JP2010245911A - Proximity sensor - Google Patents
Proximity sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010245911A JP2010245911A JP2009093558A JP2009093558A JP2010245911A JP 2010245911 A JP2010245911 A JP 2010245911A JP 2009093558 A JP2009093558 A JP 2009093558A JP 2009093558 A JP2009093558 A JP 2009093558A JP 2010245911 A JP2010245911 A JP 2010245911A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensing element
- frequency
- proximity sensor
- circuit
- oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
本発明は、人体や物体等の近接を検知する近接センサに関する。 The present invention relates to a proximity sensor that detects the proximity of a human body or an object.
一般的に、検出用コイルとコンデンサとを用いたＬＣ発振回路を用いて、発振周波数の変化が所定の数値を超えた場合に検出する近接センサが用いられている。例えば、特許文献１には、物体までの距離によって発振周波数が変化する発振回路と一定の局部発振周波数で発振する発振回路とを設け、掛算器、ローパスフィルタ及び周波数弁別回路を使用することで、発振周波数を任意に選択できるような近接センサが提案されている。 Generally, a proximity sensor that detects when a change in oscillation frequency exceeds a predetermined numerical value using an LC oscillation circuit using a detection coil and a capacitor is used. For example, Patent Document 1 includes an oscillation circuit whose oscillation frequency changes depending on the distance to an object and an oscillation circuit that oscillates at a constant local oscillation frequency, and uses a multiplier, a low-pass filter, and a frequency discrimination circuit. Proximity sensors that can arbitrarily select the oscillation frequency have been proposed.
また、特許文献２には、ＬＣ自励発振回路、信号検出手段、増幅素子及び帰還回路により帰還形の発振回路を構成し、発振回路の共振周波数を変えずに増幅素子の直流バイアス点を変化させ、動作点を変えることにより、発振回路の発振周波数を変化させた近接センサも提案されている。 In Patent Document 2, a LC oscillation circuit, a signal detection unit, an amplification element, and a feedback circuit constitute a feedback oscillation circuit, and the DC bias point of the amplification element is changed without changing the resonance frequency of the oscillation circuit. In addition, a proximity sensor in which the oscillation frequency of the oscillation circuit is changed by changing the operating point has also been proposed.
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、掛算器及び局部発振回路が必要なため、回路規模が大きくなってしまい、消費電力が増大すると同時に小型化が困難であるという不都合があった。また、検知により変化した周波数も掛算器を通すため、変動幅が小さくなり、感度が低下する。さらに、広帯域に不要なスプリアスが発生し、安定度も低下する。そのため、この技術では発振周波数変化率１％に対して３〜４ｍｍと検出距離も短くなる。
また、特許文献２に記載の技術では、直流バイアス回路が必要なため、回路規模が大きくなってしまい、消費電力増大、高コストと同時に、小型化が困難となる不都合があった。さらに、直流バイアスを変化させるため、変動幅が小さく、感度が低くなる。そのため、この技術でも発振周波数変化率１％に対して１ｍｍ程度と検出距離も短くなる。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, the technique described in Patent Document 1 requires a multiplier and a local oscillation circuit, which increases the circuit scale, increases the power consumption, and makes it difficult to reduce the size. Further, since the frequency changed by the detection is also passed through the multiplier, the fluctuation range is reduced and the sensitivity is lowered. Furthermore, unnecessary spurious is generated in a wide band, and the stability is also lowered. Therefore, in this technique, the detection distance is shortened to 3 to 4 mm with respect to the oscillation frequency change rate of 1%.
Further, the technique described in Patent Document 2 requires a DC bias circuit, which increases the circuit scale, resulting in an increase in power consumption and high cost, and difficulty in downsizing. Furthermore, since the DC bias is changed, the fluctuation range is small and the sensitivity is low. Therefore, even in this technique, the detection distance is shortened to about 1 mm for an oscillation frequency change rate of 1%.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、長い検出距離を確保できる近接センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a proximity sensor that can ensure a long detection distance.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の近接センサは、導体で構成されたセンシングエレメントと、該センシングエレメントに接続され特定の周波数で発振させて前記センシングエレメントの周囲に電磁場を発生させると共に発振周波数を出力する発振回路と、該発振回路に接続され出力される発振周波数のレベル調整を行うレベルコンバータと、該レベルコンバータに接続されレベル調整された発振周波数を電圧に変換する周波数−電圧コンバータと、を備えていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the proximity sensor of the present invention includes a sensing element composed of a conductor, an oscillation circuit connected to the sensing element and oscillating at a specific frequency to generate an electromagnetic field around the sensing element and outputting an oscillation frequency. A level converter for adjusting a level of an oscillation frequency connected to the oscillation circuit and a frequency-voltage converter connected to the level converter for converting the level-adjusted oscillation frequency into a voltage. Features.
