专利名称：距离测定用集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测相对于金属等的导电性物质的位置的距离测定用IC(集成电路)。检测相对导电性物质的距离的技术已在许多工业机械中应用。因此，本发明的距离测定用IC是在整个工业中广为应用的技术。当用本发明的距离测定用IC测量机械手的位置时，就有可能高精度地控制机械手。因此，在用机器人的所有的制造工程中，都可应用本发明的距离测定用IC。此外，当把本发明的距离测定用IC放入位置检测器的内部时，也可以实现高精度地检测压力。
一般说，电子电路可分为集总电路和分布电路。集总电路可以用常微分方程式来记述，而分布电路则可以用偏微分方程式记述。因此，集总电路和分布电路的数学上(mathematical)的处理完全不同。现有的距离测定装置几乎全部都是集总电路。本发明的距离测定用IC利用分布电路。
如果是集总电路的话，则电路的电感、电容和电阻是恒定的，即使频率等发生变化它们的值也不会变化。然而，在分布电路中，当频率变高时，常常会有电容等效地变化或者电感等效地变化。本发明是利用了分布电路的电路参数的变化的距离测定用IC。本发明者，除了本发明的距离测定用IC之外，尚未发现利用了分布电路的距离测定装置。
用于测定距离的距离测定装置有利用光学式器件的方式和利用电磁式器件的方式。本发明最近的现有距离测定装置是电磁式的位置检测方法。在电磁式位置检测中，有用电磁感应的方法和用静电耦合的方法。这些都用集总电路构成。本发明的距离测定用IC应用分布电路。因此，本发明的距离测定用IC本质上与现有方法不同。现有的距离测定装置如下所示。
现有的电磁式距离测定装置应用把导线绕成3维的电感器。在通常的情况下，在铁氧体等的磁性物质的周围绕以铜线构成电感器。
图1示出应用了3维状分布的电感器的距离测定装置。采用把线圈绕到磁性材料21上的办法，构成3维状的电感器。线圈中流过交流电流。当铁氧体22接近3维状的电感器时，流到绕线线圈中的电流就将变化。采用测定该变化的办法，来测定铁氧体22与磁性材料21的距离。
用绕线线圈磁性测定距离的距离测定装置有下述缺点。
(1)为了在线圈中流动电流来形成磁通，电力消耗增大，电源装置将变大。
(2)由于线圈中流的电流多，故发热量也多。
(3)磁通向周围泄露，发生噪声。
(4)需要把导线绕成线圈状的工序，价格将变高。
(5)由于把导线绕成线圈状，故不能小型化。
(6)由于使用铁氧体等的磁性物质构成磁回路，故不可能提高测定精度。
(7)由于可利用的频率低，故也不适合高速测定。
在本发明的距离测定用IC中，向2维状分布的平面状电感器中流以周期性变化的交流电流。一般说，2维状分布的平面状电感器中，有折线式和螺旋式两种。图2示出的是在绝缘物质3的表面上边配置折线式的2维状分布的平面状电感器1的例子。2维状分布的平面状电感器1用铜等的导电性物质制作。绝缘物质3通常用纸、苯酚、玻璃环氧树脂等印刷基板材料制作。
在图3中，示出了在绝缘物质33的表面上配置螺旋式的2维状分布的平面状电感器31的例子。本发明的距离测定用IC中所用的平面状电感器中流有频率非常高的电流。通常使用从30MHz到1000MHz的高频。当频率变得非常高时，在导体中流动的电流就在表面上流动而不在内部流动。这一现象叫做趋肤效应(skin effect)。由于要想高速地测定距离，就要用高的频率，故因趋肤效应，仅仅可以利用在平面状电感器的表面附近发生的现象。以下，对导电性物质接近2维状分布的平面状电感器的表面情况和导电性物质接近3维状分布的电感器的表面情况进行比较。
用使用导电性物质接近3维状分布的电感器的全部表面的方法来测定距离的装置，构造将变得极其复杂。因此，在3维状分布的电感器中，在6个表面中可以利用的表面只有1个面，不能使位于其它面上的电感器的电感发生变化。但是，使导电性物质接近2维状分布的平面状电感器的表面，则可以用简单的构造来实现。当减少导电性物质与平面状电感器的距离时，两者就进行静电耦合。在3维状分布的电感器的表面上发生的静电耦合不能全部有效地利用。但是，在2维状分布的平面状电感器的表面上发生的静电耦合，则全部可以有效地利用。由于电磁感应出来的电流的抵消作用，电感器的电感将降低。3维状分布的电感器的电感的变化率比2维状分布的电感器的电感的变化率还低。所以，当用2维状分布的电感器测定距离时，可以得到比用3维状分布的电感器还好的灵敏度。作为结论，为了缩短测定时间，采用使高频电流流向2维状分布的平面状电感器，并有效地利用在其表面上发生的静电感应的办法，就可以实现高灵敏度的距离测定用IC。
