位置検出装置
【課題】回路構成の簡素化に寄与することができる位置検出装置を提供する。
【解決手段】直列に接続される第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板に直交する特定の軸回りに９０°間隔で設けた。そして、これら二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して、時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁するようにした。また、各二次コイル１５ａ〜１５ｄに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、単一のＡ／Ｄ変換器２１で取り込むようにした。Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングとして、特定の二次コイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングをそれぞれ設定した。第１および第２のタイミングでＡ／Ｄ変換器に取り込まれる合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、検出対象の位置を求めるようにした。
【解決手段】直列に接続される第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板に直交する特定の軸回りに９０°間隔で設けた。そして、これら二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して、時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁するようにした。また、各二次コイル１５ａ〜１５ｄに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、単一のＡ／Ｄ変換器２１で取り込むようにした。Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングとして、特定の二次コイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングをそれぞれ設定した。第１および第２のタイミングでＡ／Ｄ変換器に取り込まれる合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、検出対象の位置を求めるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導型の位置検出装置として、検出対象の回転位置を検出するレゾルバが知られている。レゾルバは、回転子および固定子を備えてなる。回転子には一次コイルが、固定子には２つの二次コイルがそれぞれ設けられる。２つの二次コイルは互いの角度差が９０°になるように設けられる。一次コイルに励磁電圧を印加すると、２つの二次コイルを通じて、位相差が９０°となる２つの出力電圧（正弦波および余弦波）が取り出される。これら出力電圧は、検出対象の回転角に応じて変化するので、これら出力電圧に基づき検出対象の回転位置を検出することができる。また、特許文献１には、このレゾルバと同様の検出原理を利用して、検出対象の傾斜を検出する傾斜検出装置が記載されている。当該装置は、検出対象の傾斜に伴い変位する磁性体を備えるとともに、当該磁性体の変位に応じて２つの二次コイルに誘起される出力電圧が変化することを利用して検出対象の傾斜を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７６９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の誘導型の位置検出装置には、次のような問題があった。すなわち、２つの二次コイルに誘起される出力電圧は、それら二次コイルに対応して設けられる２つのＡ／Ｄ変換回路により、それぞれデジタル信号に変換される。そして、これら変換される２つのデジタル信号に基づき検出対象の位置が算出される。近年では、製品コストを低減するなどの観点から位置検出装置の回路構成の簡素化に対する要望もあるところ、前記従来の位置検出装置では２つのＡ／Ｄ変換回路が必要とされる。このことが回路構成の簡素化を図るうえでの阻害要因の一となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回路構成の簡素化に寄与することができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、特定の軸の回りに９０°間隔で設けられ、かつ互いに直列に接続された状態で、磁性体または導体からなる検出対象に対して相対変位可能に設けられる４つのコイルと、時間的な位相を互いに９０°ずらして各コイルを励磁する励磁信号発生器と、前記励磁信号発生器を通じて励磁された際に、各コイルに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、特定のコイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、前記第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングで取り込む単一のＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器により前記第１および第２のタイミングで取り込まれる前記合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、前記検出対象の位置を演算する演算器と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、４つのコイルを直列に接続したうえで、これらコイルに対して時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁される。また、Ａ／Ｄ変換器の取り込みタイミングとして、第１および第２のタイミングが設定されて、これら２回のタイミングで４つの二次コイルの合成信号が取り込まれる。第１のタイミングは、特定の二次コイルに発生するアナログ電圧の振幅が最大になるタイミング、第２のタイミングは、第１のタイミングに対して前記アナログ電圧の位相が９０°だけずれるタイミングとされる。
【０００８】
このため、第１のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号は、１８０°の位相差で励磁される特定のコイルを含む２つのコイルに発生する合成信号に応じた値になる。第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号は、残りの２つのコイルに発生する合成信号に応じた値になる。そしてこれら第１および第２のタイミングでサンプリングされる合成信号の値は、検出対象の位置に応じて変化する。すなわち、第１および第２のタイミングでサンプリングされる合成信号の値の組み合わせは、検出対象の位置に対して一義的なものとなる。
【０００９】
したがって、単一のＡ／Ｄ変換器により、第１および第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象の位置を検出可能となる。ここで、１８０°の位相差で励磁される２つのコイルを一組とする２組のコイル対の合成信号を、各組に対応する２つのＡ／Ｄ変換器により別々に取り込むことも想定されるところ、この場合と異なり、本発明では、単一のＡ／Ｄ変換器を設けるだけでよいので、その分、位置検出装置の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記励磁信号発生器は、励磁周波数の４倍のクロック周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで各コイルを励磁することをその要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、クロック信号のサンプリングのタイミングをずらすことにより、クロック周波数の１／４の周波数を有する励磁信号、ひいては時間的な位相が互いに９０°ずれる４つの励磁信号を簡単に生成可能である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求２に記載の位置検出装置において、前記各コイルは、同一の設置面に設け、前記検出対象は、前記設置面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられることをその要旨とする。
【００１３】
本発明によれば、設置面に対する距離の変化に応じた合成信号が生成される。この合成信号に基づき検出対象の変位を検出可能となる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の位置検出装置において、前記設置面は平面とする一方で、当該平面に直交するように前記特定の軸を設定し、前記検出対象は、前記特定の軸に沿う方向において前記各コイルに対向するとともに、当該特定の軸に沿う方向における前記平面との距離を変化させる態様で変位可能に設けられることをその要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、検出対象とコイルの設置面である平面との距離に応じた合成信号が得られる。この合成信号に基づき、検出対象に対する平面へ向けた外力が印加された位置、すなわち押圧位置を検出可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置において、前記各コイルは、前記特定の軸を中心とする仮想円筒面に沿って設け、前記検出対象は、前記特定の軸、または当該特定の軸に平行をなす他の軸を中心として回転可能に設けられることをその要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、単一のＡ／Ｄ変換器により、第１および第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象の回転位置を検出可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、位置検出装置の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態における位置検出装置の分解斜視図、（ｂ）は、同じく基板の下面図。
【図２】図１の１−１線断面図。
【図３】位置検出装置の回路ブロック図。
【図４】Ａ／Ｄ変換器の取り込みタイミングを示す出力信号の波形図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、励磁信号の生成方法を示すクロック信号の波形図。
【図６】（ａ）は、図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、押下されないときの各波形図。
【図７】（ａ）は、押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図７（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図８】（ａ）は、他の押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図８（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図９】（ａ）は、他の押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図９（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図１０】第２の実施の形態における位置検出装置の回路ブロック図。
【図１１】第３の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示す斜視図。
【図１２】他の実施の形態における図２に対応する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明を、検出対象に対する押圧位置を検出する押圧位置検出装置に具体化した一実施の形態を図１（ａ），（ｂ）〜図６（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、押圧位置検出装置１１は、絶縁性を有する基板１２、および基板１２に対向する検出対象１３を備えてなる。検出対象１３は、鉄あるいはフェライトなどの磁性体により矩形板状に形成されている。基板１２と検出対象１３の四隅との間には、４つの圧縮コイルばね１４がそれぞれ介在されている。検出対象１３は、通常、基板１２の表面に対して平行をなす状態に維持される。
【００２１】
図２に示すように、検出対象１３の基板１２と反対側の側面に対して外力が印加された場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、基板１２に近接する方向へ変位する。たとえば、検出対象１３の中央に対して基板１２へ向けた外力が印加された場合、検出対象１３は、基板１２に対する平行状態を維持しつつ、４つの圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して基板１２に近接する方向へ変位する。また、検出対象１３の中央以外の部位に対して基板１２へ向けた外力が印加された場合、検出対象１３は、基板１２の表面に対して傾斜しつつ、４つの圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して基板１２に近接する方向へ変位する。
【００２２】
