間」することができる。次に、信号平衡電極構成５００が提供する絶対角度測定を精緻化するために、容量結合トラック５４２Ａと容量結合トラック５４２Ｂの動作から得られるほぼ直線性の角度位置信号を、分析または「補間」することができる。こうして、信号平衡電極構成５００は、本発明のトランスジューサによる全周一回転を巡る高分解能の絶対角度測定能力を実現する。
【０１４３】
図１４〜図１８は、２πラジアンの全周一回転にわたって、本発明によるロータリ静電容量式エンコーダまたは角度静電容量式エンコーダ内で絶対角度位置測定を実現するのに使用できる本発明による信号平衡電極構成６００の第６の模範的な実施形態を示している。図１４は、信号平衡電極構成６００の第６の模範的な実施形態の組立分解等角図である。図１５は、図１４のレシーバ電極構成６６０を示す平面図であり、図１６は、図１４のシールド電極構成６４０と、シールド電極構成６４０の、図１５のレシーバ電極トラックとの整合を示す平面図であり、図１７は、図１４のトランスミッタ電極構成６２０を示す平面図であり、さらに、図１８は、信号平衡電極構成６００の第６の模範的な実施形態に関して、トランスミッタ電極構成６２０とシールド電極構成６４０との整合と、レシーバ電極構成６６０にトランスミッタ電極構成６２０が容量結合されるエリアを示す平面図である。
【０１４４】
信号平衡電極構成６００は、先に述べた信号平衡電極構成５００の中央に位置づけられた単一周期部分のものと同様ないくつかの要素および動作特性を持っている。一般に、対応する番号の要素は、同じように設計され、かつ同じように動作する。このような類似性は、通常の当業者であれば了解されよう。したがって、著しく異なる要素および動作特性だけを、以下で詳しく説明する。
【０１４５】
図１４に示すように、レシーバ電極構成６６０は、円形レシーバ電極部材６７９（斜視図で示す）を含む。円形レシーバ電極部材６７９は、中央穴６７８を持ち、また、図式的に示された第１のレシーバ電極接続部６６４Ｃと第２のレシーバ電極接続部６６５Ｃとを、それぞれが持つ円形の第１のレシーバ電極６６４と円形の第２のレシーバ電極６６５とを塔載している。第１のレシーバ電極６６４と第２のレシーバ電極６６５は、円形ギャップ６６９だけ隔てられている。これらのレシーバ電極は、レシーバ電極構成５６０の対応する要素５６４と要素５６５に関して先に述べた通りに、ほぼ設計されかつ動作させることができる。図１５でもっともよくわかるように、それぞれ、第１のレシーバ電極６６４は、内側境界線６６４’と外側境界線６６４”とを持ち、第２のレシーバ電極６６５は、内側境界線６６５’と外側境界線６６５”とを持っている。第１のレシーバ電極６６４と第２のレシーバ電極６６５とが等しい容量結合エリアを持つように、第１のレシーバ電極６６４と第２のレシーバ電極６６５との半径方向の寸法を決め、また、トランスミッタ電極とシールド電極が以下に述べる通りに設計すると、第１のレシーバ電極６６４と第２のレシーバ電極６６５により提供される信号は、ほぼ等しい振幅を持つことになる。
【０１４６】
図１４に示すように、模範的なトランスミッタ電極構成６２０は、中央穴６３８を持つトランスミッタ電極部材６３９に搭載される。トランスミッタ電極部材は、例えば、プリント基板で実現可能である。トランスミッタ電極部材６３９は、様々な模範的な実施形態において、様々なトランスミッタ電極接続部を駆動して、レシーバ電極接続部６６４Ｃとレシーバ電極接続部６６５Ｃから信号を受信するための回路を搭載するエリア６３７を含むことができる。トランスミッタ電極構成６２０は、以下でさらに詳しく述べる。模範的なシールド電極構成６４０は、シールド電極部材６５９と取付けハブ６５８とを含む。取付けハブ６５８は、信号平衡電極構成６００を動作可能に整合させて組み立てるときに、間隙を残して、中央穴６７８と中央穴６３８とを貫通させる。貫通穴６５７は、動作の間、レシーバ電極部材６７９とトランスミッタ電極部材６３９に関係するシールド電極部材６５９を、支持しかつ回転させるための外部軸を受け入れる。
【０１４７】
図１６は、シールド電極構成６４０と、破線で示すレシーバ電極６６４とレシーバ電極６６５の位置に対するシールド電極構成６４０の動作時の整合状態を示している。様々な模範的な実施形態では、シールド電極構成６４０は、導電性のシールド電極部材６５９と一体化して設けられる。様々な模範的な実施形態では、シールド電極部材６５９にパンチングまたはエッチングを行って、所望の電極形状を与えることができる。シールド電極構成６４０は、レシーバ電極６６４と重なる外側電極部分６４２と、レシーバ電極６６５と重なる内側電極部分６４４とを含む。模範的な一実施形態では、外側電極部分６４２の境界６４３は、「式５」を参照して先に述べた開示内容により決定される。「式５」において、ｒ3は、レシーバ電極６６４の内側境界線６６４’の半径方向の寸法にほぼ一致し、また、ｒ4は、外側境界線６６４”の半径方向の寸法にほぼ一致する。シールド電極境界６４３のただ１つの周期が約２πラジアン（Ｎ＝１）であるために、この結果得られる準正弦波境界６４３は、ほぼ偏心円のような外観を呈している。様々な模範的な実施形態では、境界線６４３の半径方向の最大範囲が、外側境界線６６４”の半径方向寸法よりもわずかに短い場合には、様々な不整合に対して、よりよい許容差が与えられる。
