(57)【要約】【課題】  従来の非接触距離測定器は、高い分解能を有する静電容量式では、被測定物までの距離の絶対値測定ができなかった。これは、検出回路のドリフトの影響等があるからである。【解決手段】  本発明の非接触距離測定器は、正弦波信号を放出する電極を設けた基板と被測定物との間に遮蔽板を設けた。遮蔽板は、正弦波信号を通過又は遮蔽することができる。これにより、固定されている遮蔽板までの距離を測定し、被測定物までの相対距離を測定し、双方を演算することで、被測定物までの絶対距離を算出する。検出回路を構成する回路素子および回路部品、またこれらを保持する筐体等による出力信号のドリフトを抑えることができ、高精度な測定が可能である。【選択図】図４
2015175763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用の第１の電極から第１の正弦波信号を被検査領域に放射し、被測定物により前記被検査領域に形成される電界に応じた第２の正弦波信号を受信用の第２の電極で受信することで静電容量測定を行い、前記静電容量測定の結果から前記被測定物までの距離の測定を行う、静電容量式の非接触距離測定器において、
前記被検査領域に、前記被測定物への前記正弦波信号を通過状態又は遮蔽状態にできる遮蔽板を備える
ことを特徴とする非接触距離測定器。
【請求項２】
前記遮蔽状態で、前記第１の電極及び前記第２の電極から前記遮蔽板までの基準距離を測定し、前記通過状態で、前記第１の電極及び前記第２の電極から前記被測定物までの相対距離を測定し、
前記基準距離の測定結果と、前記相対距離の測定結果と、から前記被測定物までの絶対距離を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触距離測定器。
【請求項３】
前記遮蔽板は、電位供給用電極を有し、
前記電位供給用電極を電気的に浮動状態とすることで、前記第１の正弦波信号を前記通過状態とし、前記電位供給用電極に所定の電位を印加して電位固定状態とすることで、前記第１の正弦波信号を前記遮蔽状態にする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触距離測定器。
【請求項４】
前記第１の電極と前記第２の電極とは、同一の絶縁基板に配置し、
前記遮蔽板は、前記絶縁基板と前記被測定物との間に設ける
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の非接触距離測定器。
【請求項５】
前記絶縁基板を挟み、前記絶縁基板と前記被測定物とが対向する方向とは反対の方向に前記遮蔽板と同一機能を備えた別の遮蔽板をさらに設ける
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の非接触距離測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式の非接触距離測定器に関し、特にその基準距離を設定する非接触距離測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量を利用し、非接触で被測定物との距離を測定する距離測定器が提案されている。それらは多くの提案を見るものであるが、例えば、図８に示したような構成を有している。
【０００３】
図８に示した従来技術は、接近や離脱する被測定物を接地した導体の電極と見立て、装置側に配した他方の電極との間にコンデンサを形成する。装置と被測定物との相対距離の変化により電極間の容量が変化するから、この容量の変化を測定する方法である。
【０００４】
詳しくは、発振回路Ｂ１０１及びこの発振周波数を直流電圧に変換する回路Ｂ１００を備え、発振回路Ｂ１０１の周波数を規定するコンデンサの電極Ｂ３を露出し、これと対極をなす被測定物と見立てたＧＮＤ側電極Ｂ４との間で構成されるコンデンサの極板間距離を変化させて測定距離とし、距離変化による容量の変化を周波数の変化として変換回路Ｂ１００で電圧に変換し、出力端子Ｂ１１より電圧信号として取り出す仕組みである。
【０００５】
しかしながら、上述したような非接触で距離を測定する装置は、実際には距離を精密な数値として検出して使用することはなく、被測定物の有無を検出するといった使い方が大半である。つまり、予め設定した検出範囲に被測定物が到来したか否かを検知するか、被測定物との相対距離を測定することしかできなかった。
【０００６】
その理由は、被測定物との距離を数値として出力しても、その測定値に信頼性がないことがあげられる。
【０００７】