押圧位置検出装置１１は、この検出対象１３の変位を検出し、その検出結果に基づき検出対象１３における外力が印加された部位、すなわち検出対象１３に対する押圧位置を検出する。そして、当該押圧位置を検出するために、つぎのような構成が採用されている。
【００２３】
すなわち、図１（ａ）に示すように、基板１２の表面には、導線がらせん状に巻回されてなる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが設けられている。これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板１２に直交する軸線回りに９０°ごとに設けられるとともに、互いに直列に接続されている。また、図１（ｂ）に示すように、基板１２の裏面には、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが設けられている。これら第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄも、基板１２に直交する軸線回りに９０°ごとに設けられている。また、これら第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄは、基板１２を介して第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対向している。第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄの両端、および互いに直列接続された第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの両端は、それぞれ検出回路１７に接続されている。
【００２４】
検出回路１７は、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３の変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧（正確には、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ誘起される電圧の和である合成信号）に基づき、検出対象１３の位置を求める。
【００２５】
第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ誘起される電圧は、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対する検出対象１３の近接位置関係に応じて変化する。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、検出対象１３との距離に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、これらに対応する第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄとの間の磁気結合（電磁誘導結合）の度合いが変化する。検出対象１３が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して近接するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は大きくなる。逆に、検出対象１３が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して離間するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は小さくなる。
【００２６】
＜検出回路＞
つぎに、検出回路１７の構成について説明する。図３に示すように、検出回路１７は、Ａ／Ｄ変換器２１、および演算器２２を備えてなる。また、検出回路１７は、励磁信号発生器２３、および取り込みタイミング制御器２４を備えてなる。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器２１は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力電圧（アナログ電圧）の和である合成信号を取り込み、この取り込まれる合成信号をデジタル信号（デジタル値）に変換する。
【００２８】
演算器２２は、Ａ／Ｄ変換器２１により生成されるデジタル信号に基づき、検出対象１３の変位、すなわち検出対象１３に対する押圧位置を演算する。
励磁信号発生器２３は、励磁信号を生成し、この生成した励磁信号を第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ印加する。本例では、励磁信号発生器２３は、励磁信号の周波数の４倍のクロック周波数を有している。すなわち、励磁信号発生器２３の発振器は、励磁信号の周波数の４倍の周波数を有するクロック信号を生成する。たとえば、励磁信号の周波数が１０ｋＨｚとした場合、励磁信号発生器２３のクロック周波数は４０ｋＨｚとされる。励磁信号発生器２３は、発振器により生成されるクロック信号に基づき設定されるタイミングで、時間的な位相が互いに９０°ずれた４つの励磁信号を生成し、これら生成される励磁信号を第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ印加する。具体的には、第１の一次コイル１６ａに印加する励磁信号の位相を基準、すなわち位相差０°としたとき、第２の一次コイル１６ｂには１８０°、第３の一次コイル１６ｃには９０°、第４の一次コイル１６ｄには２７０°の位相差を有する励磁信号を印加する。
【００２９】
励磁信号発生器２３は、これら励磁信号をつぎのようにして生成する。すなわち、図５（ａ）に示されるように、４０ｋＨｚのクロック信号において、４周期ごとにタイミングをとれば、１０ｋＨｚの励磁信号が生成可能である。そして、図５（ｂ）に示されるように、クロック信号のサンプリングのタイミングを、たとえば１パルス分ずつずらすことにより、９０°の位相差を有する励磁信号の生成が可能である。
【００３０】
取り込みタイミング制御器２４は、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄに対して励磁信号を印加するタイミングと、互いに直列に接続された第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号を取り込むタイミングとの同期をとる。すなわち、取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号、およびＡ／Ｄ変換器２１の変換結果をそれぞれ取り込み、これら取り込まれるクロック信号、およびＡ／Ｄ変換結果に基づき、Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングを制御する。
【００３１】
取り込みタイミング制御器２４は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄのうち特定の二次コイル（たとえば、第１の二次コイル１５ａ）の出力電圧の振幅が最大になる第１のタイミングＴ１を記憶している。図４に示されるように、取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号に基づき、第１のタイミングＴ１が到来した旨検出されるごとに、合成信号のＡ／Ｄ変換結果を取り込む旨示す指令信号を生成する。また、取り込みタイミング制御器２４は、第１のタイミングＴ１に対して特定の二次コイル（ここでは、第１の二次コイル１５ａ）の時間的な位相が９０°だけずれる第２のタイミングＴ２も記憶している。取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号に基づき、第２のタイミングＴ２が到来した旨検出されるごとに、合成信号のＡ／Ｄ変換結果を取り込む旨示す指令信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器２１は、取り込みタイミング制御器２４において生成される指令信号に基づき、合成信号を取り込む（正確には、ＲＡＭに格納する）。なお、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２は、実験あるいはシミュレーションなどによって予め求められる。
【００３２】
＜押圧位置の検出方法＞
つぎに、押圧位置検出装置による押圧位置の検出方法について説明する。なお、ここでは、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａ（電圧）の振幅が最大となるタイミングを第１のタイミングＴ１、この第１のタイミングＴ１に対する出力信号Ｖａの時間的な位相が９０°だけずれるポイントを第２のタイミングＴ２とする。
【００３３】
＜通常の状態＞
まず、図６（ａ）に示されるように、検出対象１３に対して外力が印加されない通常状態である旨検出する方法を説明する。
【００３４】
この場合、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号の振幅は、図６（ｂ）のグラフに示されるように変化する。第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂは、互いに位相が１８０°ずれる。これは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂは、互いに逆位相で励磁されるからである。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂに対して、それぞれ位相が９０°だけずれる。これは、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂに対してそれぞれ９０°ずつ位相をずらして励磁されるからである。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに位相が１８０°ずれる。これは、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄは、互いに逆位相で励磁されるからである。
【００３５】
このため、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂ、ならびに第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。ひいては、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和である合成信号Ｖａｄの値も０（零）となる。したがって、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、それぞれ０となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３が押下されていない通常状態である旨検出する。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと検出対象１３との間の距離は、それぞれ同等であることが分かる。
【００３６】
なお、この通常状態において、検出対象１３の中央部であるポイントＰ０に外力が印加された場合、各出力信号Ｖａ〜Ｖｄの振幅は増大するものの、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２における第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、それぞれ０となる。第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと検出対象１３との間の距離は、前述の通常状態のときに比べて小さくなるものの、同等であることに変わりはない。このため、検出対象１３のポイントＰ０に対する外力の印加の有無を検出する場合には、たとえば基板１２に近接センサなどの検出手段を別途設ける。検出回路１７は、合成信号Ｖａｄの値が０（零）に維持される状態で、検出手段を通じて検出対象１３の基板１２に対する近接が検出される場合には、検出対象１３のポイントＰ０が押下された旨判定する。
【００３７】
また、ポイントＰ０の押下の検出が要求されない場合には、押圧位置検出装置を、つぎのように構成してもよい。すなわち、図１２に示すように、検出対象１３の裏面（基板１２側の面）において、ポイントＰ０に対応する部位にピボット軸１８を設け、当該ピボット軸１８を支点として検出対象１３を傾動可能とする。
【００３８】
＜第１のポイントＰ１が押下された場合＞
つぎに、図７（ａ）に第１のポイントＰ１で示されるように、検出対象１３における第１の二次コイル１５ａの近傍の部位に対して大きな外力が印加された場合について説明する。
【００３９】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第１の二次コイル１５ａに近接する一方で、第２の二次コイル１５ｂに対しては離間するように傾斜する。すると、図７（ｂ）に示されるように、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂは、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間することにより、振幅が小さくなる（図中では、０に近似した状態を示す）。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの振幅は、通常状態のときと同様に変化する。