作为利用光学器件的方式，虽然也有用激光等光学式进行检测的方法，但本发明是电磁式的测定距离的装置，没有使用光学性的技术。利用光学器件的距离测定装置具有下述缺点。
(1)由于需要发光器件和受光器件，故电力消耗大。
(2)由于需要发光器件和受光器件，故构造复杂，要制作小型装置是困难的。
(3)由于不可能用便宜的硅制作发光和受光器件，故价格高。
(4)由于必须使从发光器件发出来的光线完全照射到受光器件上，故难于调整。
在应用3维状分布的电感器的距离测定装置中，利用由流入电感器的电流所发生的磁力线。当导电性物质接近3维状分布的电感器时，所发生的磁力线贯通导电性物质并因电磁感应现象而在导电性物质中将流过涡旋电流。借助于这一现象，3维状分布的电感器与导电性物质进行电磁耦合。电磁耦合的强度与3维状分布的电感器和导电性物质的距离成反比。所发生的电磁耦合的强度可采用对流入电感器的电流进行检测的办法进行检测。因此，由流入电感器的电流的测定结果来测定3维状分布的电感器和导电性物质之间的距离。因此，3维状分布的电感器作为测定距离的IC，可以利用的是所发生的磁力线。从结果上看，如果用3维状分布的电感器，则作为距离测定装置可以利用的是磁力线向上的一个平面，不能利用其它的平面。因此，要想增加距离测定装置的灵敏度的话，就需要用使之发生强磁力线的大电流。然而，当流过大电流时电力消耗将增加。电力消耗增加时有如下缺点。
(1)必须加大电源。
(2)电力消耗增大时，发热量也将增多，故温度将升高，有时处于周围的电子电路会工作不正常。
(3)若利用强的磁力线，则将在周围发生噪声，对周围机器将产生不利的影响。
从以上的考察可知，要制作高精度的距离测定装置，就必须减少流入电感器的电流来提高灵敏度。为此，由于比起采用需要大电流的电磁耦合来，用静电耦合的一方电流少，所以性能将会变好。就是说，测定距离的电感器和导电性物质进行静电式地耦合。为了最大地进行静电耦合，把用于测定距离的电感作成为2维状的构造。当导电性的物质接近2维状分布的平面状电感器时，由于静电耦合将变得最大，所以将增加测定距离的平面状电感器的灵敏度，使电力消耗变得最小。当2维状分布的平面状电感器和导电性物质进行静电耦合时，2维状分布的平面状电感器的导体部分和导电性物质将变成为等效电容器。就是说，2维状分布的平面状电感器的导体部分将变成分布电容器的一个电极，另一个电极为导电性物质。一般地说，当在电路中流动的电流的频率变高时，虽然向电容器中流的电流将增加，但向平面状电感器流的电流将减少。当2维状分布的平面状电感器和导电性物质的距离变短时，分布电容器的电容值将增加，所以2维状分布的平面状电感器的电感值将等效地减少。就是说，由于电感值减少，流入振荡器的电流的频率将增加。因此，如果检测出频率的变化，则可以测定2维状分布的平面状电感器和导电性物质的距离的变化。
测定距离的装置大多内装于机器人或机械装置中使用。以下，对距离测定装置应具备的条件进行说明。
(1)构造应当简单。
(2)价格应当便宜。
(3)由于安装空间受限，故应当体积小而重量轻。
(4)测定灵敏度应当好。
(5)应当能够进行高速测定。
(6)应当能够进行集成电路化。
(7)从距离测定IC发生的噪声应当少。
(8)消费功率应当少。
本发明就是以实现满足以上的条件的距离测定用IC为目的而开发出来的。
本发明的上述和其它的目的和特点从用附图进行的下述详细说明中将会更加清楚明白。
距离测定用IC具备有内置于封装之内的振荡器，设于内置有该振荡器的封装的表面上，同时连接到振荡器上并指定振荡器的振荡频率的平面状电感器。当导电性物质接近IC封装的表面时，振荡器的振荡频率就因平面状电感器而变化。对振荡频率进行检测，就可以检测出导电性物质的接近距离。虽然导电性物质主要是金属，但是，本发明的距离测定用IC也可以测定非金属导电性物质，例如，导电性液体等的接近距离。
距离测定用IC，把振荡器的振荡频率设定为例如30MHz以上，理想的是设定为30～1000MHz的范围内。
如果对用3维状分布的电感器的现有距离测定装置和已把2维状分布的平面状电感器设于IC封装的上表面上的本发明的距离测定IC进行比较，则本发明的距离测定用IC有如下特征。
(1)本发明的距离测定用IC上所装备的平面状电感器可以用印刷技术制作。因此，可以便宜地大量生产。由于要想制作3维状分布的电感器需要绕线工序，故制造价格高。