一方、少数だが数値出力を利用するものもある。しかし、これらは平面度測定や芯ブレ測定等の、被測定物の面や軸の相対的変位の測定だけを目的としたものであり、特定の装置に組み込まれての測定用途に限定されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５７−２１１５０３号公報（２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで最近では測定作業の効率向上を目指し、測定値の基準を別の方法で求めて測定器をキャリブレートする、所謂、基準距離出し作業を省略できる距離測定器がある。アブソリュート出力という名称の、測定距離の絶対値が保証できる距離測定器が求められている。このような距離測定器にあっては、接触方式や光方式が知られるところである。
【００１０】
接触方式の測定器の場合は、本体内にガラスなど物理的に安定した物質で製作したメジャーを格納して、これを基準とすることにより寸法の絶対値を数値出力可能である。
また、光方式の測定器の場合は、接触方式と同様に本体内にメジャーを格納してなる点は同じであるが、非接触であっても固定された光学部品の加工及び組み付けの機械的な精度と光の直進性により、ある程度測定の絶対値を保証することができる。
【００１１】
これらに対して、既に述べたように、静電容量方式を用いて絶対値としての数値出力のできる非接触の距離測定器を構成した例はない。
静電容量方式は、知られている通り、同じ非接触である光方式に比べて光源や光路などの光学系が不要であることから、コンパクトな測定器ができるメリットを有しているが、被測定物との距離を正確な絶対値として数値出力するものは提案されていないのである。
【００１２】
その理由は、静電容量方式では、正確な距離測定のためには微小な電気容量等を極めて再現性良く保持しなければならないが、温度変化時、電源の再投入時等に、回路内に分布した電気容量が変化することによる出力のドリフト等の発生を抑止することが難しいからである。
【００１３】
つまり、測定距離の基準値を、構成する回路素子および回路部品、またこれらを保持する筐体等の電気的性質に求めなければならず、これが静電容量方式を用いて非接触の距離測定を行う場合の、距離の絶対値を保証することの難しさになっている。
【００１４】
本発明は上記課題を解決し、出力信号のドリフトを抑え、距離の絶対値測定を可能とする静電容量方式の距離測定器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】
【００１５】
送信用の第１の電極から第１の正弦波信号を被検査領域に放射し、被測定物により被検査領域に形成される電界に応じた第２の正弦波信号を受信用の第２の電極で受信することで静電容量測定を行い、静電容量測定の結果から被測定物までの距離の測定を行う、静電容量式の非接触距離測定器において、被検査領域に、被測定物への正弦波信号を通過状態又は遮蔽状態にできる遮蔽板を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、遮蔽状態で、第１の電極及び第２の電極から遮蔽板までの基準距離を測定し、通過状態で、第１の電極及び第２の電極から被測定物までの相対距離を測定し、基準距離の測定結果と、相対距離の測定結果と、から被測定物までの絶対距離を測定するようにしてもよい。
【００１７】
また、遮蔽板は、電位供給用電極を有し、電位供給用電極を電気的に浮動状態とすることで、第１の正弦波信号を通過状態とし、電位供給用電極に所定の電位を印加して電位固定状態とすることで、第１の正弦波信号を遮蔽状態にするようにしてもよい。
【００１８】
また、第１の電極と第２の電極とは、同一の絶縁基板に配置し、遮蔽板は、絶縁基板と被測定物との間に設けるようにしてもよい。
【００１９】
また、絶縁基板を挟み、絶縁基板と被測定物とが対向する方向とは反対の方向に遮蔽板と同一構造の別の遮蔽板をさらに設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の静電容量式の非接触距離測定器では、電気的に静電容量の感受性を瞬時に制御できる遮蔽版（シールド）を導入することにより、距離測定器の周囲の状態にかかわらず、予め用意した基準距離を随時測定することを可能にし、また該制御により被測定物の距離測定を行い、これらを比較することで、即ち被測定物の測定値は常に基準距離の測定値を基準とすることで、非接触距離測定器の内部で発生するドリフトに関わりなく正確な測定値を出力できるようになる。
【００２１】
基準距離の測定は、静電容量式の非接触距離測定器では不可能と考えられてきた被測定
物までの距離の絶対値計測を可能にし、非接触距離測定器による精密な距離の絶対値測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の非接触距離測定器を構成する検出回路を説明する構成図である。
【図２】本発明の非接触距離測定器を構成する検出回路の等価回路図である。
【図３】本発明の非接触距離測定器のアンテナを説明する平面図及び断面図である。