【００４０】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａと同様に変化する。すなわち、第１のタイミングＴ１における合成信号Ｖａｂの振幅は、先の通常状態の場合に比べて、正の値で増大する。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに逆位相であって、互いにキャンセルされるからである。このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和で表される合成信号Ｖａｄの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａと同様に変化する。
【００４１】
したがって、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた正の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値は０（零）となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第１の二次コイル１５ａに対応する部位である旨認識可能である。検出回路１７は、検出対象１３に対する押圧位置に関する情報を生成する。
【００４２】
＜第２のポイントＰ２が押下された場合＞
つぎに、図８（ａ）に第２のポイントＰ２で示されるように、検出対象１３における第２の二次コイル１５ｂの近傍の部位に対して大きな外力が印加された場合について説明する。
【００４３】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第２の二次コイル１５ｂに近接する一方で、第１の二次コイル１５ａに対しては離間するように傾斜する。すると、図８（ｂ）に示されるように、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａは、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間することにより、振幅が小さくなる（図中では、０に近似した状態を示す。）。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの振幅は、通常状態のときと同様に変化する。
【００４４】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂの振幅は、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂと同様に変化する。すなわち、第１のタイミングＴ１における合成信号Ｖａｂの振幅は、先の通常状態の場合に比べて、負の値で増大する。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに逆位相であって、互いにキャンセルされるからである。このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和で表される合成信号Ｖａｄの振幅は、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂと同様に変化する。
【００４５】
したがって、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた負の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値は０（零）となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第２の二次コイル１５ｂに対応する部位である旨認識可能である。検出回路１７は、検出対象１３に対する押圧位置に関する情報を生成する。
【００４６】
なお、検出対象１３において、第３または第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの近傍の部位が押下された場合についても、前述と同様にして、その押下位置が検出可能である。
＜第３のポイントＰ３が押下された場合＞
つぎに、図９（ａ）に第３のポイントＰ３で示されるように、検出対象１３における第１の二次コイル１５ａおよび第４の二次コイル１５ｄとの間の部位に対して外力が印加された場合について説明する。ここでの外力は、先の第１および第２のポイントＰ１，Ｐ２に印加された外力よりも小さな中程度のものである。
【００４７】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第１および第４の二次コイル１５ａ，１５ｄに近接する一方で、第２および第３の二次コイル１５ｂ，１５ｃに対しては離間するように傾斜する。すると、図９（ｂ）に示されるように、第１および第４の二次コイル１５ａ，１５ｄの出力信号Ｖａの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第２および第３の二次コイル１５ｂ，１５ｃの出力信号Ｖｂ，Ｖｃの振幅は、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間する分だけ減少する。
【００４８】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの合成信号Ｖａｂの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａの振幅よりも、逆位相である第２の二次コイル１５ｂの振幅の分だけ小さくなる。すなわち、第１のタイミングＴ１において、合成信号Ｖａｂの値は、正の中程度の値をとる。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの合成信号Ｖｃｄの振幅は、第４の二次コイル１５ｄの出力信号Ｖｄの振幅よりも、逆位相である第３の二次コイル１５ｃの振幅の分だけ小さくなる。すなわち、第２のタイミングＴ２において、合成信号Ｖｃｄの値は、負の中程度の値をとる。
【００４９】
そして、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた正の中程度の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値については、印加される外力に応じた負の中程度の値になる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第１の二次コイル１５ａと第４の二次コイル１５ｄとの間に対応する部位である旨認識可能である。
【００５０】
なお、検出対象１３において、第１の二次コイル１５ａと第３の二次コイル１５ｃとの間、ならびに、第３の二次コイル１５ｃと第２の二次コイル１５ｂとの間、ならびに、第２の二次コイル１５ｂと第４の二次コイル１５ｄとの間のいずれの部位が押下された場合についても、前述と同様にして、その押下位置が検出可能である。
【００５１】
このように、第１のタイミングＴ１においては、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの合成信号Ｖａｂが現れる。また、第２のタイミングＴ２においては、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの合成信号Ｖｃｄが現れる。このため、Ａ／Ｄ変換器２１が１つであっても、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれ取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３に対する押下位置を検出可能となる。
【００５２】
＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを直列に接続したうえで、これら二次コイルに対して時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁するようにした。また、Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングとして、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２を設定して、これら２回のタイミングで第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２を取り込む（すなわち、図示しないＲＡＭに格納する）ようにした。ここで、第１のタイミングＴ１は、特定の二次コイル（ここでは、第１の二次コイル１５ａ）の出力電圧の振幅が最大になるタイミング、第２のタイミングＴ２は、第１のタイミングＴ１に対して前記出力電圧の位相が９０°だけずれるタイミングとした。
【００５３】
このため、第１のタイミングＴ１で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１の合成信号Ｖａｄ１は、１８０°の位相差で励磁される第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂに発生する合成信号Ｖａｂに応じた値になる。第２のタイミングＴ２で取り込まれる４つのコイルの第２の合成信号Ｖａｄ２は、残りの第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄに発生する合成信号Ｖｃｄに応じた値になる。そしてこれら第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２でサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、検出対象１３の位置（押圧位置）に応じて変化する。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２でサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせは、検出対象１３の位置に対して一義的なものとなる。
【００５４】
したがって、単一のＡ／Ｄ変換器２１により、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象１３の位置を検出可能となる。ここで、１８０°の位相差で励磁される２つの二次コイルを一組とする２組のコイル対の合成信号を、各組に対応する２つのＡ／Ｄ変換器により別々に取り込むことも想定されるところ、この場合と異なり、本例では、単一のＡ／Ｄ変換器２１を設けるだけでよいので、その分、押圧位置検出装置１１の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【００５５】
（２）また、回路構成が簡素化されることにより、検出回路１７、ひいては押圧位置検出装置１１の製品コストの低減化にも寄与することができる。
（３）また、検出対象１３に対する任意の押圧位置が検出可能となることから、本例の押圧位置検出装置１１を利用して多方向スイッチ装置を構築することも可能である。
【００５６】
（４）励磁信号発生器２３は、励磁信号の周波数の４倍のクロック周波数を有している。すなわち、励磁信号発生器２３の発振器は、励磁信号の周波数の４倍の周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをそれぞれ励磁する。すなわち、クロック信号のサンプリングのタイミングをずらすことにより、クロック周波数（４０ｋＨｚ）の１／４の周波数（１０ｋＨｚ）を有する励磁信号、ひいては時間的な位相が互いに９０°ずれる４つの励磁信号を簡単に生成可能である。
【００５７】
（５）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、同一の設置面である基板１２の表面に設けた。そして、検出対象１３は、基板１２の表面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられる。具体的には、基板１２には、４つの圧縮コイルばね１４を介して、検出対象１３を支持するようにした。
【００５８】
このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象１３の押下、すなわち検出対象１３に対する基板１２へ向けた外力の印加に伴う、当該検出対象１３と基板１２の表面との間の距離の変化に応じた合成信号を生成する。そして、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置を検出可能となる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、本発明を検出対象の回転位置を検出する回転位置検出装置に具体化した第２の実施の形態を説明する。当該回転の検出回路は、先の図３に示される前記第１の実施形態の検出回路と同様の構成とされる。
【００６０】
図１０に示すように、回転位置検出装置３１は、特定の回転軸Ｏを中心として偏心回転する検出対象３２の回転位置を検出する。この検出対象３２は、鉄などの磁性体により、円柱状あるいは円板状に形成される。そして、検出対象３２の外周には、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが非接触状態で設けられている。これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、回転軸Ｏの回りに９０°間隔で設けられている。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、それらの設置面として回転軸Ｏを中心とする仮想円筒面に沿って設けられる。また、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの中心線は、それぞれ回転軸Ｏに交わるように指向している。
【００６１】
