距離測定用集成電路的制作方法

專利名稱：距離測定用集成電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測相對于金屬等的導電性物質的位置的距離測定用IC(集成電路)。檢測相對導電性物質的距離的技術已在許多工業機械中應用。因此，本發明的距離測定用IC是在整個工業中廣為應用的技術。當用本發明的距離測定用IC測量機械手的位置時，就有可能高精度地控制機械手。因此，在用機器人的所有的制造工程中，都可應用本發明的距離測定用IC。此外，當把本發明的距離測定用IC放入位置檢測器的內部時，也可以實現高精度地檢測壓力。
一般說，電子電路可分為集總電路和分布電路。集總電路可以用常微分方程式來記述，而分布電路則可以用偏微分方程式記述。因此，集總電路和分布電路的數學上(mathematical)的處理完全不同。現有的距離測定裝置幾乎全部都是集總電路。本發明的距離測定用IC利用分布電路。
如果是集總電路的話，則電路的電感、電容和電阻是恒定的，即使頻率等發生變化它們的值也不會變化。然而，在分布電路中，當頻率變高時，常常會有電容等效地變化或者電感等效地變化。本發明是利用了分布電路的電路參數的變化的距離測定用IC。本發明者，除了本發明的距離測定用IC之外，尚未發現利用了分布電路的距離測定裝置。
用于測定距離的距離測定裝置有利用光學式器件的方式和利用電磁式器件的方式。本發明最近的現有距離測定裝置是電磁式的位置檢測方法。在電磁式位置檢測中，有用電磁感應的方法和用靜電耦合的方法。這些都用集總電路構成。本發明的距離測定用IC應用分布電路。因此，本發明的距離測定用IC本質上與現有方法不同。現有的距離測定裝置如下所示。
現有的電磁式距離測定裝置應用把導線繞成3維的電感器。在通常的情況下，在鐵氧體等的磁性物質的周圍繞以銅線構成電感器。

圖1示出應用了3維狀分布的電感器的距離測定裝置。采用把線圈繞到磁性材料21上的辦法，構成3維狀的電感器。線圈中流過交流電流。當鐵氧體22接近3維狀的電感器時，流到繞線線圈中的電流就將變化。采用測定該變化的辦法，來測定鐵氧體22與磁性材料21的距離。
用繞線線圈磁性測定距離的距離測定裝置有下述缺點。
(1)為了在線圈中流動電流來形成磁通，電力消耗增大，電源裝置將變大。
(2)由于線圈中流的電流多，故發熱量也多。
(3)磁通向周圍泄露，發生噪聲。
(4)需要把導線繞成線圈狀的工序，價格將變高。
(5)由于把導線繞成線圈狀，故不能小型化。
(6)由于使用鐵氧體等的磁性物質構成磁回路，故不可能提高測定精度。
(7)由于可利用的頻率低，故也不適合高速測定。
在本發明的距離測定用IC中，向2維狀分布的平面狀電感器中流以周期性變化的交流電流。一般說，2維狀分布的平面狀電感器中，有折線式和螺旋式兩種。圖2示出的是在絕緣物質3的表面上邊配置折線式的2維狀分布的平面狀電感器1的例子。2維狀分布的平面狀電感器1用銅等的導電性物質制作。絕緣物質3通常用紙、苯酚、玻璃環氧樹脂等印刷基板材料制作。
在圖3中，示出了在絕緣物質33的表面上配置螺旋式的2維狀分布的平面狀電感器31的例子。本發明的距離測定用IC中所用的平面狀電感器中流有頻率非常高的電流。通常使用從30MHz到1000MHz的高頻。當頻率變得非常高時，在導體中流動的電流就在表面上流動而不在內部流動。這一現象叫做趨膚效應(skin effect)。由于要想高速地測定距離，就要用高的頻率，故因趨膚效應，僅僅可以利用在平面狀電感器的表面附近發生的現象。以下，對導電性物質接近2維狀分布的平面狀電感器的表面情況和導電性物質接近3維狀分布的電感器的表面情況進行比較。