【図４】本発明の実施例１の非接触距離測定器の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例２の非接触距離測定器の構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施例３の非接触距離測定器の構成を示す構成図である。
【図７】遮蔽板のない非接触距離測定器を説明するための構成図である。
【図８】特許文献１に示した従来技術を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る静電容量式の非接触距離測定器の実施例を詳細に説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
【００２４】
なお、説明にあっては、同一の構成には同一の番号を付与するものとし、重複する説明を省略する。また、図面はすべて構成や動作を理解しやすいように模式的に示す図である。
【００２５】
［実施例１の動作：図１〜図４］
まず、本発明の実施例１の静電容量式の非接触距離測定器の検出原理と動作について図１〜図３を用いて説明し、図４を用いて構成及び動作を説明する。
【００２６】
［検出回路の構成説明：図１］
まず、図１を用いて非接触距離測定器の検出回路を説明する。図１は、検出回路１ａを説明する構成図である。検出回路１ａ以外の構成については後述する。
【００２７】
検出回路１ａは、発振器２を有しており、発振器２で生成した信号に基づいた第１の正弦波信号である正弦波信号Ｅａを送信電極（アンテナ）である第１の電極３によって、被検査領域へ放射する。発振器２は、正弦波信号Ｅａを発生する交流信号発生源であり、例えば水晶振動子を用いて構成される。
【００２８】
送信電極である第１の電極３から放射される正弦波信号Ｅａの周波数及び強度の安定性が、検出回路１ａの出力の安定性を左右する。したがって、発振器２として、周波数の安定度が高く、位相ノイズが少なく、且つ、温度や経時変化等に対して安定な水晶振動子を用いるのが望ましい。
【００２９】
検出回路１ａは、バッファ６を有しており、バッファ６は発振器２へ後段の回路からの影響が、周波数や振幅に変化を生じるのを防止する為に設けられている。
【００３０】
検出回路１ａは、第１の電極３と、受信電極であり且つ被検査領域からの第２の正弦波信号である正弦波信号Ｅｂを受信する受信電極（アンテナ）である第２の電極４と、を電気的に接続する移相部を有している。移相部は、抵抗７とコンデンサ５とから構成されている。
【００３１】
図１に示す検出回路１ａでは、移相部はコンデンサ５を含んでいるが、例えば、第２の電極４の出力を増幅する増幅器８が、オペアンプを利用した電流電圧変換回路等によって
構成される場合、必ずしもコンデンサ５は必要ではない。
【００３２】
アンテナ部（第１の電極３及び第２の電極４）及びその配線は、一般にかなり大きな寄生容量を持つことになるので、新たにコンデンサ５を付加する必要がない場合が多いと考えられる。
【００３３】
しかしながら、第２の電極４の出力を増幅する増幅器８が、単にその出力を増幅するアンプで構成される場合には、出力端子１１からの位相差に応じた電圧値を得る際のＳＮ比を向上させることが可能となるので、コンデンサ５を設けた方が良い。
【００３４】
また、抵抗７は、第１の電極３と第２の電極４との結合抵抗であり、第２の電極４から入力する信号に、発振器２の中間電位を基準電位として与える。抵抗７は、電源電圧の振幅を有する正弦波信号Ｅａを第２の電極４からの正弦波信号Ｅｂに対して、あまり違わない大きさになるような値に定める機能も有している。
【００３５】
検出回路１ａでは、発振器２からの信号の振幅を抵抗７により大きく減衰させて微細な振幅を持つ第２の電極４からの信号と合成する。ここで互いの振幅を同程度とする理由を述べる。
【００３６】
すなわち、発振器２からの信号を減衰させる抵抗７の値が大きいと、信号に対する抵抗７が出すノイズの割合が大きくなり、また外部からの回りこみノイズの割合も増加する。一方減衰が大きい場合は、第２の電極４からの信号の振幅の変化が、より大きく合成波の位相の変化に反映して、見かけの感度が増大するというメリットもある。従って、設定する振幅の割合は感度とノイズ増加との兼ね合いとなるが、発明者が検討したところによれば、両者を同程度の振幅にするのが最適であった。
【００３７】
検出回路１ａでは、第２の電極４の仕様と、要求される増幅率とを考慮して、抵抗７の抵抗値を０．１〜１０ＭΩとした。コンデンサ５の値は、抵抗７の値が決定した後に、設定する位相遅れ量と、回路の寄生容量や受信アンテナ部分の寄生容量を考慮して決定する。
【００３８】
検出回路１ａにおいて、設定する位相遅れ量は、０°、１８０°、３６０°以外であればよい。すなわち、このような位相遅れの信号同士を合成した場合は、片方の信号の振幅変化で合成信号の位相が変化しないためである。
【００３９】