検出対象３２が偏心して回転すると、当該回転位置に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、検出対象３２との間の距離がそれぞれ変化する。これら距離の変化に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを貫く磁束の量が変化する。その結果、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の大きさも変化する。なお、図１０では省略したが、本例においても、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄのそれぞれに対応して、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが設けられる。
【００６２】
そして、検出回路１７は、前記第１の実施の形態と同様にして、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３の回転変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧に基づき、検出対象３２の回転位置を求める。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれＡ／Ｄ変換器２１に取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３の回転位置が検出される。なお、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の振幅は、検出対象３２と第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの距離の変化に応じて、前記第１の実施の形態に準ずるかたちで変化する。このため、単一のＡ／Ｄ変換器２１が設けられた検出回路１７により、検出対象３２の１回転（３６０°）中の回転位置を検出可能となる。これは、検出対象３２が１回転するごとに、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の波形、ひいてはこれら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の振幅は、同様に変化するためである。
【００６３】
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（６）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、同一の設置面である仮想円筒面の中心軸の回りに９０°間隔で設けた。そして、検出対象３２は、当該仮想円筒面の中心軸と一致する回転軸Ｏを中心として第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに非接触状態で、かつ仮想円筒面との距離を変化させる態様で回転可能に設けられる。
【００６４】
このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象１３の回転軸Ｏを中心とする回転に伴う、当該検出対象３２と仮想円筒面（第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄ）との間の距離の変化に応じた合成信号を生成する。そして、前記第１の実施の形態と同様に、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象３２の回転位置が検出可能となる。
【００６５】
＜第３の実施の形態＞
つぎに、本発明を検出対象のスライド位置を検出するスライド位置検出装置に具体化した第３の実施の形態を説明する。本例の検出回路は、先の図３に示される前記第１の実施形態の検出回路と同様の構成とされる。
【００６６】
本例は、図１１に示すように、基板１２に対して、検出対象１３を平行にスライド移動させる点で前記第１の実施の形態と異なる。検出対象１３は、基板１２上の第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して一定の距離をおいて、互いに交わる２方向へスライド移動可能に設けられる。
【００６７】
検出対象１３のスライド移動に伴い、対向する第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの端面の面積が変化する。このように、検出対象１３と第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの対向面積の変化に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを貫く磁束の量が変化することにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の大きさも変化する。
【００６８】
そして、検出回路１７は、前記第１の実施の形態と同様にして、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３のスライド変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧に基づき、検出対象３２のスライド位置を求める。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれ取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３のスライド位置を検出する。
【００６９】
したがって、本実施の形態によれば、単一のＡ／Ｄ変換器２１が設けられた検出回路１７により、検出対象３２のスライド位置を検出可能となる。
＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
【００７０】
・第１の実施の形態では、検出対象を矩形板状にしたが、円形、楕円形など他の形状としてもよい。
・第２の実施の形態では、円柱状あるいは円板状の検出対象３２を偏心回転させることにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの距離を変化させるようにしたが、たとえば検出対象の形状として、いわゆる涙形、あるいは楕円形などの形状を採用してもよい。すなわち、検出対象の回転に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生すればよい。このようにしても、検出対象３２の回転を検出可能である。
【００７１】
・また、第２の実施の形態では、検出対象３２は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが沿って設けられる仮想円筒面の中心軸でもある回転軸Ｏを中心として偏心回転するようにしたが、仮想円筒面の中心軸（回転軸Ｏ）に平行をなす他の軸を中心として偏心回転するようにしてもよい。このようにしても、検出対象３２の回転に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生する。
【００７２】
・第１〜第３の実施の形態では、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを同一の設置面上に設けたが、異なる設置面に設けてもよい。すなわち、検出対象１３，３２の変位に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生すればよい。
【００７３】
・第１〜第３の実施の形態では、検出対象１３を磁性体としたが、電気の導体としてもよい。この導体として、たとえば銅などの非磁性体を検出対象１３として採用することが可能である。この場合、検出対象１３，３２が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して近接するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は小さくなる。逆に、検出対象１３，３２が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して離間するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は大きくなる。
【００７４】
・第１〜第３の実施の形態において、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄ、ならびに第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、それぞれ磁性体により形成されるコア（鉄心）に巻回する態様で設けてもよい。
【００７５】
・第１〜第３の実施の形態において、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄ、ならびに第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板１２に金属などの導体がプリントされてなる平面アンテナとしてもよい。このようにすれば、位置検出装置の体格を小さくすることが可能である。
【００７６】
・第１〜第３の実施の形態では、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄに個別に励磁信号を印加することにより、互いに直列に接続される第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをそれぞれ励磁するようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して個別に励磁信号を印加する。このようにすれば、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが、それぞれ一次コイルとしても機能するので、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが省略可能となる。
【００７７】
・第１の実施の形態では押圧位置検出装置として、第２の実施の形態では回転位置検出装置として、第３の実施の形態ではスライド位置検出装置として、本発明を具体化したが、傾斜検出装置として具体化することも可能である。たとえば、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをケースに固定的に設けるとともに、磁性体により円柱状あるいは円盤状に形成される検出対象を、自重によりケースに対して相対的に変位可能に設ける。ケースが傾斜したとき、検出対象は、ケース、ひいては第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して相対的に変位する。第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象の変位に応じた出力信号を生成する。この生成される出力信号は、ケースの傾斜に応じたものとなる。このように、検出回路１７のＡ／Ｄ変換器２１を単一とした場合であれ、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して相対的に変位することにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界を変化させる磁性体からなる検出対象の様々な変位を検出可能である。
【００７８】
＜他の技術的思想＞
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）請求項３に記載の位置検出装置において、前記設置面は円筒面とし、前記各コイルは、前記特定の軸としての前記円筒面の中心軸の回りに９０°間隔で設け、前記検出対象は、前記中心軸を中心として、前記円筒面との距離を変化させる態様で回転変位可能に設けられる位置検出装置。この構成によれば、検出対象とコイルの設置面である円筒面との距離に応じた合成信号が得られる。この合成信号に基づき、検出対象の回転位置を検出可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１１…押圧位置検出装置、１２…基板、１３，３２…検出対象、１５ａ〜１５ｄ…第１〜第４の二次コイル、１６ａ〜１６ｄ…第１〜第４の一次コイル、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…演算器、２３…励磁信号発生器、３１…回転位置検出装置、Ｔ１…第１のタイミング、Ｔ２…第２のタイミング。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導型の位置検出装置として、検出対象の回転位置を検出するレゾルバが知られている。レゾルバは、回転子および固定子を備えてなる。回転子には一次コイルが、固定子には２つの二次コイルがそれぞれ設けられる。２つの二次コイルは互いの角度差が９０°になるように設けられる。一次コイルに励磁電圧を印加すると、２つの二次コイルを通じて、位相差が９０°となる２つの出力電圧（正弦波および余弦波）が取り出される。これら出力電圧は、検出対象の回転角に応じて変化するので、これら出力電圧に基づき検出対象の回転位置を検出することができる。また、特許文献１には、このレゾルバと同様の検出原理を利用して、検出対象の傾斜を検出する傾斜検出装置が記載されている。当該装置は、検出対象の傾斜に伴い変位する磁性体を備えるとともに、当該磁性体の変位に応じて２つの二次コイルに誘起される出力電圧が変化することを利用して検出対象の傾斜を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７６９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の誘導型の位置検出装置には、次のような問題があった。すなわち、２つの二次コイルに誘起される出力電圧は、それら二次コイルに対応して設けられる２つのＡ／Ｄ変換回路により、それぞれデジタル信号に変換される。