用使用導電性物質接近3維狀分布的電感器的全部表面的方法來測定距離的裝置，構造將變得極其復雜。因此，在3維狀分布的電感器中，在6個表面中可以利用的表面只有1個面，不能使位于其它面上的電感器的電感發生變化。但是，使導電性物質接近2維狀分布的平面狀電感器的表面，則可以用簡單的構造來實現。當減少導電性物質與平面狀電感器的距離時，兩者就進行靜電耦合。在3維狀分布的電感器的表面上發生的靜電耦合不能全部有效地利用。但是，在2維狀分布的平面狀電感器的表面上發生的靜電耦合，則全部可以有效地利用。由于電磁感應出來的電流的抵消作用，電感器的電感將降低。3維狀分布的電感器的電感的變化率比2維狀分布的電感器的電感的變化率還低。所以，當用2維狀分布的電感器測定距離時，可以得到比用3維狀分布的電感器還好的靈敏度。作為結論，為了縮短測定時間，采用使高頻電流流向2維狀分布的平面狀電感器，并有效地利用在其表面上發生的靜電感應的辦法，就可以實現高靈敏度的距離測定用IC。
作為利用光學器件的方式，雖然也有用激光等光學式進行檢測的方法，但本發明是電磁式的測定距離的裝置，沒有使用光學性的技術。利用光學器件的距離測定裝置具有下述缺點。
(1)由于需要發光器件和受光器件，故電力消耗大。
(2)由于需要發光器件和受光器件，故構造復雜，要制作小型裝置是困難的。
(3)由于不可能用便宜的硅制作發光和受光器件，故價格高。
(4)由于必須使從發光器件發出來的光線完全照射到受光器件上，故難于調整。
在應用3維狀分布的電感器的距離測定裝置中，利用由流入電感器的電流所發生的磁力線。當導電性物質接近3維狀分布的電感器時，所發生的磁力線貫通導電性物質并因電磁感應現象而在導電性物質中將流過渦旋電流。借助于這一現象，3維狀分布的電感器與導電性物質進行電磁耦合。電磁耦合的強度與3維狀分布的電感器和導電性物質的距離成反比。所發生的電磁耦合的強度可采用對流入電感器的電流進行檢測的辦法進行檢測。因此，由流入電感器的電流的測定結果來測定3維狀分布的電感器和導電性物質之間的距離。因此，3維狀分布的電感器作為測定距離的IC，可以利用的是所發生的磁力線。從結果上看，如果用3維狀分布的電感器，則作為距離測定裝置可以利用的是磁力線向上的一個平面，不能利用其它的平面。因此，要想增加距離測定裝置的靈敏度的話，就需要用使之發生強磁力線的大電流。然而，當流過大電流時電力消耗將增加。電力消耗增加時有如下缺點。
(1)必須加大電源。
(2)電力消耗增大時，發熱量也將增多，故溫度將升高，有時處于周圍的電子電路會工作不正常。
(3)若利用強的磁力線，則將在周圍發生噪聲，對周圍機器將產生不利的影響。
從以上的考察可知，要制作高精度的距離測定裝置，就必須減少流入電感器的電流來提高靈敏度。為此，由于比起采用需要大電流的電磁耦合來，用靜電耦合的一方電流少，所以性能將會變好。就是說，測定距離的電感器和導電性物質進行靜電式地耦合。為了最大地進行靜電耦合，把用于測定距離的電感作成為2維狀的構造。當導電性的物質接近2維狀分布的平面狀電感器時，由于靜電耦合將變得最大，所以將增加測定距離的平面狀電感器的靈敏度，使電力消耗變得最小。當2維狀分布的平面狀電感器和導電性物質進行靜電耦合時，2維狀分布的平面狀電感器的導體部分和導電性物質將變成為等效電容器。就是說，2維狀分布的平面狀電感器的導體部分將變成分布電容器的一個電極，另一個電極為導電性物質。一般地說，當在電路中流動的電流的頻率變高時，雖然向電容器中流的電流將增加，但向平面狀電感器流的電流將減少。當2維狀分布的平面狀電感器和導電性物質的距離變短時，分布電容器的電容值將增加，所以2維狀分布的平面狀電感器的電感值將等效地減少。就是說，由于電感值減少，流入振蕩器的電流的頻率將增加。因此，如果檢測出頻率的變化，則可以測定2維狀分布的平面狀電感器和導電性物質的距離的變化。
測定距離的裝置大多內裝于機器人或機械裝置中使用。以下，對距離測定裝置應具備的條件進行說明。
(1)構造應當簡單。
(2)價格應當便宜。
(3)由于安裝空間受限，故應當體積小而重量輕。
(4)測定靈敏度應當好。
(5)應當能夠進行高速測定。
(6)應當能夠進行集成電路化。
(7)從距離測定IC發生的噪聲應當少。
(8)消費功率應當少。