この近接センサでは、センシングエレメントと、発振回路と、レベルコンバータと、周波数−電圧コンバータと、を備えているので、人体等近接時のインピーダンス変化に伴う発振周波数変化をレベルコンバータでレベル調整し、さらに周波数−電圧コンバータで発振周波数成分を電圧に直接変換することで、簡易な回路で高感度にセンシングが可能になる。すなわち、周波数−電圧コンバータで発振周波数成分を電圧に直接変換する回路構成のため、周波数のシフトダウンが不要であり、少ない部品点数で回路を構成することができ、高安定度のセンシングが可能である。 Since this proximity sensor includes a sensing element, an oscillation circuit, a level converter, and a frequency-voltage converter, the level of the oscillation frequency change accompanying the impedance change when the human body is in proximity is adjusted by the level converter. By directly converting the oscillation frequency component into a voltage by the frequency-voltage converter, sensing can be performed with high sensitivity with a simple circuit. In other words, because the circuit configuration directly converts the oscillation frequency component into voltage with a frequency-voltage converter, frequency shift down is not required, the circuit can be configured with a small number of parts, and highly stable sensing is possible. is there.
また、本発明の近接センサは、前記センシングエレメントと前記発振回路との間に接続され前記センシングエレメントと前記発振回路とのインピーダンス調整を行う感度調整部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この近接センサでは、センシングエレメントと発振回路とのインピーダンス調整を行う感度調整部を備えているので、感度調整部によりインピーダンス調整だけでなくセンシングエレメントの感度に応じてフレキシブルに感度を調整することができ、低いレベル変化に対してもレベルコンバータでレベル調整することで、高感度にセンシングが可能になる。
また、感度調整部を用いることで、従来の増幅回路と比較して、レベルコンバータによるレベル調整で充分であり、低消費電流が実現可能である。
なお、センシングエレメント及び感度調整部と発振回路とを分離して別々の箇所に配線で引き回して設置した場合でも、感度調整部によって互いのインピーダンス整合を行うことができる。
In addition, the proximity sensor according to the present invention includes a sensitivity adjustment unit that is connected between the sensing element and the oscillation circuit and adjusts impedance between the sensing element and the oscillation circuit.
In other words, this proximity sensor has a sensitivity adjustment unit that adjusts the impedance between the sensing element and the oscillation circuit, so that the sensitivity adjustment unit can flexibly adjust the sensitivity according to the sensitivity of the sensing element as well as the impedance adjustment. Sensing with high sensitivity is possible by adjusting the level with a level converter even for low level changes.
Further, by using the sensitivity adjustment unit, level adjustment by a level converter is sufficient as compared with a conventional amplifier circuit, and low current consumption can be realized.
Even when the sensing element, the sensitivity adjustment unit, and the oscillation circuit are separated and installed by wiring at different locations, impedance matching can be performed by the sensitivity adjustment unit.
また、本発明の近接センサは、前記発振回路が、ＵＨＦ帯の周波数で発振させるＵＨＦ発振回路であることを特徴とする。
すなわち、この近接センサでは、発振回路が、ＵＨＦ帯の周波数で発振させるＵＨＦ発振回路であるので、回路全体をよりシンプルで小型かつ安価な回路で構成することが可能になる。
In the proximity sensor of the present invention, the oscillation circuit is a UHF oscillation circuit that oscillates at a frequency in the UHF band.
That is, in this proximity sensor, since the oscillation circuit is a UHF oscillation circuit that oscillates at a frequency in the UHF band, the entire circuit can be configured with a simpler, smaller, and less expensive circuit.