(2)由于2维状分布的平面状电感器位于平面上边，体积变小，且在IC封装的上表面上可以配设得薄。因此，可以把整个距离测定用IC制作得小。3维状分布的电感器则难于使之小型化。
(3)由于2维状分布的平面状电感器位于平面上边，故可以最大限度地利用静电感应。因此，可以减小电力消耗。3维状分布的电感器可以利用静电感应的面积狭小，故利用电磁感应。因此，电力消耗变大。
(4)实际上，由于在工业机械上用得多的是金属等导电性物质，故可以在广阔的范围内应用本发明的距离测定用IC来测定距离。
(5)由于平面状电感器形成2维状分布，故在平面状电感器与导电性物质之间发生的静电性的耦合将变得紧密。因此，由于平面状电感器的全部的电感值L等效地变化，故可以有效地利用电感值L。因此，距离测定的灵敏度将会变得良好。
(6)距离测定用IC构造简单，重量轻，价格便宜，故可以在制造业等中广为使用。
(7)由于平面状电感器位于平面上边，故可以有高的距离测定分辨率。
图1的斜视图示出了用3维状绕制导线的电感器的现有距离测定装置。
图2的斜视图示出了折线形2维状分布的平面状电感器。
图3的斜视图示出了螺旋形2维状分布的平面状电感器。
图4的斜视图示出了已配置到本发明的实施例的距离测定用IC的集成电路的上表面上的平面状电感器。
图5的斜视图示出了导电性物质接近已配置到本发明的另一个实施例的距离测定用IC的集成电路的上表面绝缘物质上的平面状电感器的状态。
图6的剖面图示出了距离测定用IC的平面状电感器和导电性物质的Y轴方向的剖面。
图7的剖面图示出了导电性物质接近图6示出的距离测定用IC的平面状电感器后的状态。
图8的剖面图示出了图5示出的距离测定用IC的平面状电感器和导电性物质的X轴方向的剖面。
图9的示意图示出了在图8示出的距离测定用IC的平面状电感器和导电性物质上因静电感应电荷而发生的电流。
图10的剖面图示出了在本发明的另一实施例的距离测定用IC的平面状IC的表面上覆以绝缘物质的情况下的Y轴方向的剖面。
图11的剖面图示出了在图5示出的距离测定用IC的平面状电感器上平行地移动导电性物质的情况。
图12的剖面图示出了图11的导电性物质进一步进行平行移动后大面积重叠的状态。
图13的曲线示出了本发明的距离测定用IC的振荡器的频率f和距离d的关系。
图14示出了本发明的距离测定用IC的框图的一个例子。
图15的电路图示出了图14示出的距离测定用IC中所用的放大器之一例。
图16的电路图示出了图14的距离测定用IC中所用的反馈网络之一例。
图17的剖面图示出了作为本发明的距离测定用IC的实施例1的笔(pen)的构造的一个例子。
图18的电路图示出了图17的笔上所搭载的振荡器的一个例子。
图19示出了对内置于图17的笔中的位置检测棒的位置进行检测的框图。
图20的曲线示出了本发明的距离测定用IC中相对导电性物质的基准点的偏离距离x和振荡频率f的关系。
图21的剖面图示出了作为本发明的实施例2的膜厚测定器的构造。
在本发明的距离测定用IC中即使在平面状电感器的电感值L小的情况下，测定灵敏度也是良好的。小电感值的2维状分布的平面状电感器配置于IC封装的上表面上。本发明的距离测定用IC的特征之一，是把2维状分布的平面状电感器配置到集成电路封装的上部。
在图4中，示出了已配置于集成电路42上表面绝缘物质上的平面状电感器41。该图的集成电路42已用塑料或陶瓷等的封装封了起来。在这些绝缘物质上边已配置上2维状分布的平面状电感器。在IC的引出脚412上已连接上2维状分布的平面状电感器41的端子。在本说明书中，为了说明向折线形的平面状电感器中流的电流，如图4所示那样确定X轴、Y轴和Z轴。
在图5中，示出了在集成电路52上表面上配置绝缘物质53，再在其上边配置2维状分布的平面状电感器51的距离测定用IC。示出了导电性物质510向2维状分布的平面状电感器51接近的情况。假定导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的距离为d。当导电性物质510接近2维状分布的平面状电感器51时，向平面状电感器51中流的电流将发生变化。把该电流的变化变换成振荡器的频率，测量频率就可以测定导电性物质510与2维状分布的平面状电感器51之间的距离。