そして、これら変換される２つのデジタル信号に基づき検出対象の位置が算出される。近年では、製品コストを低減するなどの観点から位置検出装置の回路構成の簡素化に対する要望もあるところ、前記従来の位置検出装置では２つのＡ／Ｄ変換回路が必要とされる。このことが回路構成の簡素化を図るうえでの阻害要因の一となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回路構成の簡素化に寄与することができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、特定の軸の回りに９０°間隔で設けられ、かつ互いに直列に接続された状態で、磁性体または導体からなる検出対象に対して相対変位可能に設けられる４つのコイルと、時間的な位相を互いに９０°ずらして各コイルを励磁する励磁信号発生器と、前記励磁信号発生器を通じて励磁された際に、各コイルに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、特定のコイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、前記第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングで取り込む単一のＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器により前記第１および第２のタイミングで取り込まれる前記合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、前記検出対象の位置を演算する演算器と、を備えてなることをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、４つのコイルを直列に接続したうえで、これらコイルに対して時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁される。また、Ａ／Ｄ変換器の取り込みタイミングとして、第１および第２のタイミングが設定されて、これら２回のタイミングで４つの二次コイルの合成信号が取り込まれる。第１のタイミングは、特定の二次コイルに発生するアナログ電圧の振幅が最大になるタイミング、第２のタイミングは、第１のタイミングに対して前記アナログ電圧の位相が９０°だけずれるタイミングとされる。
【０００８】
このため、第１のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号は、１８０°の位相差で励磁される特定のコイルを含む２つのコイルに発生する合成信号に応じた値になる。第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号は、残りの２つのコイルに発生する合成信号に応じた値になる。そしてこれら第１および第２のタイミングでサンプリングされる合成信号の値は、検出対象の位置に応じて変化する。すなわち、第１および第２のタイミングでサンプリングされる合成信号の値の組み合わせは、検出対象の位置に対して一義的なものとなる。
【０００９】
したがって、単一のＡ／Ｄ変換器により、第１および第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象の位置を検出可能となる。ここで、１８０°の位相差で励磁される２つのコイルを一組とする２組のコイル対の合成信号を、各組に対応する２つのＡ／Ｄ変換器により別々に取り込むことも想定されるところ、この場合と異なり、本発明では、単一のＡ／Ｄ変換器を設けるだけでよいので、その分、位置検出装置の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記励磁信号発生器は、励磁周波数の４倍のクロック周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで各コイルを励磁することをその要旨とする。
【００１１】
本発明によれば、クロック信号のサンプリングのタイミングをずらすことにより、クロック周波数の１／４の周波数を有する励磁信号、ひいては時間的な位相が互いに９０°ずれる４つの励磁信号を簡単に生成可能である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求２に記載の位置検出装置において、前記各コイルは、同一の設置面に設け、前記検出対象は、前記設置面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられることをその要旨とする。
【００１３】
本発明によれば、設置面に対する距離の変化に応じた合成信号が生成される。この合成信号に基づき検出対象の変位を検出可能となる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の位置検出装置において、前記設置面は平面とする一方で、当該平面に直交するように前記特定の軸を設定し、前記検出対象は、前記特定の軸に沿う方向において前記各コイルに対向するとともに、当該特定の軸に沿う方向における前記平面との距離を変化させる態様で変位可能に設けられることをその要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、検出対象とコイルの設置面である平面との距離に応じた合成信号が得られる。この合成信号に基づき、検出対象に対する平面へ向けた外力が印加された位置、すなわち押圧位置を検出可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置において、前記各コイルは、前記特定の軸を中心とする仮想円筒面に沿って設け、前記検出対象は、前記特定の軸、または当該特定の軸に平行をなす他の軸を中心として回転可能に設けられることをその要旨とする。
【００１６】
本発明によれば、単一のＡ／Ｄ変換器により、第１および第２のタイミングで取り込まれる４つのコイルの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象の回転位置を検出可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、位置検出装置の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態における位置検出装置の分解斜視図、（ｂ）は、同じく基板の下面図。
【図２】図１の１−１線断面図。
【図３】位置検出装置の回路ブロック図。
【図４】Ａ／Ｄ変換器の取り込みタイミングを示す出力信号の波形図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、励磁信号の生成方法を示すクロック信号の波形図。
【図６】（ａ）は、図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、押下されないときの各波形図。
【図７】（ａ）は、押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図７（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図８】（ａ）は、他の押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図８（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図９】（ａ）は、他の押下位置を示す図１の２−２線矢視図、（ｂ）は、図９（ａ）に示される押下位置において押下されたときの各波形図。
【図１０】第２の実施の形態における位置検出装置の回路ブロック図。
【図１１】第３の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示す斜視図。
【図１２】他の実施の形態における図２に対応する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明を、検出対象に対する押圧位置を検出する押圧位置検出装置に具体化した一実施の形態を図１（ａ），（ｂ）〜図６（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、押圧位置検出装置１１は、絶縁性を有する基板１２、および基板１２に対向する検出対象１３を備えてなる。検出対象１３は、鉄あるいはフェライトなどの磁性体により矩形板状に形成されている。基板１２と検出対象１３の四隅との間には、４つの圧縮コイルばね１４がそれぞれ介在されている。検出対象１３は、通常、基板１２の表面に対して平行をなす状態に維持される。
【００２１】
図２に示すように、検出対象１３の基板１２と反対側の側面に対して外力が印加された場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、基板１２に近接する方向へ変位する。たとえば、検出対象１３の中央に対して基板１２へ向けた外力が印加された場合、検出対象１３は、基板１２に対する平行状態を維持しつつ、４つの圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して基板１２に近接する方向へ変位する。また、検出対象１３の中央以外の部位に対して基板１２へ向けた外力が印加された場合、検出対象１３は、基板１２の表面に対して傾斜しつつ、４つの圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して基板１２に近接する方向へ変位する。
【００２２】
押圧位置検出装置１１は、この検出対象１３の変位を検出し、その検出結果に基づき検出対象１３における外力が印加された部位、すなわち検出対象１３に対する押圧位置を検出する。そして、当該押圧位置を検出するために、つぎのような構成が採用されている。
【００２３】
すなわち、図１（ａ）に示すように、基板１２の表面には、導線がらせん状に巻回されてなる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが設けられている。これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板１２に直交する軸線回りに９０°ごとに設けられるとともに、互いに直列に接続されている。また、図１（ｂ）に示すように、基板１２の裏面には、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが設けられている。これら第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄも、基板１２に直交する軸線回りに９０°ごとに設けられている。また、これら第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄは、基板１２を介して第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対向している。第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄの両端、および互いに直列接続された第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの両端は、それぞれ検出回路１７に接続されている。
【００２４】
検出回路１７は、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３の変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧（正確には、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ誘起される電圧の和である合成信号）に基づき、検出対象１３の位置を求める。
【００２５】
第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄにそれぞれ誘起される電圧は、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対する検出対象１３の近接位置関係に応じて変化する。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、検出対象１３との距離に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、これらに対応する第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄとの間の磁気結合（電磁誘導結合）の度合いが変化する。検出対象１３が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して近接するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は大きくなる。逆に、検出対象１３が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して離間するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は小さくなる。
【００２６】
＜検出回路＞
つぎに、検出回路１７の構成について説明する。図３に示すように、検出回路１７は、Ａ／Ｄ変換器２１、および演算器２２を備えてなる。また、検出回路１７は、励磁信号発生器２３、および取り込みタイミング制御器２４を備えてなる。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器２１は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力電圧（アナログ電圧）の和である合成信号を取り込み、この取り込まれる合成信号をデジタル信号（デジタル値）に変換する。