本發明就是以實現滿足以上的條件的距離測定用IC為目的而開發出來的。
本發明的上述和其它的目的和特點從用附圖進行的下述詳細說明中將會更加清楚明白。
距離測定用IC具備有內置于封裝之內的振蕩器，設于內置有該振蕩器的封裝的表面上，同時連接到振蕩器上并指定振蕩器的振蕩頻率的平面狀電感器。當導電性物質接近IC封裝的表面時，振蕩器的振蕩頻率就因平面狀電感器而變化。對振蕩頻率進行檢測，就可以檢測出導電性物質的接近距離。雖然導電性物質主要是金屬，但是，本發明的距離測定用IC也可以測定非金屬導電性物質，例如，導電性液體等的接近距離。
距離測定用IC，把振蕩器的振蕩頻率設定為例如30MHz以上，理想的是設定為30～1000MHz的范圍內。
如果對用3維狀分布的電感器的現有距離測定裝置和已把2維狀分布的平面狀電感器設于IC封裝的上表面上的本發明的距離測定IC進行比較，則本發明的距離測定用IC有如下特征。
(1)本發明的距離測定用IC上所裝備的平面狀電感器可以用印刷技術制作。因此，可以便宜地大量生產。由于要想制作3維狀分布的電感器需要繞線工序，故制造價格高。
(2)由于2維狀分布的平面狀電感器位于平面上邊，體積變小，且在IC封裝的上表面上可以配設得薄。因此，可以把整個距離測定用IC制作得小。3維狀分布的電感器則難于使之小型化。
(3)由于2維狀分布的平面狀電感器位于平面上邊，故可以最大限度地利用靜電感應。因此，可以減小電力消耗。3維狀分布的電感器可以利用靜電感應的面積狹小，故利用電磁感應。因此，電力消耗變大。
(4)實際上，由于在工業機械上用得多的是金屬等導電性物質，故可以在廣闊的范圍內應用本發明的距離測定用IC來測定距離。
(5)由于平面狀電感器形成2維狀分布，故在平面狀電感器與導電性物質之間發生的靜電性的耦合將變得緊密。因此，由于平面狀電感器的全部的電感值L等效地變化，故可以有效地利用電感值L。因此，距離測定的靈敏度將會變得良好。
(6)距離測定用IC構造簡單，重量輕，價格便宜，故可以在制造業等中廣為使用。
(7)由于平面狀電感器位于平面上邊，故可以有高的距離測定分辨率。
圖1的斜視圖示出了用3維狀繞制導線的電感器的現有距離測定裝置。
圖2的斜視圖示出了折線形2維狀分布的平面狀電感器。
圖3的斜視圖示出了螺旋形2維狀分布的平面狀電感器。
圖4的斜視圖示出了已配置到本發明的實施例的距離測定用IC的集成電路的上表面上的平面狀電感器。
圖5的斜視圖示出了導電性物質接近已配置到本發明的另一個實施例的距離測定用IC的集成電路的上表面絕緣物質上的平面狀電感器的狀態。
圖6的剖面圖示出了距離測定用IC的平面狀電感器和導電性物質的Y軸方向的剖面。
圖7的剖面圖示出了導電性物質接近圖6示出的距離測定用IC的平面狀電感器后的狀態。
圖8的剖面圖示出了圖5示出的距離測定用IC的平面狀電感器和導電性物質的X軸方向的剖面。
圖9的示意圖示出了在圖8示出的距離測定用IC的平面狀電感器和導電性物質上因靜電感應電荷而發生的電流。
圖10的剖面圖示出了在本發明的另一實施例的距離測定用IC的平面狀IC的表面上覆以絕緣物質的情況下的Y軸方向的剖面。
圖11的剖面圖示出了在圖5示出的距離測定用IC的平面狀電感器上平行地移動導電性物質的情況。
圖12的剖面圖示出了圖11的導電性物質進一步進行平行移動后大面積重疊的狀態。
圖13的曲線示出了本發明的距離測定用IC的振蕩器的頻率f和距離d的關系。
圖14示出了本發明的距離測定用IC的框圖的一個例子。
圖15的電路圖示出了圖14示出的距離測定用IC中所用的放大器之一例。
圖16的電路圖示出了圖14的距離測定用IC中所用的反饋網絡之一例。
圖17的剖面圖示出了作為本發明的距離測定用IC的實施例1的筆(pen)的構造的一個例子。
圖18的電路圖示出了圖17的筆上所搭載的振蕩器的一個例子。
圖19示出了對內置于圖17的筆中的位置檢測棒的位置進行檢測的框圖。
圖20的曲線示出了本發明的距離測定用IC中相對導電性物質的基準點的偏離距離x和振蕩頻率f的關系。