在图6中，示出了导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的距离d大的情况下发生的静电感应。在图6中，示出了Y轴方向的剖面图，表示出图6和图5已颠倒了过来。在图6中，电流所发生的磁力线用实线箭头表示，静电感应用虚线表示。由于在2维状分布的平面状电感器51中流的电流少，故所发生的磁力线少。当向2维状分布的平面状电感器51中流入电流时，在导电性物质510的表面上将产生静电感应。如图6所示，由于在距离d大的时候，静电感应的效果弱，故在导电性物质510和2维状分布的平面状电感器511发生的分布电容器511的电容值小。虽然将由于向2维状分布的平面状电感器51中流的电流而发生磁力线，但由于距离d大，电磁性的耦合弱。
在图7中示出了导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的距离短的情况下发生的静电感应。在该图中，磁力线也用实线表示，静电感应用虚线表示。如图7所示，当距离d变短时，2维状分布的平面状电感器51和导电性物质510静电感应耦合得强。由于静电感应变强，在导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间发生的分布电容器511的电容值将变大。
在图8中，示出了在导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间发生的分布电容器511。假定电流向2维状分布的平面状电感器51中流动的方向为X方向，在图8中示出了向着X轴方向的剖面。在绝缘物质53的上边，有2维状分布的平面状电感器51，由于把电压加于其上，故已产生了电荷。所产生的电荷用正号和负号表示。当导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间的距离d变短时，静电感应的效果将变强，在导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间所发生的分布电容器511的电容值将变大。因此在导电性物质510上，将由于静电感应的效果而出现与2维状分布的平面状电感器51符号不同的电荷。用正号和负号表示在导电性物质中感应出来的电荷。
在图9中，示出了导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的X轴方向的剖面。在绝缘物质53的上边，有2维状分布的平面状电感器51，电流i正在其中流动。在导电性物质510上，将由于静电感应的作用而出现与2维状分布的平面状电感器51符号不同的电荷。用I表示因感应出来的电荷而流动的电流。电流I的流动方向和电流i的流动方向相反。当距离d变小时，导电性物质中流动的电流I将变大。流向2维状分布的平面状电感器51的电流i在空间中发生磁力线，所发生的磁力线借助于与电流i进行电磁耦合形成自感。自感与2维状分布的平面状电感器51的电感L相对应。
然而，另一方面，流向导电性物质510的电流I也在空间中产生磁力线。由于电流I的方向和电流i的方向相反，故电流I所发生的磁力线的方向是电流i发生的磁力线的逆方向。因此电流i发生的磁力线将因被电流I发生的磁力线抵消而变小。因此，采用使导电性物质510接近2维状分布的平面状电感器51的办法，就将等效地减少2维状分布的平面状电感器51的电感L。
就是说，如导电性物质510与2维状分布的平面状电感器51之间的距离d变小，则电感L将等效地减少。反之，如距离d增加，则电感L也将等效地增加。所以，如果把电感L的变化作为振荡器频率的变化来测定，则就可以测定距离d的变化。在本发明的距离测定用IC中，当电感L变化时，由于振荡器的频率f也将变化，故采用用频率计数器测定频率f的办法，就可以测定2维状分布的平面状电感器51与导电性物质510之间的距离d。
一般地说，当流向电气电路的电流的频率变高时，流入电感器的电流将减小，而流入电容器的电流将增加。在本发明的距离测定用IC中，应用2维状分布的平面状电感器51。因此，当导电性物质510接近上述的平面状电感器51时，上述导电性物质510和上述的平面状电感器51将进行电磁耦合。如图8所示，采用使上述平面状电感器51将成为分布电容器511的一个电极，导电性物质510变成为分布电容器511的另一个电极的办法，使两者进行静电性地耦合。因此，如图9所示，当导电性物质510和平面状电感器51之间的距离变短时，分布电容器511的电容值将增加。因此，在流向电路的电流频率高的情况下，经由分布电容器511流向导电性物质510的电流增多。由流向导电性物质510中的电流发生的磁通和由流向平面状电感器51的电流发生的磁通进行电磁耦合互相抵消。所以，2维状分布的平面状电感器51的电感值将等效地减少。由2维状分布的平面状电感器51的电感L和集总型电容器的电容C决定的振荡器的频率f可用下式表示。