双方の位相に少しでもずれがある場合は、片方の信号の振幅変化は合成信号の位相変化を引き起こすことはよく知られている。詳しくは、後述するが、検出回路１ａでは、発振器２からの信号の、第２の電極４からの信号に対する位相の遅れ量を９０°としている。なお、位相遅れ量は、必ずしも９０°である必要はなく、例えば、４５°や６０°であっても、第２の電極４からの信号の振幅の変化は、合成波の移相の変化に変換できる。なお、以下の説明にあっては、位相遅れを９０°として説明する。
【００４０】
検出回路１ａは、さらに、第２の電極４の出力を増幅する増幅器８、発振器２の出力信号により第２の電極４で受信した信号を検波する検波器９、この検波器９の出力を平滑化するＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０、及び、出力端子１１を有している。検波器９は、位相検出部の一例である。
【００４１】
検出回路１ａでは、検波器９で検波を行う参照信号として、バッファ６の出力をそのまま利用している。また、ＬＰＦ１０からの出力は、出力端子１１からＡＤコンバータ４１を介してＡＤ変換した後、コントローラであるＰＣ４０へ入力されるように構成されてい
る。
【００４２】
［検出回路の動作説明：図１、図２］
以下、検出回路１ａの動作について説明する。
【００４３】
検出回路１ａでは、発振器２が生成した正弦波信号を、第１の電極３により被検査領域へ正弦波信号Ｅａとして放射する。第１の電極３から放射した正弦波信号Ｅａは、第１の電極３で生成された電荷によって、被検査領域に電界を形成する。第２の電極４は、被検出領域に存在する大気、誘電体および導体等による分極からの寄与を含めた電界から、電荷を生成する。即ち、第２の電極４は、被検査領域に形成される電界に応じた正弦波信号Ｅｂを受信する。
【００４４】
このとき、第１の電極３と第２の電極４との間のアンテナ間容量Ｃａに応じて、第２の電極４が受信する正弦波信号Ｅｂの位相が変化する。測定時において第１の電極３及び第２の電極４間のアンテナ間容量Ｃａは、主に、第１の電極３及び第２の電極４に接近する被測定物２５の静電容量または被測定物２５の測定平面である表面２６までの相対距離に応じて変化する。
【００４５】
図１に示す検出回路１ａでは、移相部が位相した信号（第１の電極３が送信する正弦波信号Ｅａに相当する信号を抵抗７で減衰させ、さらに抵抗７及びコンデンサ５で移相した信号）と、第２の電極４が受信した正弦波信号Ｅｂとを、接点１２で合成している。さらに、接点１２で合成された信号を増幅器８で増幅し、増幅された信号を検波器９へ入力してバッファ６の出力で検波し、検波された信号をローパスフィルタ１０へ出力している。
【００４６】
ローパスフィルタ１０は、位相差に応じた信号を電圧値Ｖｉに変換して、出力端子１１から出力する。すなわち、出力端子１１からＰＣ４０へ出力される直流の電圧値Ｖｉは、第１の電極３と第２の電極４との間のアンテナ間容量Ｃａに比例した値を有している。
【００４７】
［検出回路の等価回路の説明：図２］
次に、図２を用いて検出回路１ａの動作を説明する。
図２は、図１に示す検出回路１ａの接点１２及びＧＮＤ間に想定される等価回路図である。
【００４８】
図２に示すように、第１の電極３及び第２の電極４との間の容量であるアンテナ間容量Ｃａは、図１に示す検出回路１ａにおける抵抗７と並列に配置されていると考えられる。ここで、アンテナ間容量Ｃａ及び抵抗７と、コンデンサ５とを含む閉回路に流れる電流をＩ、ＧＮＤを基準として測定される接点１２の電圧をＶ１、発振器２の出力電圧をＶ２、アンテナ間容量Ｃａ及び抵抗７の合成インピーダンスをＺとすると、電圧Ｖ１は、Ｖ２に対してＺＩだけ電位が下がっていることとなる。すなわち、以下の式（１）のように表すことができる。
Ｖ１＝Ｖ２−ＺＩ      （１）
【００４９】
一方、接点１２の電圧Ｖ１は、コンデンサ５の容量をＣ（Ｃは寄生容量であっても良い）、発振器２の周波数をｆ、ω＝２πｆとすると、以下の式（２）にように表すことができる。
Ｖ１＝Ｉ／ｊωＣ      （２）
【００５０】
Ｚ＝Ｒ／（１＋ｊωＣａＲ）であるので、式（１）及び式（２）より、Ｖ１は以下の式（３）のように表すことができる。
Ｖ１＝Ｖ２・（１＋ω２Ｒ２Ｃａ（Ｃａ＋Ｃ）−ｊωＣＲ）／（１＋ω２Ｒ２（Ｃａ＋
Ｃ）２）      （３）
【００５１】
式（３）より、接点１２での合成波形の位相差をＰ（°）とすると、位相差Ｐは以下の式（４）のように表すことができる。
Ｐ＝−ａｔａｎ（ωＣＲ／）（１＋ω２Ｒ２Ｃａ（Ｃａ＋Ｃ））      （４）
【００５２】
上記の式（４）より、電圧移相には、アンテナ間容量Ｃａ及びコンデンサ５の容量Ｃの双方から寄与があることが理解できるが、Ｃは固定なので電圧移相はＣ相関する。また、ａｔａｎ関数の性質から、アンテナ間容量Ｃａの微小な変化に対して、位相差Ｐが相関し、これを移相検波した電圧出力はアンテナ間容量Ｃａにほぼ比例するように周波数ω（ｆ）、抵抗７の抵抗値Ｒ、コンデンサ５の容量Ｃを設定できることが分かる。