【０１４８】
内側電極部分６４４は、図１６に示すように、回転中心の周りに円形であって、目標上、レシーバ電極６４４と一致する。内側電極部分６４４は、開放窓エリア６４４Ａと開放窓エリア６４４Ｂを含む。これらの開放窓エリアは、同様に、目標上レシーバ電極６４４と一致するが、ただし、半径方向のわずかな不整合による信号変化を最小限に抑えるように、半径方向に、わずかに広い（あるいは、狭い）こともある。
【０１４９】
図１７は、トランスミッタ電極構成６２０をさらに詳しく示している。トランスミッタ電極構成６２０は、トランスミッタ電極６２６〜６２９を含む。各々のトランスミッタ電極６２６〜６２９は、好都合にも、レシーバ電極６６４に対応する円形容量結合トラックの四分円と一致するものとして表わされている外側部分６２６’〜６２９’を含む。さらに、各々のトランスミッタ電極６２６〜６２９は、外側部分６２６’〜６２９’と同一の総面積を持つ内側部分６２６”〜６２９”を含み、また、内側部分６２６”〜６２９”は、ほぼ図１７に示す通りに交錯し、レシーバ電極６６５の半径方向境界よりもわずかに狭く、かつ目標上、その半径方向境界内に中心が置かれている共用円形容量結合トラックの中にある。内側部分６２６”〜６２９”は、図１７に示す電極境界線の所で、小さい絶縁ギャップだけ互いに隔てられている。様々な模範的な実施形態では、各々の内側部分６２６”〜６２９”の各々の境界は、解析または試行錯誤の設計により適正に決定されて、内側部分に沿った角度の関数としての増分面積ｄＡ’が、ほぼ図１７に示す通りに、回転中心の周りの１８０度の範囲にわたって正弦波関数であるようにしている。こうして、各々の内側部分６２６”〜６２９”は、各々の内側部分ごとに、対応する電気的に接続された外側部分の角度中点に対応する角度座標にて、ｄＡ’の最大値が見出されるようにしていること以外は、同一である。
【０１５０】
前述の説明により、内側部分６２６”〜６２９”に揃えられている開放窓エリア６４４Ａまたは開放窓エリア６４４Ｂの一方が測定軸線／方向８０’の方向に回転すると、内側部分６２６”〜６２９”の各々のうち、開放窓エリア６４４Ａまたは６４４Ｂと重なる面積は、測定軸線／方向８０’の方向に、開放窓エリア６４４Ａまたは６４４Ｂの角度位置の関数として、ほぼ正弦波状に変化することになる。さらに、外側電極部分６４２のうち、トランスミッタ電極の外側部分６２６’〜６２９’に揃えられている外側境界６４３が測定軸線／方向８０’の方向に回転すると、外側部分６２６’〜６２９’の各々のうち、シールド電極部分６４２と重なる面積は、シールド電極部材６５９の一回転に対する一周期性を持つ外側境界６４３の「偏心」経路により、ほぼ正弦波状に変化することになる。
【０１５１】
動作の際、０度の時間的位相シフト、９０度の時間的位相シフト、１８０度の時間的位相シフト、２７０度の時間的位相シフトを持つ正弦波のＡＣ電圧信号が、それぞれ図式的に示す接続部６２６Ｃ〜６２９Ｃを介して、トランスミッタ電極６２６〜６２９にそれぞれ印加される。従って、このような信号をトランスミッタ電極６２６〜６２９に印加した状態で、トランスミッタ電極６２６〜６２９は、トランスミッタ電極構成６２０の周りの一回転に相当する角度波長Ｑ、すなわちＱ＝２πラジアンを規定していると理解すべきである。
【０１５２】
図１８は、トランスミッタ電極構成６２０とシールド電極構成６４０との整合状態、および、シールド電極構成６４０により、トランスミッタ電極構成６２０のシールドされるエリアとシールドされないエリアとを示している。先に述べた信号平衡電極構成５００の単一周期の中央部分と同様に、信号平衡電極構成６００は、シールド電極部材６５９を、測定軸線／方向８０’に沿ってトランスミッタ電極部材６３９およびレシーバ電極部材６７９に対して回転方向に変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ角度位置信号を提供する。図１８に示される模範的な相対的位置で図示する通り、外側電極部分６２６’が、シールド電極により、本質的にシールドされない（図１８中の黒く塗りつぶしたエリア）とき、外側電極部分６２７’と外側電極部分６２９’は、ほぼ２分の１がシールドされ（図１８中のハッチングを施したエリア）、また、外側電極部分６２８’は、本質的に、完全にシールドされる。それゆえ、トランスミッタ電極の外側部分６２７’と外側部分６２９’からの逆相信号は、ほぼバランスがとられ、また、このシールドされないトランスミッタ電極の外側部分６２６’からの信号は、レシーバ電極６６４で優位を占めるので、レシーバ電極６６４に、約０度の相対的な位相シフトを持つ信号を生じることになる。