f×f×L×C=(1/2π)×(1/2π)(1)根据式(1)，如果平面状电感器51的电感L减少，则振荡器的频率f将增加。振荡器的频率f可以用频率计数器进行测定。由于当导电性物质510接近2维状分布的平面状电感器51，两者间的距离减少时，分布电容器511的电容值将增加，所以流入导电性物质510的电流将增加。因此，电磁耦合的强度也将增加。2维状分布的平面状电感器51的电感L将因这些之间的抵消效果而等效地减少。因此，如果测定振荡器的频率f的变化，则可以测定导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间的距离变化。
在图10中，示出了集成电路102的Y轴剖面。在集成电路102的下部，有IC的引出脚1012，通常IC的引出脚1012装配于印刷基板上。在集成电路102的上部，配置2维状分布的平面状电感器101。2维状分布的平面状电感器101已被绝缘物质103覆盖。由于示于该图中的平面状电感器101已被绝缘物质103覆盖，故即使导电性物质1010接近平面状电感器101，导电性物质1010也不会直接接触平面状电感器101。由于绝缘物质103薄，故当导电性物质1010接近2维状分布的平面状电感器101时，几乎和没有绝缘物质103的情况一样，将产生电磁现象。因此，在本发明中也包括2维状分布的平面状电感器101已被绝缘物质103覆盖的情况。
其次，考察导电性物质平行地向2维状分布的平面状电感器移动的情况。如图11所示，当导电性物质510对2维状分布的平面状电感器51在Y轴方向上平行移动时，2维状分布的平面状电感器51和导电性物质510重叠的面积将发生变化。在2维状分布的平面状电感器51和导电性物质510重叠的区域S中，平面状电感器51和导电性物质510进行静电耦合。因此，在重叠区域S中，产生分布电容器511，由于向平面状电感器51和电性物质510流入电流，并进行电磁耦合，故2维状分布的平面状电感器51的电感L将等效地减少。
因此，如图12所示，当重叠区域S增加时，根据式(1)振荡器的频率f将增加。因此，若测定振荡器的频率f的变化，就可以测定导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间的重叠区域S的变化。就是说，当测定了振荡器的频率f的变化时，就可以测定导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的相对位置的变化。采用使导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的相对位置发生变化的办法，在重叠面积变化的情况下，实质上，电感器和导电性物质510之间的距离也是变化的。因此，本发明的距离测定用IC也可以应用重叠面积变化的情况中去。
如图5所示，设导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51之间的距离为d。在图13中示出了上述的振荡器的频率f和上述的距离d之间的关系。在图13中，当距离d变成为小于3mm～4mm时，振荡器的频率f将急剧地增加。在把本发明的距离测定用IC应用到机器人和位置检测器中去的时候，如果在振荡器的频率f相对距离d的微小变化而产生急剧变化的区域中使用，则测定灵敏度将变成为良好。
如图13所示，当导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的距离d减少时，2维状分布的平面状电感器51的电感L将等效地减小，振荡器的频率f则将增加。就是说，在本发明的距离测定用IC中，采用用频率计数器测量振荡器的频率的办法，就可以高精度地测定导电性物质510和2维状分布的平面状电感器51的距离d。
用频率计数器测量距离测定用IC的振荡频率以测定距离的装置可以用频率计数器测量从距离测定用IC输出的数字信号。因此，用本发明的距离测定用IC把测定对象物体装到2维状分布的平面状电感器51上并使之移动的情况下，就可以对该物体的移动距离进行数字运算。此外，在把导电性物质装到对象物体上并使之移动的情况下，也可以对该物体的移动距离进行数字上的测量。
由于最一般地说，用数字计算机运算处理来自距离测定用IC的信号以测量距离，所以本发明的距离测定用IC的输出信号可以作为数字信号直接输入到计算机中去。输出模拟信号的现有距离测定装置，为了把信号输入计算机，必须经由放大器，用A/D转换器进行量化。