また、本発明の近接センサは、前記発振回路、前記レベルコンバータ及び前記周波数−電圧コンバータが設けられる回路基板を備え、前記センシングエレメントが、前記回路基板に設けられていることを特徴とする。
すなわち、この近接センサでは、センシングエレメントが、回路基板に設けられているので、センシングエレメントと発振回路等の各回路とを同一基板に一体化することができ、さらに小型化及び低コスト化が可能になる。
The proximity sensor of the present invention includes a circuit board on which the oscillation circuit, the level converter, and the frequency-voltage converter are provided, and the sensing element is provided on the circuit board.
That is, in this proximity sensor, since the sensing element is provided on the circuit board, the sensing element and each circuit such as the oscillation circuit can be integrated on the same board, and further miniaturization and cost reduction are possible. become.
また、本発明の近接センサは、前記回路基板が、誘電体の裏面にグランドに接続される導体膜が形成されていると共に表面にマイクロストリップ線路がパターン形成されたプリント基板であって、前記センシングエレメントが、前記マイクロストリップ線路で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この近接センサでは、センシングエレメントが、マイクロストリップ線路で形成されているので、回路基板としてプリント基板を用いたマイクロストリップ構造によって、より小型化、薄型化及び低コスト化が可能になる。
In the proximity sensor of the present invention, the circuit board is a printed circuit board in which a conductor film connected to the ground is formed on the back surface of the dielectric, and a microstrip line is formed on the surface. The element is formed of the microstrip line.
That is, in this proximity sensor, since the sensing element is formed of a microstrip line, a microstrip structure using a printed circuit board as a circuit board enables further miniaturization, thickness reduction, and cost reduction.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る近接センサによれば、センシングエレメントと、発振回路と、レベルコンバータと、周波数−電圧コンバータと、を備えているので、人体等近接時のインピーダンス変化に伴う発振周波数変化を、レベル調整と発振周波数成分の電圧への直接変換とにより、高感度にセンシングが可能になり、従来よりも長い検出距離を確保できる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the proximity sensor according to the present invention, since the sensing element, the oscillation circuit, the level converter, and the frequency-voltage converter are provided, the oscillation frequency change accompanying the impedance change when the human body is in proximity, Sensing can be performed with high sensitivity by level adjustment and direct conversion of the oscillation frequency component to voltage, and a longer detection distance can be secured.
以下、本発明に係る近接センサの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a proximity sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の近接センサ１は、図１及び図２に示すように、銅箔等の導体で構成された一対のセンシングエレメント２と、これらセンシングエレメント２に接続され特定の周波数で発振させてセンシングエレメント２の周囲に電磁場を発生させると共に発振周波数を出力する発振回路３と、センシングエレメント２と発振回路３との間に接続されセンシングエレメント２と発振回路３とのインピーダンス調整を行う感度調整部４と、感度調整部４を介して発振回路３に接続され出力される発振周波数のレベル調整を行うレベルコンバータ５と、レベルコンバータ５に接続されレベル調整された発振周波数を電圧に変換するｆ−Ｖコンバータ（周波数−電圧コンバータ）６と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the proximity sensor 1 according to the present embodiment senses a pair of sensing elements 2 made of a conductor such as a copper foil and oscillates at a specific frequency connected to the sensing elements 2. An oscillation circuit 3 that generates an electromagnetic field around the element 2 and outputs an oscillation frequency, and a sensitivity adjustment unit 4 that is connected between the sensing element 2 and the oscillation circuit 3 and adjusts the impedance between the sensing element 2 and the oscillation circuit 3. A level converter 5 that adjusts the level of the oscillation frequency that is connected to and output from the oscillation circuit 3 via the sensitivity adjustment unit 4, and an f-V that is connected to the level converter 5 and converts the oscillation frequency adjusted in level to a voltage. And a converter (frequency-voltage converter) 6.
また、本実施形態の近接センサ１は、センシングエレメント２、感度調整部４、発振回路３、レベルコンバータ５及びｆ−Ｖコンバータ６が設けられている回路基板７を備えている。この回路基板７は、誘電体の裏面にグランドに接続される導体膜（図示略）が形成されていると共に表面にマイクロストリップ線路が銅箔等でパターン形成されたプリント基板である。 In addition, the proximity sensor 1 of the present embodiment includes a circuit board 7 on which a sensing element 2, a sensitivity adjustment unit 4, an oscillation circuit 3, a level converter 5 and an fV converter 6 are provided. The circuit board 7 is a printed board in which a conductor film (not shown) connected to the ground is formed on the back surface of a dielectric, and a microstrip line is patterned on the surface with a copper foil or the like.