圖21的剖面圖示出了作為本發明的實施例2的膜厚測定器的構造。
在本發明的距離測定用IC中即使在平面狀電感器的電感值L小的情況下，測定靈敏度也是良好的。小電感值的2維狀分布的平面狀電感器配置于IC封裝的上表面上。本發明的距離測定用IC的特征之一，是把2維狀分布的平面狀電感器配置到集成電路封裝的上部。
在圖4中，示出了已配置于集成電路42上表面絕緣物質上的平面狀電感器41。該圖的集成電路42已用塑料或陶瓷等的封裝封了起來。在這些絕緣物質上邊已配置上2維狀分布的平面狀電感器。在IC的引出腳412上已連接上2維狀分布的平面狀電感器41的端子。在本說明書中，為了說明向折線形的平面狀電感器中流的電流，如圖4所示那樣確定X軸、Y軸和Z軸。
在圖5中，示出了在集成電路52上表面上配置絕緣物質53，再在其上邊配置2維狀分布的平面狀電感器51的距離測定用IC。示出了導電性物質510向2維狀分布的平面狀電感器51接近的情況。假定導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的距離為d。當導電性物質510接近2維狀分布的平面狀電感器51時，向平面狀電感器51中流的電流將發生變化。把該電流的變化變換成振蕩器的頻率，測量頻率就可以測定導電性物質510與2維狀分布的平面狀電感器51之間的距離。
在圖6中，示出了導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的距離d大的情況下發生的靜電感應。在圖6中，示出了Y軸方向的剖面圖，表示出圖6和圖5已顛倒了過來。在圖6中，電流所發生的磁力線用實線箭頭表示，靜電感應用虛線表示。由于在2維狀分布的平面狀電感器51中流的電流少，故所發生的磁力線少。當向2維狀分布的平面狀電感器51中流入電流時，在導電性物質510的表面上將產生靜電感應。如圖6所示，由于在距離d大的時候，靜電感應的效果弱，故在導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器511發生的分布電容器511的電容值小。雖然將由于向2維狀分布的平面狀電感器51中流的電流而發生磁力線，但由于距離d大，電磁性的耦合弱。
在圖7中示出了導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的距離短的情況下發生的靜電感應。在該圖中，磁力線也用實線表示，靜電感應用虛線表示。如圖7所示，當距離d變短時，2維狀分布的平面狀電感器51和導電性物質510靜電感應耦合得強。由于靜電感應變強，在導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間發生的分布電容器511的電容值將變大。
在圖8中，示出了在導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間發生的分布電容器511。假定電流向2維狀分布的平面狀電感器51中流動的方向為X方向，在圖8中示出了向著X軸方向的剖面。在絕緣物質53的上邊，有2維狀分布的平面狀電感器51，由于把電壓加于其上，故已產生了電荷。所產生的電荷用正號和負號表示。當導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間的距離d變短時，靜電感應的效果將變強，在導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間所發生的分布電容器511的電容值將變大。因此在導電性物質510上，將由于靜電感應的效果而出現與2維狀分布的平面狀電感器51符號不同的電荷。用正號和負號表示在導電性物質中感應出來的電荷。