若对数字式测定距离装置和模拟式测定距离装置进行比较，则数字处理装置具有下述优点。
(1)由于不需要用于放大模拟信号的电路和A/D转换器，故整个系统的价格将变得便宜。
(2)从距离测定用IC输出的数字信号即使是输出线变长，测定值也不会衰减，或也不会受噪声的影响。
(3)由于距离测定用IC的所有电路都可以做成为数字电路，故集成电路的实现是容易的。
在图14中，示出了应用2维状分布的平面状电感器51的距离测定用IC之一例的框图。把作为电容器的集总型电容器54串联连接到2维状分布的平面状电感器51上，构成LC电路58。来自LC电路58的输出信号输入到放大器55中去。放大器55的输出被输往反馈网络56和频率计数器57。采用使反馈网络56的输出信号正反馈到2维状分布的平面状电感器51上去的办法，构成振荡器59。本发明的距离测定用IC的输出信号从频率计数器57输出。
图15示出在图14中所示的距离测定用IC的放大器55之一例。在放大器55上有输入Vin和输出Vout。输入Vin被输往驱动用晶体管Q1的栅极，负载用晶体管Q2已被连接到驱动用晶体管Q1的漏极上。在负载用晶体管Q2的漏极上连接电源电压Vdd,Q2的源极是输出Vout。已输入到输入Vin上的信号被放大后从输出Vout输出。在本发明的距离测定用IC中，可以用双极晶体管、场效应晶体管等的所有的晶体管，并不限定晶体管的种类。此外，在该放大器中，也可以使用运放。
在图16中，示出了图14中所示的距离测定用IC的用电阻的反馈网络56之一例。反馈网络56由电阻R1和电阻R2构成。已输入到反馈网络56的Vin上的信号进行衰减并从Vout输出。
在图17中示出了把本发明的距离测定用IC使用到笔(pen)中的实施例。该图的笔1713用距离测定用IC检测位置检测棒1714的位置。该图的笔1713具备有包括本身为金属板的导电物质1710，在轴方向上移动的位置检测棒1714，在图中把该位置检测棒1714弹性地向下方挤压的弹性体1715和2维状分布的平面状电感器171的距离测定用IC。
距离测定用IC在图中已配设于2维状分布的平面状电感器171的下表面上。在位置检测棒1714的顶端部分上固定有导电物质1710。弹性体1715的一端已连接到位置检测棒1714上。当对位置检测棒1714加上压力使之上升时，弹性体1715伸长把位置检测棒1714弹性地往下方拉。导电物质1710上下移动时，2维状分布的平面状电感器171和导电物质1710间的距离发生变化。因此，设置在距离测定用IC的内部的振荡器179的频率f将发生变化。采用用内置于距离测定用IC中，或者，设于外部的计数器测定振荡器179的频率的办法，就可以测定压力，即，就可以测定位置检测棒1714的上下位置。因此，该笔1713可以用作用到位置检测棒1714上的压力来检测笔压。因此，例如，和数字化仪一起使用该笔1713，就可以检测笔压和笔迹。
本发明的距离测定用IC虽然是测定距离的IC，但是，如图17所示，由于采用用弹性体1715的办法，把变位变换成压力是容易的，所以还可以测定压力等的压力。作为弹性体1715的具体例子，有弹簧和橡胶等。
在图18中示出了内置于图17笔中的距离测定用IC的电路图。该电路图的距离测定用IC，使2维状分布的平面状电感器171和集总型电容器174串联连接构成LC电路178。LC电路178的输出输往反馈网络176。反馈网络176由电阻R1和R2构成。反馈网络176的输出被放大器175放大后，施行正反馈。放大器175的输出加到2维状分布的平面状电感器171上。
图19示出了使用图18所示的距离测定用IC，检测图17的笔1713中内置的位置检测棒1714的位置的框图。该框图含有振荡器179、频率计数器177、缓冲器1716和控制电路1717。当给笔1713的位置检测棒1714加上压力使之移动时，内置于距离测定用IC中的振荡器179的频率f发生变化。用频率计数器177测定频率f，并把测定数据存到缓冲器1716中。频率计数器177和缓冲器1716受控制电路1717控制。采用读出已存到缓冲器1717中的数据的办法，就可以测定加在笔1713上的笔压。