【００２８】
演算器２２は、Ａ／Ｄ変換器２１により生成されるデジタル信号に基づき、検出対象１３の変位、すなわち検出対象１３に対する押圧位置を演算する。
励磁信号発生器２３は、励磁信号を生成し、この生成した励磁信号を第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ印加する。本例では、励磁信号発生器２３は、励磁信号の周波数の４倍のクロック周波数を有している。すなわち、励磁信号発生器２３の発振器は、励磁信号の周波数の４倍の周波数を有するクロック信号を生成する。たとえば、励磁信号の周波数が１０ｋＨｚとした場合、励磁信号発生器２３のクロック周波数は４０ｋＨｚとされる。励磁信号発生器２３は、発振器により生成されるクロック信号に基づき設定されるタイミングで、時間的な位相が互いに９０°ずれた４つの励磁信号を生成し、これら生成される励磁信号を第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ印加する。具体的には、第１の一次コイル１６ａに印加する励磁信号の位相を基準、すなわち位相差０°としたとき、第２の一次コイル１６ｂには１８０°、第３の一次コイル１６ｃには９０°、第４の一次コイル１６ｄには２７０°の位相差を有する励磁信号を印加する。
【００２９】
励磁信号発生器２３は、これら励磁信号をつぎのようにして生成する。すなわち、図５（ａ）に示されるように、４０ｋＨｚのクロック信号において、４周期ごとにタイミングをとれば、１０ｋＨｚの励磁信号が生成可能である。そして、図５（ｂ）に示されるように、クロック信号のサンプリングのタイミングを、たとえば１パルス分ずつずらすことにより、９０°の位相差を有する励磁信号の生成が可能である。
【００３０】
取り込みタイミング制御器２４は、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄに対して励磁信号を印加するタイミングと、互いに直列に接続された第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号を取り込むタイミングとの同期をとる。すなわち、取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号、およびＡ／Ｄ変換器２１の変換結果をそれぞれ取り込み、これら取り込まれるクロック信号、およびＡ／Ｄ変換結果に基づき、Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングを制御する。
【００３１】
取り込みタイミング制御器２４は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄのうち特定の二次コイル（たとえば、第１の二次コイル１５ａ）の出力電圧の振幅が最大になる第１のタイミングＴ１を記憶している。図４に示されるように、取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号に基づき、第１のタイミングＴ１が到来した旨検出されるごとに、合成信号のＡ／Ｄ変換結果を取り込む旨示す指令信号を生成する。また、取り込みタイミング制御器２４は、第１のタイミングＴ１に対して特定の二次コイル（ここでは、第１の二次コイル１５ａ）の時間的な位相が９０°だけずれる第２のタイミングＴ２も記憶している。取り込みタイミング制御器２４は、励磁信号発生器２３において生成されるクロック信号に基づき、第２のタイミングＴ２が到来した旨検出されるごとに、合成信号のＡ／Ｄ変換結果を取り込む旨示す指令信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器２１は、取り込みタイミング制御器２４において生成される指令信号に基づき、合成信号を取り込む（正確には、ＲＡＭに格納する）。なお、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２は、実験あるいはシミュレーションなどによって予め求められる。
【００３２】
＜押圧位置の検出方法＞
つぎに、押圧位置検出装置による押圧位置の検出方法について説明する。なお、ここでは、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａ（電圧）の振幅が最大となるタイミングを第１のタイミングＴ１、この第１のタイミングＴ１に対する出力信号Ｖａの時間的な位相が９０°だけずれるポイントを第２のタイミングＴ２とする。
【００３３】
＜通常の状態＞
まず、図６（ａ）に示されるように、検出対象１３に対して外力が印加されない通常状態である旨検出する方法を説明する。
【００３４】
この場合、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号の振幅は、図６（ｂ）のグラフに示されるように変化する。第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂは、互いに位相が１８０°ずれる。これは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂは、互いに逆位相で励磁されるからである。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂに対して、それぞれ位相が９０°だけずれる。これは、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄは、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂに対してそれぞれ９０°ずつ位相をずらして励磁されるからである。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに位相が１８０°ずれる。これは、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄは、互いに逆位相で励磁されるからである。
【００３５】
このため、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂ、ならびに第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。ひいては、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和である合成信号Ｖａｄの値も０（零）となる。したがって、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、それぞれ０となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３が押下されていない通常状態である旨検出する。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと検出対象１３との間の距離は、それぞれ同等であることが分かる。
【００３６】
なお、この通常状態において、検出対象１３の中央部であるポイントＰ０に外力が印加された場合、各出力信号Ｖａ〜Ｖｄの振幅は増大するものの、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２における第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、それぞれ０となる。第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと検出対象１３との間の距離は、前述の通常状態のときに比べて小さくなるものの、同等であることに変わりはない。このため、検出対象１３のポイントＰ０に対する外力の印加の有無を検出する場合には、たとえば基板１２に近接センサなどの検出手段を別途設ける。検出回路１７は、合成信号Ｖａｄの値が０（零）に維持される状態で、検出手段を通じて検出対象１３の基板１２に対する近接が検出される場合には、検出対象１３のポイントＰ０が押下された旨判定する。
【００３７】
また、ポイントＰ０の押下の検出が要求されない場合には、押圧位置検出装置を、つぎのように構成してもよい。すなわち、図１２に示すように、検出対象１３の裏面（基板１２側の面）において、ポイントＰ０に対応する部位にピボット軸１８を設け、当該ピボット軸１８を支点として検出対象１３を傾動可能とする。
【００３８】
＜第１のポイントＰ１が押下された場合＞
つぎに、図７（ａ）に第１のポイントＰ１で示されるように、検出対象１３における第１の二次コイル１５ａの近傍の部位に対して大きな外力が印加された場合について説明する。
【００３９】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第１の二次コイル１５ａに近接する一方で、第２の二次コイル１５ｂに対しては離間するように傾斜する。すると、図７（ｂ）に示されるように、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂは、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間することにより、振幅が小さくなる（図中では、０に近似した状態を示す）。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの振幅は、通常状態のときと同様に変化する。
【００４０】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａと同様に変化する。すなわち、第１のタイミングＴ１における合成信号Ｖａｂの振幅は、先の通常状態の場合に比べて、正の値で増大する。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに逆位相であって、互いにキャンセルされるからである。このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和で表される合成信号Ｖａｄの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａと同様に変化する。
【００４１】
したがって、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた正の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値は０（零）となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第１の二次コイル１５ａに対応する部位である旨認識可能である。検出回路１７は、検出対象１３に対する押圧位置に関する情報を生成する。
【００４２】
＜第２のポイントＰ２が押下された場合＞
つぎに、図８（ａ）に第２のポイントＰ２で示されるように、検出対象１３における第２の二次コイル１５ｂの近傍の部位に対して大きな外力が印加された場合について説明する。
【００４３】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第２の二次コイル１５ｂに近接する一方で、第１の二次コイル１５ａに対しては離間するように傾斜する。すると、図８（ｂ）に示されるように、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａは、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間することにより、振幅が小さくなる（図中では、０に近似した状態を示す。）。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの振幅は、通常状態のときと同様に変化する。
【００４４】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの出力信号Ｖａ，Ｖｂの和で表される合成信号Ｖａｂの振幅は、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂと同様に変化する。すなわち、第１のタイミングＴ１における合成信号Ｖａｂの振幅は、先の通常状態の場合に比べて、負の値で増大する。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄの和で表される合成信号Ｖｃｄは、それぞれ０（零）となる。第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの出力信号Ｖｃ，Ｖｄは、互いに逆位相であって、互いにキャンセルされるからである。このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの出力信号Ｖａ〜Ｖｄの和で表される合成信号Ｖａｄの振幅は、第２の二次コイル１５ｂの出力信号Ｖｂと同様に変化する。
【００４５】
したがって、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた負の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値は０（零）となる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第２の二次コイル１５ｂに対応する部位である旨認識可能である。検出回路１７は、検出対象１３に対する押圧位置に関する情報を生成する。
【００４６】
なお、検出対象１３において、第３または第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの近傍の部位が押下された場合についても、前述と同様にして、その押下位置が検出可能である。
＜第３のポイントＰ３が押下された場合＞