【０１５３】
類似した方法で、内側電極部分６２６”は、本質的に、シールド電極により完全にシールドされ、また、内側電極部分６２７”と内側電極部分６２９”は、ほぼ２分の１がシールドされ（図１８中のハッチングを施したエリア）、さらに、内側電極部分６２８”は、完全にシールドされていない（図１８中の水平方向にハッチングを施したエリア）。それゆえ、トランスミッタ電極の外側部分６２７”と外側部分６２９”からの逆相信号は、ほぼバランスがとられ、また、このシールドされないトランスミッタ電極の内側部分６２８”からの信号は、レシーバ電極６６５で優位を占めるので、レシーバ電極６６５に、約１８０度の相対的な位相シフトを持つ信号を生じることになる。
【０１５４】
上述の実施形態により、レシーバ電極接続部６６２Ｃとレシーバ電極接続部６６３Ｃに出力される信号は、差分信号処理回路に入力されて、先に本明細書に述べたように、位置測定または変位測定を実現することができると理解すべきである。さらに、レシーバ電極接続部６６２Ｃとレシーバ電極接続部６６３Ｃに出力される信号は、振幅が等しくて、位相が逆の信号となり、これは、信号平衡電極構成４００のレシーバ電極接続部４６２Ｃとレシーバ電極接続部４６３Ｃとに出力される信号に関して先に述べたものと同一の方法で、信号処理を簡単にし、かつ、いくつかのコモンモード誤差を除去するのに有利である。
【０１５５】
さらに、前述の説明により、シールド電極構成６４０が、その相対的な回転位置に関係なく、等しくトランスミッタ電極６２６〜６２９のそれぞれに容量結合して、本発明による信号平衡シールド電極構成６４０を実現するものと理解すべきである。したがって、このようなトランスミッタ電極と信号の構成では、信号平衡シールド電極構成６４０のシールド電極は、少なくともそのトランスジューサが変位測定信号を印加するたびに、これらのトランスミッタ信号で決定されるＤＣ電圧に維持され、また、このシールド電極自体、レシーバ電極上に、電圧関連の誤った信号変化をまったくもたらさないであろう。上記ＤＣ電圧は、様々な模範的な実施形態において、ゼロ・ボルトになる可能性がある。よって、このシールド電極は、要望通りに働き、すなわち、トランスミッタ電極とレシーバ電極との間で、単に、変位を決めるスクリーニング要素またはブロッキング要素として働くであろう。
【０１５６】
こうして、図１４〜図１８に示す信号平衡電極構成６００の模範的な実施形態は、本発明の原理により、確実に動作することができる。信号平衡電極構成６００は、要望があれば、電気的にフロートするシールド電極を用いて、適宜に、かつ確実に動作させることできる。図１４〜図１８に示す上述の信号平衡電極構成６００の特定の実施形態は、シールド電極部材６５９を、測定軸線／方向８０’に沿ってトランスミッタ電極部材６３９およびレシーバ電極部材６７９に対して回転方向に変位させると、ほぼ直線的に変化する時間的位相シフトを持つ角度位置信号を提供する。しかしながら、非直線的な位置信号を提供する他の電極構成の変形例も、本発明による様々な実施形態において、動作可能であると理解すべきである。このような実施形態は、分解能や精度を下げるかもしれないが、これらの実施形態は、様々な特定の用途において、費用上の利点、あるいは他の恩恵を持つこともある。
【０１５７】
レシーバ電極６６４とレシーバ電極６６５に対応する容量結合トラックの動作から得られる角度位置信号は、トランスミッタ電極部材６３９とレシーバ電極部材６７９に対して、シールド電極部材６５９の全周一回転を巡る各々の角度位置に、唯一となる値の信号値を与えるものと理解すべきである。こうして、信号平衡電極構成６００は、このトランスジューサの全周一回転を巡る「絶対」角度測定能力を提供する。
【０１５８】
図１９は、本発明による信号平衡電極構成６００の第６の模範的な実施形態に関して、図１４〜図１８に示す要素を含め、本発明による模範的なロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリ７００を貫く側部断面図である。図１９に示すように、ロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリ７００は、上部７０８Ａと下部７０８Ｂとを含むハウジング７０８を具備する。トランスミッタ電極部材６３９は上部７０８Ａに取り付けられ、また、レシーバ電極部材６７９は下部７０８Ｂに取り付けられている。上部７０８Ａと下部７０８Ｂは、非導電性の取付けハブ６５８に対して、動作用すきまを提供するような貫通穴を設けるように構成する。図中、貫通穴は、貫通穴壁面７０２で示す。さらに、上部７０８Ａと下部７０８Ｂは、スペース７０１を設けるように構成する。