【００５３】
つまり、被測定物２５の測定平面である表面２６までの相対距離に応じて、第１の電極３及び第２の電極４との間の静電容量が変化し、これを電圧信号の位相差Ｐとして検出するのである。
【００５４】
［アンテナの構成の説明：図３］
次に、検出回路１ａと接続するアンテナについて図３を用いて説明する。
図３は、アンテナを構成する基板２０を説明するための平面図及び断面図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の切断線Ａ−Ａ´における断面を模式的に示す図である。
【００５５】
すでに説明した第１の電極３は、送信アンテナである。第２の電極４は、受信アンテナである。これらの電極は、導体の薄膜構造とし、アンテナを設ける基台となる基板２０の表面に設けている。基板２０は、電極以外の構成部品は絶縁体である必要があるので、絶縁体で形成してなる絶縁基板である。
【００５６】
基板２０の一平面に、薄膜で形成したリング状の導体の第１の電極３及び第２の電極４を形成している。基板２０は、図示する例では平面視で四角形であるが、円形であってもかまわず、その材質としては、ガラス、プラスチック、工業用セラミックなどが考えられるが、本実施例１では高精度測定を目指す都合、熱膨張係数の小さなガラス板を用いる。
【００５７】
基板２０に形成するアンテナとなる電極は、導体の薄膜形状であり、金属のメッキや蒸着又はスパッタリング膜、半導体のＩＴＯ薄膜などが考えられるが、本実施例ではＩＴＯ薄膜で形成する。
【００５８】
図３に示すように、リング状の送信用の第１の電極３と受信用の第２の電極４とを同心円状に設けることにより、送受信電極が作る静電容量検出領域（被検査領域）は、基板２０に垂直な方向にリングの中心軸を中心として中心対象な感度を持つ領域として形成される。
【００５９】
基板２０の送信用の第１の電極３と受信用の第２の電極４とは、それぞれシールドされた配線材であるシールド配線３Ｓ、４Ｓにて、図１に示す検出回路１ａにおける抵抗７の前後に接続され、この検出回路１ａは、ＡＤコンバータ４１を介してコントローラであるＰＣ４０に接続されている。
【００６０】
［非接触距離測定器の構成説明：図４］
次に、本発明の実施例１を実現する非接触距離測定器１００の構成について図４を用いて説明する。図４は、非接触距離測定器１００を説明する構成図である。
【００６１】
図４に示す、第１の電極３及び第２の電極４を設けた基板２０は、この基板２０を保持できる筐体２３に取り付ける。この筐体２３の形状は、例えば直方体であり、基板２０と同型同寸の矩形形状の穴２３Ｈを有する。勿論、基板２０の形状に合わせて筐体２３や穴２３Ｈを決めるので、筐体２３は、円筒形状の穴２３Ｈを持つ円筒形状としてもよい。
【００６２】
基板２０を水平に見た場合、筐体２３の穴２３Ｈは基板２０に垂直な上下方向に伸びており、穴２３Ｈの底面２４は、基板２０と平行になっている。基板２０は、穴２３Ｈの下方に配置されている。基板２０から筐体２３の穴２３Ｈの底面２４までの距離は、できるだけ離して配置するのが望ましい。その理由は、この部分の検出感度を下げるためであって、詳細は後述する。
【００６３】
そして、穴２３Ｈには、基板２０に平行に、基板２０と同じ平面形状を持つ遮蔽板２１が設置されている。
【００６４】
遮蔽板２１は、基板２０と同様な材質を持つ絶縁体で構成しており、その表面には金属又は半導体の電位供給用電極である電極２１ａを非常に薄く形成している。例えば、数ミクロン程度である。本実施例の遮蔽板２１は、ガラス板に薄いＩＴＯで電極２１ａを形成したものを用いている。電極２１ａは、この実施例では、遮蔽板２１の基板２０と対向する面の全面に設けている。
【００６５】
［遮蔽板の効果の説明：図７］
ここで遮蔽板２１の効果について説明する。
まず、比較のために図７を用いて遮蔽板２１を有さない従来の非接触距離測定器を説明する。図７は、遮蔽板２１を有さない非接触距離測定器４００の構成図である。
【００６６】
図７に示すように、被測定物２５が、受信用の第２の電極４の直径よりも大きな広がりの測定平面である表面２６を持ち、この表面２６と基板２０とが至近距離で平行に配置された場合は、第１の電極３及び第２の電極４との間の静電容量は、表面２６と基板２０との距離に反比例することが確かめられている。
【００６７】
これらの距離が離れるに従って、静電容量は急激に減少するようになるが、実験的には表面２６と基板２０の表面との距離が、凡そ第２の電極４の半径以下の距離であればこの関係が成立することが分かっている。
【００６８】
従って、この遮蔽板２１を有さない非接触距離測定器４００は、被測定物２５の表面２６に対して、静電容量測定を行うことにより被測定物２５の近接度合いを測ることができる。
【００６９】
しかしながら、すでに述べたように図１に示した検出回路１ａでは、測定値はこの回路に使用する回路素子の電気的性質により保持されており、それぞれの回路素子の熱特性などにより変動し、また回路に分布する静電容量の影響を受けるため、絶対的な基準値を持ち得ない。