在圖9中，示出了導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的X軸方向的剖面。在絕緣物質53的上邊，有2維狀分布的平面狀電感器51，電流i正在其中流動。在導電性物質510上，將由于靜電感應的作用而出現與2維狀分布的平面狀電感器51符號不同的電荷。用I表示因感應出來的電荷而流動的電流。電流I的流動方向和電流i的流動方向相反。當距離d變小時，導電性物質中流動的電流I將變大。流向2維狀分布的平面狀電感器51的電流i在空間中發生磁力線，所發生的磁力線借助于與電流i進行電磁耦合形成自感。自感與2維狀分布的平面狀電感器51的電感L相對應。
然而，另一方面，流向導電性物質510的電流I也在空間中產生磁力線。由于電流I的方向和電流i的方向相反，故電流I所發生的磁力線的方向是電流i發生的磁力線的逆方向。因此電流i發生的磁力線將因被電流I發生的磁力線抵消而變小。因此，采用使導電性物質510接近2維狀分布的平面狀電感器51的辦法，就將等效地減少2維狀分布的平面狀電感器51的電感L。
就是說，如導電性物質510與2維狀分布的平面狀電感器51之間的距離d變小，則電感L將等效地減少。反之，如距離d增加，則電感L也將等效地增加。所以，如果把電感L的變化作為振蕩器頻率的變化來測定，則就可以測定距離d的變化。在本發明的距離測定用IC中，當電感L變化時，由于振蕩器的頻率f也將變化，故采用用頻率計數器測定頻率f的辦法，就可以測定2維狀分布的平面狀電感器51與導電性物質510之間的距離d。
一般地說，當流向電氣電路的電流的頻率變高時，流入電感器的電流將減小，而流入電容器的電流將增加。在本發明的距離測定用IC中，應用2維狀分布的平面狀電感器51。因此，當導電性物質510接近上述的平面狀電感器51時，上述導電性物質510和上述的平面狀電感器51將進行電磁耦合。如圖8所示，采用使上述平面狀電感器51將成為分布電容器511的一個電極，導電性物質510變成為分布電容器511的另一個電極的辦法，使兩者進行靜電性地耦合。因此，如圖9所示，當導電性物質510和平面狀電感器51之間的距離變短時，分布電容器511的電容值將增加。因此，在流向電路的電流頻率高的情況下，經由分布電容器511流向導電性物質510的電流增多。由流向導電性物質510中的電流發生的磁通和由流向平面狀電感器51的電流發生的磁通進行電磁耦合互相抵消。所以，2維狀分布的平面狀電感器51的電感值將等效地減少。由2維狀分布的平面狀電感器51的電感L和集總型電容器的電容C決定的振蕩器的頻率f可用下式表示。
f×f×L×C=(1/2π)×(1/2π)(1)根據式(1)，如果平面狀電感器51的電感L減少，則振蕩器的頻率f將增加。振蕩器的頻率f可以用頻率計數器進行測定。由于當導電性物質510接近2維狀分布的平面狀電感器51，兩者間的距離減少時，分布電容器511的電容值將增加，所以流入導電性物質510的電流將增加。因此，電磁耦合的強度也將增加。2維狀分布的平面狀電感器51的電感L將因這些之間的抵消效果而等效地減少。因此，如果測定振蕩器的頻率f的變化，則可以測定導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間的距離變化。
在圖10中，示出了集成電路102的Y軸剖面。在集成電路102的下部，有IC的引出腳1012，通常IC的引出腳1012裝配于印刷基板上。在集成電路102的上部，配置2維狀分布的平面狀電感器101。2維狀分布的平面狀電感器101已被絕緣物質103覆蓋。由于示于該圖中的平面狀電感器101已被絕緣物質103覆蓋，故即使導電性物質1010接近平面狀電感器101，導電性物質1010也不會直接接觸平面狀電感器101。由于絕緣物質103薄，故當導電性物質1010接近2維狀分布的平面狀電感器101時，幾乎和沒有絕緣物質103的情況一樣，將產生電磁現象。因此，在本發明中也包括2維狀分布的平面狀電感器101已被絕緣物質103覆蓋的情況。