【０１５９】
外側部分６４２と内側部分６４４を含むシールド電極構成６４０が、スペース７０１内に設置されている。図１９に示す模範的な実施形態では、シールド電極構成６４０の導電性の電極部分は、非導電性の取付けハブ６５８の上部６５８Ａと下部６５８Ｂとの間に挟まれている。導電性の取付けハブに対して、非導電性の取付けハブ６５８は、スペース７０１内でシールド電極構成６４０を支持し、かつ回転させるために、取付けハブ６５８を貫通するように挿入されたモータ軸などに存在する可能性のある各種の雑音信号から、シールド電極構成６４０の導電性電極部分を隔離または除去しようとするものと理解すべきである。ハッチングを施した領域６５８Ｃは、普通ならシールド電極構成に結合する可能性がある雑音信号をさらに隔離または低減させるためのエアギャップを設けることができるもので、状況によっては、取付けハブ６５８から省くことのできる材料を示している。したがって、ロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリ７００内に示す電気的にフロートする信号平衡シールド電極構成６４０は、取付けハブ６５８を貫通するように挿入されるモータ軸などに存在する可能性のある各種の雑音信号から、先に略述した様々なトランスミッタ回路やレシーバ回路を隔離しようとするものである。
【０１６０】
図２０は、本発明による包括的な円筒形信号平衡電極構成の要素を含む本発明による模範的な１つの円筒形ロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリ８００の分解図である。この円筒形信号平衡電極構成に属する構成要素は、先に述べた直線の信号平衡電極構成のいずれの類似番号の構成要素と、実質上類似である。例えば、要素８２０、要素８４０、要素８６０に属する組は、要素１２０、要素１４０、要素１６０の組、または、要素２２０、要素２４０、要素２６０の組、あるいは、要素３２０、要素３４０、要素３６０の組などのどれも、曲線の形態とすることができる。一般に、この曲線シールド電極構成８４０は、円周の一部または全周にわたり、構成要素となるシールド電極８４２等の周期分の整数倍を具備することになる。これらの曲線形態は、所要の電極構成、接続部などをフレキシブル・プリント回路材料上に形成して、これらのフレキシブル・プリント回路を要望通りに彎曲させることで、実現することができる。
【０１６１】
図２０に示すように、円筒形ロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリ８００は、外壁部分８０８Ａと内壁部分８０８Ｂを含むハウジング８０８を具備している。トランスミッタ電極部材８３９は内壁部分８０８Ｂに取り付けられ、また、レシーバ電極部材８７９は外壁部分８０８Ａに取り付けられており、双方の電極部材は、これらの測定軸線方向を測定軸線／方向８０”に揃えた状態で、動作時の整合をなしている。様々なトランスミッタ電極やレシーバ電極への電気接続は、ハウジング８０８を通る多心の電線８６９により、実現される。外壁部分８０８Ａと内壁部分８０８Ｂは、円筒形のスペース８０１を設けるように設定される。内壁部分８０８Ｂは、非導電性の取付けハブ８５８の下側ハブ部分８５８Ｂに対して動作用すきまを備えた穴８０２を含む。下側ハブ部分８５８Ｂを受け入れて、かつ、取付けハブ８５８とシールド電極部材８５９を動作可能に揃えるために、穴８０２に沿って、１つまたは複数のころ軸受アセンブリ８０３が設けられている。シールド電極８４２などを搭載した円筒形シールド電極部材８５９は、円筒形のスペース８０１内で、トランスミッタ電極部材８３９とレシーバ電極部材８７９との間に、動作可能に揃えられる。
【０１６２】
図２０に示す模範的な実施形態では、円筒形シールド電極部材８５９は、取付けハブ８５８の段部８５８Ｃの周りにきちっと嵌まり、そして、段部８５８Ｃに確実に取り付けられる。導電性の取付けハブに対して、非導電性の取付けハブ８５８は、スペース８０１内でシールド電極構成８４０を回転させるために、取付けハブ８５８を貫通するように入れられるモータ軸などに存在する可能性のある各種の雑音信号から、トランスミッタ電極構成８２０やレシーバ電極構成８６０だけでなく、シールド電極構成８４０の導電性電極部分も隔離または除去しようとするものと理解すべきである。