【００７０】
つまり、図７に示した従来の非接触距離測定器４００は、検出回路１ａの出力信号が温度によりドリフトし、また静電用の変化による電気的に影響によってもドリフトするため、被測定物２５までの距離の絶対値測定ができなかった。
【００７１】
［本発明の非接触距離測定器の説明：図４］
次に、本発明の実施例１の非接触距離測定器１００を説明する。
図４に示す本発明の非接触距離測定器であれば、遮蔽板２１を設けることにより、図７
に示した非接触距離測定器４００の課題を解決している。以下に詳述する。
【００７２】
送信用の第１の電極３及び受信用の第２の電極４からの第１、第２の正弦波信号により形成される静電容量検出領域により、基板２０の表面から下方に配置された被測定物２５の表面２６までの間の相対距離が検出できることはこれまでに述べた。
【００７３】
基板２０は筐体２３に固定されているので、筐体２３の穴２３Ｈの底面２４からの測定値は一定であり、これをオフセット値として用いれば、基板２０との距離が変動する被測定物２５の上面２６までの距離のみが測定できる。つまり、静電容量検出領域に、そもそも存在する構成に関わるイニシャル状態の静電容量値をオフセット値として用いるのである。
【００７４】
しかし、そもそも被測定物２５までの距離を測りたいのであって、静電容量検出領域において、基板２０と被測定物２５までの距離が変化しているものであるから、静電容量検出領域内に被測定物２５が存在していると、基板２０から底面２４までの距離（オフセット値）が正確に検出できない。そこで、この距離を正しく計測するために、遮蔽板２１が必要なのである。
【００７５】
図４に示す非接触距離測定器１００は遮蔽板２１を設けており、その遮蔽板２１には、電極２１ａが形成されている。この電極２１ａはすでに説明したように電位供給用の薄膜である。
【００７６】
電極２１ａは、薄膜であるから、その性質として、この電極２１ａが電気的に他の導体に接続していない孤立した浮動状態（電気的に電位が固定せずに浮いた状態、所謂フローティング状態）にある場合は、送信用の第１の電極３からの交流信号Ｅａを遮蔽せず通過させる（遮蔽板２１が通過状態）。一方、電極２１ａがＧＮＤレベル（接地電位）などのある電位に固定されると、交流信号Ｅａを遮蔽する状態（遮蔽板２１が遮蔽状態）になる性質を持つ。
【００７７】
別の見方をすると、電気的に浮動状態では、第１の電極３及び第２の電極４で形成する静電容量検出領域において遮蔽板２１が存在することを加味した一定のオフセット値を得ることができるのであって、遮蔽板２１を通して被測定物２５の静電容量測定もしくは距離測定が可能となるのである。そして、遮蔽板２１に一定の電位を与えると、遮蔽板２１を通した側の静電容量は測定できず、その空間に遮蔽板２１が存在する状態の空間容量のみを測定することになる。つまり、基板２０からこの遮蔽板２１までの距離だけを測定できることになる。
【００７８】
本発明の非接触距離測定器１００は、このようにして被測定物２５までの距離を正確に測定することができるのである。なお、遮蔽板２１への電位の供給の有無は、詳しくは後述するが、コントローラであるＰＣ４０から行う。
【００７９】
すなわち、遮蔽板２１に設ける電極２１ａは、配線２１Ｓにてリレー３２に接続され、このリレー３２はＰＣ４０に接続されている。例示はしていないが、配線２１Ｓをシールドされた配線材であるシールド配線としてもよい。
【００８０】
リレー３２は、ＰＣ４０からの命令で動作するスイッチであり、電極２１ａを接地電位（ＧＮＤ）に接続するか否かを切り替える。
【００８１】
遮蔽板２１に与える電位は自由に設定できる。それによりオフセット値が変化する。本実施例では、説明を簡単にするため、その電位はＧＮＤレベルとした。
【００８２】
ところで、第１の電極３及び第２の電極４で形成する静電容量検出領域は、基板２０の被測定物２５とは反対の筐体２３側にも感度を持つ。勿論、基板２０は片面にのみ電極があるから、感度は対称ではない。
【００８３】
すでに、基板２０と筐体２３の底面２４との距離は、できるだけ離して配置するのが望ましいと説明した。その理由は、筐体２３の穴２３Ｈの底面２４との距離を大きくとっておけばオフセット値を小さくできるからである。
【００８４】
図３を用いてすでに説明したように、リング状の送信用の第１の電極３及び受信用の第２の電極４を用いることにより、送受信電極が作る静電容量検出領域は、基板２０に垂直な方向にリングの中心軸を中心として中心対象な感度を持つ領域として形成されるから、主に基板２０と筐体２３の穴２３Ｈの底面２４との距離を大きくとっておけばよいのである。
【００８５】
また、基板２０の電極から放出される電気力線（正弦波信号Ｅａ）は、筐体２３の穴２３Ｈの内壁にも当たるため、静電容量検出領域は、穴２３Ｈの内壁の影響も受ける。