图20中示出了把本发明的距离测定用IC应用到与导电性物质之间的相对位置的检测中去的情况下的实测结果。假定导电性物质1710从基准点偏离的距离为x，则d+x=c(c恒定)因此，当离开基准点的离开距离x变大时，距离d将减少。在图20中示出了偏离距离x内置于距离测定用IC中的振荡器179的频率f之间的关系。图20示出的是假定c的值为1000μm时的测定结果。在图17的笔1713的位置上，当采用给位置检测棒1714加上压力等使导电性物质1710接近平面状电感器171时，离开距离x将增加，距离d将减少，所以振荡器179的频率f将增加。如图20所示，当离开距离x变化700μm时，振荡器的频率f的变化将变成为11.8MHZ，分辨率将变成11800000，非常之大。
因此，应用本发明的距离测定用IC的笔13，当位置检测棒14的位置稍有变化时，数字输出将变化得很大。所以，如果用本发明的距离测定用IC，就可以高灵敏度地检测位置的变化或者压力的变化。
作为本发明的实施例2，说明示于图21的膜厚测定器2120。本仪器的目的是高精度地测定膜等的薄膜2118的厚度。本身为导电性物质的金属台2119上放置的薄膜2118接触距离测定用IC的2维状分布的平面状电感器211。2维状分布的平面状电感器211和金属台2119的距离将变成薄膜2118的厚度。因此，2维状分布的平面状电感器211和金属台2119的距离，由于可以作为振荡器219的频率进行测定，所以，可以测定薄膜2118的厚度。由于测定频率是100MHZ的量级，所以至少可以得到100000000的分辨率。而且，由于该膜厚测定器2112的输出是数字，故可以用计算机进行控制，由于管理测定数据是容易的，故可以在工业界广为利用。
因为本发明可以用若干形式实施而不违背其基本特征的宗旨，故上述实施例仅仅是说明性的而不是限定性的，因为本发明的范围受限于附属的权利要求书而不是在权利要求书之前的叙述，因而本发明的在所有权利要求的范围或在其等效范围内的变形，均被看作是包括在权利要求书中。
权利要求
1.一种距离测定用IC，包括(1)内置于IC的封装之内的振荡器；(2)设于内置有该振荡器的IC的封装表面上，同时连接到振荡器上并确定振荡器的振荡频率的平面状电感器。当导电性物质接近IC的封装表面时，使振荡器的振荡频率因平面状电感器而变化以检测导电性物质的接近距离。
2.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是振荡器的振荡频率在30MHz以上。
3.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是振荡器具备运算放大器、电容器和平面状电感器。
4.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是平面状电感器是折线形的电感器。
5.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是平面状电感器是螺旋形的电感器。
6.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是平面状电感器的端子已连接到IC的管脚上。
7.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是在已经配设到IC的封装的上表面上的绝缘物质上，配置有2维状分布的平面状电感器。
8.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是平面状电感器的表面覆盖有绝缘物质。
9.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是具备检测振荡器的振荡频率并输出数字信号的频率计数器。
10.如权利要求1所述的距离测定用IC，其特征是振荡器具备放大器和反馈该放大器的输出的反馈网络。
11.如权利要求10所述的距离测定用IC，其特征是反馈网络由电阻构成。
12.如权利要求10所述的距离测定用IC，其特征是放大器由晶体管构成。
全文摘要
距离测定用IC把振荡器内装于封装内。再在内装振荡器的封装的表面上设置平面状电感器。平面状电感器连接到振荡器上并确定振荡器的振荡频率。当导电性物质接近封装的表面时,振荡器的振荡频率就会因平面状电感器而变化。检测振荡频率以检测导电性物质的接近距离。虽然导电性物质主要是金属,但是也可以测定非金属的导电性物质,例如,导电性液体等的接近距离。
文档编号G06F3/03GK1223399SQ9811594
公开日1999年7月21日 申请日期1998年7月10日 优先权日1998年1月13日
发明者赤松则男, 金冈秀司 申请人:日本系统开发株式会社, 赤松则男