其次，考察導電性物質平行地向2維狀分布的平面狀電感器移動的情況。如圖11所示，當導電性物質510對2維狀分布的平面狀電感器51在Y軸方向上平行移動時，2維狀分布的平面狀電感器51和導電性物質510重疊的面積將發生變化。在2維狀分布的平面狀電感器51和導電性物質510重疊的區域S中，平面狀電感器51和導電性物質510進行靜電耦合。因此，在重疊區域S中，產生分布電容器511，由于向平面狀電感器51和電性物質510流入電流，并進行電磁耦合，故2維狀分布的平面狀電感器51的電感L將等效地減少。
因此，如圖12所示，當重疊區域S增加時，根據式(1)振蕩器的頻率f將增加。因此，若測定振蕩器的頻率f的變化，就可以測定導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間的重疊區域S的變化。就是說，當測定了振蕩器的頻率f的變化時，就可以測定導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的相對位置的變化。采用使導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的相對位置發生變化的辦法，在重疊面積變化的情況下，實質上，電感器和導電性物質510之間的距離也是變化的。因此，本發明的距離測定用IC也可以應用重疊面積變化的情況中去。
如圖5所示，設導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51之間的距離為d。在圖13中示出了上述的振蕩器的頻率f和上述的距離d之間的關系。在圖13中，當距離d變成為小于3mm～4mm時，振蕩器的頻率f將急劇地增加。在把本發明的距離測定用IC應用到機器人和位置檢測器中去的時候，如果在振蕩器的頻率f相對距離d的微小變化而產生急劇變化的區域中使用，則測定靈敏度將變成為良好。
如圖13所示，當導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的距離d減少時，2維狀分布的平面狀電感器51的電感L將等效地減小，振蕩器的頻率f則將增加。就是說，在本發明的距離測定用IC中，采用用頻率計數器測量振蕩器的頻率的辦法，就可以高精度地測定導電性物質510和2維狀分布的平面狀電感器51的距離d。
用頻率計數器測量距離測定用IC的振蕩頻率以測定距離的裝置可以用頻率計數器測量從距離測定用IC輸出的數字信號。因此，用本發明的距離測定用IC把測定對象物體裝到2維狀分布的平面狀電感器51上并使之移動的情況下，就可以對該物體的移動距離進行數字運算。此外，在把導電性物質裝到對象物體上并使之移動的情況下，也可以對該物體的移動距離進行數字上的測量。
由于最一般地說，用數字計算機運算處理來自距離測定用IC的信號以測量距離，所以本發明的距離測定用IC的輸出信號可以作為數字信號直接輸入到計算機中去。輸出模擬信號的現有距離測定裝置，為了把信號輸入計算機，必須經由放大器，用A/D轉換器進行量化。
若對數字式測定距離裝置和模擬式測定距離裝置進行比較，則數字處理裝置具有下述優點。
(1)由于不需要用于放大模擬信號的電路和A/D轉換器，故整個系統的價格將變得便宜。
(2)從距離測定用IC輸出的數字信號即使是輸出線變長，測定值也不會衰減，或也不會受噪聲的影響。
(3)由于距離測定用IC的所有電路都可以做成為數字電路，故集成電路的實現是容易的。
在圖14中，示出了應用2維狀分布的平面狀電感器51的距離測定用IC之一例的框圖。把作為電容器的集總型電容器54串聯連接到2維狀分布的平面狀電感器51上，構成LC電路58。來自LC電路58的輸出信號輸入到放大器55中去。放大器55的輸出被輸往反饋網絡56和頻率計數器57。采用使反饋網絡56的輸出信號正反饋到2維狀分布的平面狀電感器51上去的辦法，構成振蕩器59。本發明的距離測定用IC的輸出信號從頻率計數器57輸出。