しかし、この静電容量検出領域は、基板２０の垂直方向に広がると共に、第２の電極４よりも横方向には広がりにくいため、疎穴２３Ｈの内壁の影響は無視することができる。
【００８６】
［非接触距離測定器の測定の様子の説明：図４］
次に、非接触距離測定器の測定の様子を詳述する。
まず、最初の状態として、遮蔽板２１の電極２１ａをリレー３２により接地電位（ＧＮＤ）にする。この状態で、基板２０から遮蔽版２１までの距離を測定する。
次に、遮蔽板２１をリレー３２により浮動状態にして、基板２０から被測定物２５の表面２６までの距離を測定する。
【００８７】
リレー３２の切り替え前後の各測定値は、ＡＤコンバータ４１によりＡＤ変換した後にＰＣ４０に取り込み、減算処理を行う。
【００８８】
この処理により、被測定物２５までの距離データは固定され、遮蔽板２１までの距離データを基にして補正されることになる。本実施例１ではリレー３２の切り替え等によりこの測定と補正動作を繰り返す。速度を要求される場合は、リレー３２はアナログスイッチ等の半導体リレーを用いればよい。
【００８９】
ここで、遮蔽板２１を基板２０から見てやや離れた位置に設置しておけば、遮蔽版測定によるオフセット量は小さくなり、測定レンジに収まらないような大きな差は生じない。
【００９０】
これにより、本実施例１の非接触距離測定器１００は、検出回路１ａを構成する回路素子の温度変化による温度ドリフトや回路及び筐体等の構成部品の帯電等（静電容量の変化）によるドリフトは、全て打ち消されることになる。
【００９１】
［実施例２の非接触距離測定器２００の説明：図５］
次に、本発明の実施例２の静電容量式の非接触距離測定器２００の構成及び動作について図５を用いて説明する。
【００９２】
図４に示す実施例１として説明した非接触距離測定器１００は、高速な測定を目的として電気的制御で基準測定を用いたドリフトゼロを実現した。実施例２では同様な制御を機械的に行う例である。
【００９３】
図５に実施例２の構成を示す。図４に示す実施例１との差異は、遮蔽板２１の代わりにメカニカルに移動する遮蔽板２７を配置したことにある。
【００９４】
遮蔽板２７は、基板２０に平行に配置し、図示しないＧＮＤ電位に接続しており、電気的に接地している。基板２０より少し大きな導体、例えば金属板で構成しており、被測定物２５との間に駆動装置２８を介して筐体２３に取り付ける。
【００９５】
駆動装置２８は、遮蔽板２７を基板２０との距離を変えずに平行（図面、矢印Ｂ方向）にスライドする公知の可動機能を有している。
ここで、遮蔽板２７を基板２０と被測定物２５との間に完全に収まる状態（図５に示す状態）を状態Ａとし、図示はしないが、基板２０と平面的に重ならない位置までスライドした状態を状態Ｂとすると、駆動装置２８は、ＰＣ４０からの制御により、この２つの状態の間を高速でスライドさせる機能を持つ。
【００９６】
次に、測定動作を説明する。
遮蔽板２７が状態Ａのときは、すでに説明したように、基板２０の電極からの電気力線の広がりによって、基板２０と遮蔽板２７との間の静電容量と、基板２０と筐体２３の穴２３Ｈの底面２４との間の静電容量と、の合成容量を測定する。
【００９７】
遮蔽板２８が状態Ｂのときは、被測定物２５の上面２６と筐体２３の穴２３Ｈの底面２４の静電容量を測定する。
【００９８】
駆動装置２８を用いて、状態Ａでの測定と状態Ｂでの測定とを繰り返し、状態Ｂでの測定値から状態Ａでの測定値を減算することにより、被測定物２５までの距離データは、固定された筐体２３内部までの距離データを基にして補正されることになる。
【００９９】
［実施例３の非接触距離測定器３００の説明：図６］
次に、本発明の実施例３の静電容量式の非接触距離測定器３００の構成及び動作について図６を用いて説明する。
【０１００】
図４に示す実施例１として説明した非接触距離測定器１００は、高速な測定を目的として電気的制御で基準測定を用いたドリフトゼロを実現した。実施例３ではさらに精度を向上させる例である。
【０１０１】
図６に実施例３の構成を示す。図４に示す実施例１との差異は、遮蔽板を２つ設ける点である。基板２０の筐体２３の穴２３Ｈの底部２４側に、遮蔽板２２をさらに設けている。
【０１０２】
すでに図３を用いて説明したように、送信用の第１の電極３及び受信用の第２の電極４で形成される静電容量検出領域は、基板２０に垂直な方向にリングの中心軸を中心として中心対象な感度を持つ領域として形成される。このため、被測定物２５側と基板２０の筐体２３側とで、対称ではないものの、双方の側で感度を有している。
【０１０３】
実施例１の非接触距離測定器１００は、基板２０と筐体２３の穴２３Ｈの底部２４との距離を大きくとることで、筐体２３側の感度を落としてオフセット値を減らしていたが、実施例３の非接触距離測定器３００は、遮蔽板２２を設けることで、その距離を広げることを不要にするものである。
【０１０４】