つぎに、図９（ａ）に第３のポイントＰ３で示されるように、検出対象１３における第１の二次コイル１５ａおよび第４の二次コイル１５ｄとの間の部位に対して外力が印加された場合について説明する。ここでの外力は、先の第１および第２のポイントＰ１，Ｐ２に印加された外力よりも小さな中程度のものである。
【００４７】
この場合、検出対象１３は、圧縮コイルばね１４の弾性力に抗して、かつ外力の大きさに応じて、第１および第４の二次コイル１５ａ，１５ｄに近接する一方で、第２および第３の二次コイル１５ｂ，１５ｃに対しては離間するように傾斜する。すると、図９（ｂ）に示されるように、第１および第４の二次コイル１５ａ，１５ｄの出力信号Ｖａの振幅は、先の図６（ｂ）に示される通常状態の場合に比べて、検出対象１３が近接する分だけ増大する。これに対して、第２および第３の二次コイル１５ｂ，１５ｃの出力信号Ｖｂ，Ｖｃの振幅は、先の通常状態の場合に比べて検出対象１３が離間する分だけ減少する。
【００４８】
第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの合成信号Ｖａｂの振幅は、第１の二次コイル１５ａの出力信号Ｖａの振幅よりも、逆位相である第２の二次コイル１５ｂの振幅の分だけ小さくなる。すなわち、第１のタイミングＴ１において、合成信号Ｖａｂの値は、正の中程度の値をとる。また、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの合成信号Ｖｃｄの振幅は、第４の二次コイル１５ｄの出力信号Ｖｄの振幅よりも、逆位相である第３の二次コイル１５ｃの振幅の分だけ小さくなる。すなわち、第２のタイミングＴ２において、合成信号Ｖｃｄの値は、負の中程度の値をとる。
【００４９】
そして、第１のタイミングＴ１における第１の合成信号Ｖａｄ１の値は、印加される外力に応じた正の中程度の値となる。また、第２のタイミングＴ２における第２の合成信号Ｖａｄ２の値については、印加される外力に応じた負の中程度の値になる。検出回路１７は、これら第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置は、第１の二次コイル１５ａと第４の二次コイル１５ｄとの間に対応する部位である旨認識可能である。
【００５０】
なお、検出対象１３において、第１の二次コイル１５ａと第３の二次コイル１５ｃとの間、ならびに、第３の二次コイル１５ｃと第２の二次コイル１５ｂとの間、ならびに、第２の二次コイル１５ｂと第４の二次コイル１５ｄとの間のいずれの部位が押下された場合についても、前述と同様にして、その押下位置が検出可能である。
【００５１】
このように、第１のタイミングＴ１においては、第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂの合成信号Ｖａｂが現れる。また、第２のタイミングＴ２においては、第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄの合成信号Ｖｃｄが現れる。このため、Ａ／Ｄ変換器２１が１つであっても、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれ取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３に対する押下位置を検出可能となる。
【００５２】
＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを直列に接続したうえで、これら二次コイルに対して時間的な位相を互いに９０°ずらして励磁するようにした。また、Ａ／Ｄ変換器２１の取り込みタイミングとして、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２を設定して、これら２回のタイミングで第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２を取り込む（すなわち、図示しないＲＡＭに格納する）ようにした。ここで、第１のタイミングＴ１は、特定の二次コイル（ここでは、第１の二次コイル１５ａ）の出力電圧の振幅が最大になるタイミング、第２のタイミングＴ２は、第１のタイミングＴ１に対して前記出力電圧の位相が９０°だけずれるタイミングとした。
【００５３】
このため、第１のタイミングＴ１で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１の合成信号Ｖａｄ１は、１８０°の位相差で励磁される第１および第２の二次コイル１５ａ，１５ｂに発生する合成信号Ｖａｂに応じた値になる。第２のタイミングＴ２で取り込まれる４つのコイルの第２の合成信号Ｖａｄ２は、残りの第３および第４の二次コイル１５ｃ，１５ｄに発生する合成信号Ｖｃｄに応じた値になる。そしてこれら第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２でサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値は、検出対象１３の位置（押圧位置）に応じて変化する。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２でサンプリングされる第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせは、検出対象１３の位置に対して一義的なものとなる。
【００５４】
したがって、単一のＡ／Ｄ変換器２１により、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の値の組み合わせに基づき、検出対象１３の位置を検出可能となる。ここで、１８０°の位相差で励磁される２つの二次コイルを一組とする２組のコイル対の合成信号を、各組に対応する２つのＡ／Ｄ変換器により別々に取り込むことも想定されるところ、この場合と異なり、本例では、単一のＡ／Ｄ変換器２１を設けるだけでよいので、その分、押圧位置検出装置１１の回路構成の簡素化に寄与することができる。
【００５５】
（２）また、回路構成が簡素化されることにより、検出回路１７、ひいては押圧位置検出装置１１の製品コストの低減化にも寄与することができる。
（３）また、検出対象１３に対する任意の押圧位置が検出可能となることから、本例の押圧位置検出装置１１を利用して多方向スイッチ装置を構築することも可能である。
【００５６】
（４）励磁信号発生器２３は、励磁信号の周波数の４倍のクロック周波数を有している。すなわち、励磁信号発生器２３の発振器は、励磁信号の周波数の４倍の周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをそれぞれ励磁する。すなわち、クロック信号のサンプリングのタイミングをずらすことにより、クロック周波数（４０ｋＨｚ）の１／４の周波数（１０ｋＨｚ）を有する励磁信号、ひいては時間的な位相が互いに９０°ずれる４つの励磁信号を簡単に生成可能である。
【００５７】
（５）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、同一の設置面である基板１２の表面に設けた。そして、検出対象１３は、基板１２の表面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられる。具体的には、基板１２には、４つの圧縮コイルばね１４を介して、検出対象１３を支持するようにした。
【００５８】
このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象１３の押下、すなわち検出対象１３に対する基板１２へ向けた外力の印加に伴う、当該検出対象１３と基板１２の表面との間の距離の変化に応じた合成信号を生成する。そして、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象１３における押圧位置を検出可能となる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、本発明を検出対象の回転位置を検出する回転位置検出装置に具体化した第２の実施の形態を説明する。当該回転の検出回路は、先の図３に示される前記第１の実施形態の検出回路と同様の構成とされる。
【００６０】
図１０に示すように、回転位置検出装置３１は、特定の回転軸Ｏを中心として偏心回転する検出対象３２の回転位置を検出する。この検出対象３２は、鉄などの磁性体により、円柱状あるいは円板状に形成される。そして、検出対象３２の外周には、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが非接触状態で設けられている。これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、回転軸Ｏの回りに９０°間隔で設けられている。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、それらの設置面として回転軸Ｏを中心とする仮想円筒面に沿って設けられる。また、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの中心線は、それぞれ回転軸Ｏに交わるように指向している。
【００６１】
検出対象３２が偏心して回転すると、当該回転位置に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄと、検出対象３２との間の距離がそれぞれ変化する。これら距離の変化に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを貫く磁束の量が変化する。その結果、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の大きさも変化する。なお、図１０では省略したが、本例においても、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄのそれぞれに対応して、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが設けられる。
【００６２】
そして、検出回路１７は、前記第１の実施の形態と同様にして、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３の回転変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧に基づき、検出対象３２の回転位置を求める。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれＡ／Ｄ変換器２１に取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３の回転位置が検出される。なお、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の振幅は、検出対象３２と第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの距離の変化に応じて、前記第１の実施の形態に準ずるかたちで変化する。このため、単一のＡ／Ｄ変換器２１が設けられた検出回路１７により、検出対象３２の１回転（３６０°）中の回転位置を検出可能となる。これは、検出対象３２が１回転するごとに、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の波形、ひいてはこれら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの合成信号の振幅は、同様に変化するためである。
【００６３】
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（６）第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、同一の設置面である仮想円筒面の中心軸の回りに９０°間隔で設けた。そして、検出対象３２は、当該仮想円筒面の中心軸と一致する回転軸Ｏを中心として第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに非接触状態で、かつ仮想円筒面との距離を変化させる態様で回転可能に設けられる。
【００６４】
このため、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象１３の回転軸Ｏを中心とする回転に伴う、当該検出対象３２と仮想円筒面（第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄ）との間の距離の変化に応じた合成信号を生成する。そして、前記第１の実施の形態と同様に、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２で取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の値の組み合わせに基づき、検出対象３２の回転位置が検出可能となる。
【００６５】
＜第３の実施の形態＞
つぎに、本発明を検出対象のスライド位置を検出するスライド位置検出装置に具体化した第３の実施の形態を説明する。本例の検出回路は、先の図３に示される前記第１の実施形態の検出回路と同様の構成とされる。
【００６６】
本例は、図１１に示すように、基板１２に対して、検出対象１３を平行にスライド移動させる点で前記第１の実施の形態と異なる。検出対象１３は、基板１２上の第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して一定の距離をおいて、互いに交わる２方向へスライド移動可能に設けられる。
【００６７】