圖15示出在圖14中所示的距離測定用IC的放大器55之一例。在放大器55上有輸入Vin和輸出Vout。輸入Vin被輸往驅動用晶體管Q1的柵極，負載用晶體管Q2已被連接到驅動用晶體管Q1的漏極上。在負載用晶體管Q2的漏極上連接電源電壓Vdd,Q2的源極是輸出Vout。已輸入到輸入Vin上的信號被放大后從輸出Vout輸出。在本發明的距離測定用IC中，可以用雙極晶體管、場效應晶體管等的所有的晶體管，并不限定晶體管的種類。此外，在該放大器中，也可以使用運放。
在圖16中，示出了圖14中所示的距離測定用IC的用電阻的反饋網絡56之一例。反饋網絡56由電阻R1和電阻R2構成。已輸入到反饋網絡56的Vin上的信號進行衰減并從Vout輸出。
在圖17中示出了把本發明的距離測定用IC使用到筆(pen)中的實施例。該圖的筆1713用距離測定用IC檢測位置檢測棒1714的位置。該圖的筆1713具備有包括本身為金屬板的導電物質1710，在軸方向上移動的位置檢測棒1714，在圖中把該位置檢測棒1714彈性地向下方擠壓的彈性體1715和2維狀分布的平面狀電感器171的距離測定用IC。
距離測定用IC在圖中已配設于2維狀分布的平面狀電感器171的下表面上。在位置檢測棒1714的頂端部分上固定有導電物質1710。彈性體1715的一端已連接到位置檢測棒1714上。當對位置檢測棒1714加上壓力使之上升時，彈性體1715伸長把位置檢測棒1714彈性地往下方拉。導電物質1710上下移動時，2維狀分布的平面狀電感器171和導電物質1710間的距離發生變化。因此，設置在距離測定用IC的內部的振蕩器179的頻率f將發生變化。采用用內置于距離測定用IC中，或者，設于外部的計數器測定振蕩器179的頻率的辦法，就可以測定壓力，即，就可以測定位置檢測棒1714的上下位置。因此，該筆1713可以用作用到位置檢測棒1714上的壓力來檢測筆壓。因此，例如，和數字化儀一起使用該筆1713，就可以檢測筆壓和筆跡。
本發明的距離測定用IC雖然是測定距離的IC，但是，如圖17所示，由于采用用彈性體1715的辦法，把變位變換成壓力是容易的，所以還可以測定壓力等的壓力。作為彈性體1715的具體例子，有彈簧和橡膠等。
在圖18中示出了內置于圖17筆中的距離測定用IC的電路圖。該電路圖的距離測定用IC，使2維狀分布的平面狀電感器171和集總型電容器174串聯連接構成LC電路178。LC電路178的輸出輸往反饋網絡176。反饋網絡176由電阻R1和R2構成。反饋網絡176的輸出被放大器175放大后，施行正反饋。放大器175的輸出加到2維狀分布的平面狀電感器171上。
圖19示出了使用圖18所示的距離測定用IC，檢測圖17的筆1713中內置的位置檢測棒1714的位置的框圖。該框圖含有振蕩器179、頻率計數器177、緩沖器1716和控制電路1717。當給筆1713的位置檢測棒1714加上壓力使之移動時，內置于距離測定用IC中的振蕩器179的頻率f發生變化。用頻率計數器177測定頻率f，并把測定數據存到緩沖器1716中。頻率計數器177和緩沖器1716受控制電路1717控制。采用讀出已存到緩沖器1717中的數據的辦法，就可以測定加在筆1713上的筆壓。
圖20中示出了把本發明的距離測定用IC應用到與導電性物質之間的相對位置的檢測中去的情況下的實測結果。假定導電性物質1710從基準點偏離的距離為x，則d+x=c(c恒定)因此，當離開基準點的離開距離x變大時，距離d將減少。在圖20中示出了偏離距離x內置于距離測定用IC中的振蕩器179的頻率f之間的關系。圖20示出的是假定c的值為1000μm時的測定結果。在圖17的筆1713的位置上，當采用給位置檢測棒1714加上壓力等使導電性物質1710接近平面狀電感器171時，離開距離x將增加，距離d將減少，所以振蕩器179的頻率f將增加。如圖20所示，當離開距離x變化700μm時，振蕩器的頻率f的變化將變成為11.8MHZ，分辨率將變成11800000，非常之大。