遮蔽板２２は、遮蔽板２１と同様な構造を有しており、例えばガラス基板の表面にＩＴＯで電極２２ａを形成している。基板２０の筐体２３の穴２３Ｈの底部２４側に、この基
板２０に平行に配置している。電極２２ａは、この実施例では、筐体２３と対向する面の全面に設けている。
【０１０５】
また、遮蔽板２１と同様に、遮蔽板２２に設ける電極２２ａは、配線２２Ｓにてリレー３１に接続され、このリレー３１はコントローラであるＰＣ４０に接続されている。例示はしていないが、配線２２Ｓをシールドされた配線材であるシールド配線としてもよい。
【０１０６】
リレー３１は、リレー３２と同様に、ＰＣ４０からの命令で動作するスイッチであり、電極２２ａを接地電位（ＧＮＤ）に接続するか否かを切り替える。
【０１０７】
次に、測定動作を説明する。
最初の状態として、遮蔽板２１の電極２１ａをリレー３２により接地電位（ＧＮＤ）にする。遮蔽板２２の電極２２ａは、リレー３１により浮動状態にする。これにより、基板２０と筐体２３の穴２３Ｈの底面２４までの距離を測定する。
【０１０８】
次に、遮蔽板２２の電極２２ａをリレー３１により接地電位（ＧＮＤ）にする。遮蔽板２１の電極２１ａは、リレー３２により浮動状態にする。これにより、基板２０と被測定物２５の表面２６までの距離を測定する。
【０１０９】
リレー３１、３２の切り替え前後の各測定値は、ＡＤ変換した後にＰＣ４０に取り込み、減算処理を行う。
この処理により、被測定物２５までの距離データは、固定された筐体２３内部までの距離データを基にして補正されることになる。実施例１と同様に、リレーの切り替え動作により、測定と補正動作とを繰り返す。勿論、測定の速度を要求される場合には、リレー３１もアナログスイッチ等の半導体リレーを用いればよい。
【０１１０】
ここで、基板２０からの遮蔽板２２までの距離は、基板２０から遮蔽板２１までの距離と同等としておくとよい。つまり、基板２０の第１の電極３及び第２の電極４から遮蔽板２２の電極２２ａまでの距離と、基板２０の第１の電極３及び第２の電極４から遮蔽板２１の電極２１ａまでの距離と、を同じ距離とする。
【０１１１】
このようにしておけば、双方のオフセット量はほぼ同じになり、オフセット量の差が無視できるほど小さな値となるので、測定レンジを拡大して精密測定が可能となる。
【０１１２】
また、実施例３の非接触距離測定器３００を運用する際に、予め被測定物２５が到来する距離が大凡分かっているときにあっては、遮蔽板２２の電極２２ａから筐体２３の穴２３Ｈの底面２４までの距離を、基板２０の第１の電極３及び第２の電極４から被測定物２５の表面２６までの距離の中間程度にしておくと、同様に大きなオフセット量の差は生じなくて好ましい。即ち、測定距離レンジの中間位置に遮蔽板２２を設けるとよいのである。
【０１１３】
このため、遮蔽板２２の取り付け位置（基板２０との距離変えるように）を変更できるような図示しない可動機構を筐体２３との設置部分に設けてもよい。
【０１１４】
以上説明した本発明の非接触距離測定器３つの実施例は、これに限定されず、変更が可能である。
例えば、説明した例では、基板２０の表面に設ける第１の電極３及び第２の電極４は、筐体２３の方に設けてあるが、被測定物２５側に設けてもよいことは無論である。非接触距離測定器の性能やサイズ、被測定物の大きさに鑑みて設置すればよい。
また、例えば、実施例３に実施例２に示す遮蔽板のスライド機構を設け、２つの遮蔽板
をそれぞれメカニカルに稼働させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
この発明によれば、正確に被測定物までの距離測定を行うことができるから、精度を要求される非接触距離測定器の他、工作機械や組み立て機械にも組み込むことができる。これにより、精度の高い加工や組み立てが可能になる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ａ  検出回路
２  発振器
３  第１の電極
４  第２の電極
５  コンデンサ
６  バッファ
７  抵抗
８  増幅器
９  検波器
１０  ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１１  出力端子
２０  基板
２１、２２、２７  遮蔽板
２３  筐体
２４  筐体２３に設けた穴２３Ｈの底面
２５  被測定物
２６  被測定物の表面
３１、３２  リレー
４０  ＰＣ
４１  ＡＤコンバータ
【図１】
2015175763.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015175763.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015175763.tif 000009
【図８】
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