検出対象１３のスライド移動に伴い、対向する第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの端面の面積が変化する。このように、検出対象１３と第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの対向面積の変化に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを貫く磁束の量が変化することにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の大きさも変化する。
【００６８】
そして、検出回路１７は、前記第１の実施の形態と同様にして、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄにそれぞれ励磁信号を印加するとともに、検出対象１３のスライド変位に応じて第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの直列回路に誘起される電圧に基づき、検出対象３２のスライド位置を求める。すなわち、第１および第２のタイミングＴ１，Ｔ２においてそれぞれ取り込まれる第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの第１および第２の合成信号Ｖａｄ１，Ｖａｄ２の組み合わせに基づいて、検出対象１３のスライド位置を検出する。
【００６９】
したがって、本実施の形態によれば、単一のＡ／Ｄ変換器２１が設けられた検出回路１７により、検出対象３２のスライド位置を検出可能となる。
＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
【００７０】
・第１の実施の形態では、検出対象を矩形板状にしたが、円形、楕円形など他の形状としてもよい。
・第２の実施の形態では、円柱状あるいは円板状の検出対象３２を偏心回転させることにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄとの距離を変化させるようにしたが、たとえば検出対象の形状として、いわゆる涙形、あるいは楕円形などの形状を採用してもよい。すなわち、検出対象の回転に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生すればよい。このようにしても、検出対象３２の回転を検出可能である。
【００７１】
・また、第２の実施の形態では、検出対象３２は、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが沿って設けられる仮想円筒面の中心軸でもある回転軸Ｏを中心として偏心回転するようにしたが、仮想円筒面の中心軸（回転軸Ｏ）に平行をなす他の軸を中心として偏心回転するようにしてもよい。このようにしても、検出対象３２の回転に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生する。
【００７２】
・第１〜第３の実施の形態では、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄを同一の設置面上に設けたが、異なる設置面に設けてもよい。すなわち、検出対象１３，３２の変位に応じて、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界の変化が発生すればよい。
【００７３】
・第１〜第３の実施の形態では、検出対象１３を磁性体としたが、電気の導体としてもよい。この導体として、たとえば銅などの非磁性体を検出対象１３として採用することが可能である。この場合、検出対象１３，３２が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して近接するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は小さくなる。逆に、検出対象１３，３２が、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して離間するほど、これら第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに誘起される電圧の値は大きくなる。
【００７４】
・第１〜第３の実施の形態において、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄ、ならびに第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、それぞれ磁性体により形成されるコア（鉄心）に巻回する態様で設けてもよい。
【００７５】
・第１〜第３の実施の形態において、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄ、ならびに第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、基板１２に金属などの導体がプリントされてなる平面アンテナとしてもよい。このようにすれば、位置検出装置の体格を小さくすることが可能である。
【００７６】
・第１〜第３の実施の形態では、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄに個別に励磁信号を印加することにより、互いに直列に接続される第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをそれぞれ励磁するようにしたが、つぎのようにしてもよい。すなわち、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して個別に励磁信号を印加する。このようにすれば、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄが、それぞれ一次コイルとしても機能するので、第１〜第４の一次コイル１６ａ〜１６ｄが省略可能となる。
【００７７】
・第１の実施の形態では押圧位置検出装置として、第２の実施の形態では回転位置検出装置として、第３の実施の形態ではスライド位置検出装置として、本発明を具体化したが、傾斜検出装置として具体化することも可能である。たとえば、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄをケースに固定的に設けるとともに、磁性体により円柱状あるいは円盤状に形成される検出対象を、自重によりケースに対して相対的に変位可能に設ける。ケースが傾斜したとき、検出対象は、ケース、ひいては第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して相対的に変位する。第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄは、検出対象の変位に応じた出力信号を生成する。この生成される出力信号は、ケースの傾斜に応じたものとなる。このように、検出回路１７のＡ／Ｄ変換器２１を単一とした場合であれ、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄに対して相対的に変位することにより、第１〜第４の二次コイル１５ａ〜１５ｄの磁界を変化させる磁性体からなる検出対象の様々な変位を検出可能である。
【００７８】
＜他の技術的思想＞
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）請求項３に記載の位置検出装置において、前記設置面は円筒面とし、前記各コイルは、前記特定の軸としての前記円筒面の中心軸の回りに９０°間隔で設け、前記検出対象は、前記中心軸を中心として、前記円筒面との距離を変化させる態様で回転変位可能に設けられる位置検出装置。この構成によれば、検出対象とコイルの設置面である円筒面との距離に応じた合成信号が得られる。この合成信号に基づき、検出対象の回転位置を検出可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１１…押圧位置検出装置、１２…基板、１３，３２…検出対象、１５ａ〜１５ｄ…第１〜第４の二次コイル、１６ａ〜１６ｄ…第１〜第４の一次コイル、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…演算器、２３…励磁信号発生器、３１…回転位置検出装置、Ｔ１…第１のタイミング、Ｔ２…第２のタイミング。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の軸の回りに９０°間隔で設けられ、かつ、互いに直列に接続された状態で、磁性体または導体からなる検出対象に対して相対変位可能に設けられる４つのコイルと、
時間的な位相を互いに９０°ずらして各コイルを励磁する励磁信号発生器と、
前記励磁信号発生器を通じて励磁された際に、各コイルに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、特定のコイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、前記第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングで取り込む単一のＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器により前記第１および第２のタイミングで取り込まれる前記合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、前記検出対象の位置を演算する演算器と、を備えてなる位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記励磁信号発生器は、励磁周波数の４倍のクロック周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで各コイルを励磁する位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求２に記載の位置検出装置において、
前記各コイルは、同一の設置面に設け、
前記検出対象は、前記設置面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられる位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記設置面は平面とする一方で、当該平面に直交するように前記特定の軸を設定し、
前記検出対象は、前記特定の軸に沿う方向において前記各コイルに対向するとともに、当該特定の軸に沿う方向における前記平面との距離を変化させる態様で変位可能に設けられる位置検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置において、
前記各コイルは、前記特定の軸を中心とする仮想円筒面に沿って設け、
前記検出対象は、前記特定の軸、または当該特定の軸に平行をなす他の軸を中心として回転可能に設けられる位置検出装置。
【請求項１】
特定の軸の回りに９０°間隔で設けられ、かつ、互いに直列に接続された状態で、磁性体または導体からなる検出対象に対して相対変位可能に設けられる４つのコイルと、
時間的な位相を互いに９０°ずらして各コイルを励磁する励磁信号発生器と、
前記励磁信号発生器を通じて励磁された際に、各コイルに発生するアナログ電圧の和である合成信号を、特定のコイルに発生する電圧が最大になる第１のタイミング、および、前記第１のタイミングにおける前記電圧の位相が時間的に９０°ずれる第２のタイミングで取り込む単一のＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器により前記第１および第２のタイミングで取り込まれる前記合成信号のデジタル値の組み合わせに基づき、前記検出対象の位置を演算する演算器と、を備えてなる位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記励磁信号発生器は、励磁周波数の４倍のクロック周波数を有するクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づき設定されるタイミングで各コイルを励磁する位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求２に記載の位置検出装置において、
前記各コイルは、同一の設置面に設け、
前記検出対象は、前記設置面に対する距離を変化させる態様で変位可能に設けられる位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置検出装置において、
前記設置面は平面とする一方で、当該平面に直交するように前記特定の軸を設定し、
前記検出対象は、前記特定の軸に沿う方向において前記各コイルに対向するとともに、当該特定の軸に沿う方向における前記平面との距離を変化させる態様で変位可能に設けられる位置検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置において、
前記各コイルは、前記特定の軸を中心とする仮想円筒面に沿って設け、
前記検出対象は、前記特定の軸、または当該特定の軸に平行をなす他の軸を中心として回転可能に設けられる位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２０３７５（Ｐ２０１２−２２０３７５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７４５９（Ｐ２０１１−８７４５９）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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