因此，應用本發明的距離測定用IC的筆13，當位置檢測棒14的位置稍有變化時，數字輸出將變化得很大。所以，如果用本發明的距離測定用IC，就可以高靈敏度地檢測位置的變化或者壓力的變化。
作為本發明的實施例2，說明示于圖21的膜厚測定器2120。本儀器的目的是高精度地測定膜等的薄膜2118的厚度。本身為導電性物質的金屬臺2119上放置的薄膜2118接觸距離測定用IC的2維狀分布的平面狀電感器211。2維狀分布的平面狀電感器211和金屬臺2119的距離將變成薄膜2118的厚度。因此，2維狀分布的平面狀電感器211和金屬臺2119的距離，由于可以作為振蕩器219的頻率進行測定，所以，可以測定薄膜2118的厚度。由于測定頻率是100MHZ的量級，所以至少可以得到100000000的分辨率。而且，由于該膜厚測定器2112的輸出是數字，故可以用計算機進行控制，由于管理測定數據是容易的，故可以在工業界廣為利用。
因為本發明可以用若干形式實施而不違背其基本特征的宗旨，故上述實施例僅僅是說明性的而不是限定性的，因為本發明的范圍受限于附屬的權利要求書而不是在權利要求書之前的敘述，因而本發明的在所有權利要求的范圍或在其等效范圍內的變形，均被看作是包括在權利要求書中。
權利要求
1.一種距離測定用IC，包括(1)內置于IC的封裝之內的振蕩器；(2)設于內置有該振蕩器的IC的封裝表面上，同時連接到振蕩器上并確定振蕩器的振蕩頻率的平面狀電感器。當導電性物質接近IC的封裝表面時，使振蕩器的振蕩頻率因平面狀電感器而變化以檢測導電性物質的接近距離。
2.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是振蕩器的振蕩頻率在30MHz以上。
3.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是振蕩器具備運算放大器、電容器和平面狀電感器。
4.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是平面狀電感器是折線形的電感器。
5.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是平面狀電感器是螺旋形的電感器。
6.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是平面狀電感器的端子已連接到IC的管腳上。
7.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是在已經配設到IC的封裝的上表面上的絕緣物質上，配置有2維狀分布的平面狀電感器。
8.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是平面狀電感器的表面覆蓋有絕緣物質。
9.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是具備檢測振蕩器的振蕩頻率并輸出數字信號的頻率計數器。
10.如權利要求1所述的距離測定用IC，其特征是振蕩器具備放大器和反饋該放大器的輸出的反饋網絡。
11.如權利要求10所述的距離測定用IC，其特征是反饋網絡由電阻構成。
12.如權利要求10所述的距離測定用IC，其特征是放大器由晶體管構成。
全文摘要
距離測定用IC把振蕩器內裝于封裝內。再在內裝振蕩器的封裝的表面上設置平面狀電感器。平面狀電感器連接到振蕩器上并確定振蕩器的振蕩頻率。當導電性物質接近封裝的表面時,振蕩器的振蕩頻率就會因平面狀電感器而變化。檢測振蕩頻率以檢測導電性物質的接近距離。雖然導電性物質主要是金屬,但是也可以測定非金屬的導電性物質,例如,導電性液體等的接近距離。
文檔編號G06F3/03GK1223399SQ9811594
公開日1999年7月21日 申請日期1998年7月10日 優先權日1998年1月13日
發明者赤松則男, 金岡秀司 申請人:日本系統開發株式會社, 赤松則男