【０１６３】
本発明の模範的な様々な実施形態が図示され、かつ説明されてきたが、上述の実施形態は、例示にすぎず、限定的なものではないと理解されよう。したがって、本発明の精神および範囲から逸脱しなければ、これらの実施形態に、様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明による静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第１の模範的な実施形態の組立分解等角図である。
【図２】本発明による信号平衡電極構成の第２の模範的な実施形態に使用できるレシーバ電極構成の平面図である。
【図３】本発明による信号平衡電極構成の第２の模範的な実施形態に使用できるシールド電極構成の平面図である。
【図４】本発明による信号平衡電極構成の第２の模範的な実施形態に使用できるトランスミッタ電極構成の平面図である。
【図５】本発明による信号平衡電極構成の第２の模範的な実施形態に関して、図２のレシーバ電極構成、図３のシールド電極構成、および図４のトランスミッタ電極構成の整合を示す平面図である。
【図６】本発明による静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第３の模範的な実施形態の分解図である。
【図７】本発明による信号平衡電極構成の第３の模範的な実施形態に関して、図６のレシーバ電極構成、シールド電極構成、トランスミッタ電極構成の整合状態を示す平面図である。
【図８】本発明によるロータリ静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第４の模範的な実施形態の組立分解等角図である。
【図９】本発明による信号平衡電極構成の第４の模範的な実施形態に関して、図８のシールド電極構成とトランスミッタ電極構成の整合状態を示す平面図である。
【図１０】本発明によるアブソリュート・ロータリ静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第４の模範的な実施形態に使えるレシーバ電極構成の平面図である。
【図１１】本発明による信号平衡電極構成の第５の模範的な実施形態に使用できるトランスミッタ電極構成の平面図である。
【図１２】本発明による信号平衡電極構成の第５の模範的な実施形態に使用できるシールド電極構成の平面図である。
【図１３】本発明によるアブソリュート・ロータリ静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第５の模範的な実施形態に関して、図１０のレシーバ電極構成、図１１のシールド電極構成、および図１２のトランスミッタ電極構成の中央電極の整合状態を示す平面図である。
【図１４】本発明によるロータリ静電容量式エンコーダ内で使用できる、本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態の組立分解等角図である。
【図１５】本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態に関して、図１４のレシーバ電極構成を示す平面図である。
【図１６】本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態に関して、図１４のシールド電極構成と、そのシールド電極構成の、図１５のレシーバ電極構成との整合状態を示す平面図である。
【図１７】本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態に関して、図１４のトランスミッタ電極構成を示す平面図である。
【図１８】本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態に関して、図１７のトランスミッタ電極構成、図１６のシールド電極構成、および、このトランスミッタ電極構成が図１５のレシーバ電極構成に容量結合されているエリアの整合状態を示す平面図である。
【図１９】本発明による信号平衡電極構成の第６の模範的な実施形態に関して、図１４〜図１８に示す要素を含め、本発明による模範的なロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリを貫く側部断面図である。
【図２０】本発明による模範的な１つの円筒形ロータリ静電容量式エンコーダ・アセンブリの分解図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
2007510905.tif 000029
2007510905.tif 000030