また、センシングエレメント２は、回路基板７のプリントパターンである上記マイクロストリップ線路で形成されている。
上記発振回路３は、ＵＨＦ帯の周波数で発振させるＵＨＦ発振回路である。これにより、センシングエレメント２の周囲には、ＵＨＦ帯の周波数の電磁場が発生する。
The sensing element 2 is formed of the microstrip line that is a printed pattern of the circuit board 7.
The oscillation circuit 3 is a UHF oscillation circuit that oscillates at a UHF band frequency. As a result, an electromagnetic field having a frequency in the UHF band is generated around the sensing element 2.
このように、この近接センサ１では、従来のＬＣ発振回路に対して、センシングエレメント２及び感度調整部４からなるセンシング部８と、発振回路３を含む回路部との構成になっている。
そして、センシングエレメント２が、人体／物体検知の役割を担っている。また、感度調整部４と発振回路３とを組み合わせることで、発振周波数を変化させることができる。
上記感度調整部４は、センシングエレメント２の検知感度に対して、フレキシブルに感度調整が可能である。それと同時にセンシングエレメント２と発振回路３との間のインピーダンス整合を取ることが可能であり、安定度、信頼性向上を確保している。
As described above, the proximity sensor 1 is configured with a sensing unit 8 including the sensing element 2 and the sensitivity adjustment unit 4 and a circuit unit including the oscillation circuit 3 with respect to the conventional LC oscillation circuit.
The sensing element 2 plays a role of human body / object detection. Further, the oscillation frequency can be changed by combining the sensitivity adjustment unit 4 and the oscillation circuit 3.
The sensitivity adjustment unit 4 can flexibly adjust the sensitivity with respect to the detection sensitivity of the sensing element 2. At the same time, impedance matching between the sensing element 2 and the oscillation circuit 3 can be achieved, and stability and reliability are improved.
上記レベルコンバータ５は、低いレベル変化に対して、センシングを可能とするレベルに調整する部分である。すなわち、このレベルコンバータ５は、微弱な検出レベルを昇圧する回路となっている。なお、検出状況によっては、検出レベルを降圧する場合も考えられる。このレベルコンバータ５の回路は、前段の感度調整部４との兼ね合いで、従来の増幅回路と比較して、レベル調整程度で良く、低消費電力で構わない。
最後に、ｆ−Ｖコンバータ６は、ＵＨＦダイレクトｆ（周波数）−Ｖ（電圧）コンバータであって、レベルコンバータ５にてレベル調整された周波数成分を電圧に直接変換する部分である。
The level converter 5 is a part that adjusts to a level that enables sensing in response to a low level change. That is, the level converter 5 is a circuit that boosts a weak detection level. Depending on the detection situation, the detection level may be lowered. The circuit of the level converter 5 is in balance with the sensitivity adjustment unit 4 in the previous stage, and may have a level adjustment level and low power consumption as compared with the conventional amplifier circuit.
Finally, the f-V converter 6 is a UHF direct f (frequency) -V (voltage) converter and directly converts the frequency component whose level is adjusted by the level converter 5 into a voltage.
従来技術においては、周波数弁別回路としてセラミックフィルタ等を使用し、通過周波数から低下したレベルを検知して、再度増幅し、コンパレータによって検出した後、積分回路及び出力回路を使用して検出電圧を出力していた。この場合、回路規模が大きくなると共に、安定度の高い局部発振器、掛算器及びセラミックフィルタが必要となり、高性能の部品により高コストとなる。
しかしながら、本実施形態では、この部分をｆ−Ｖコンバータ６によって周波数をそのまま直接、直流電圧に変換することにより、回路規模が少なく小型化が可能になると共に、高感度、高安定度を実現している。
In the prior art, a ceramic filter or the like is used as a frequency discriminating circuit, the level lowered from the passing frequency is detected, amplified again, detected by a comparator, and then a detection voltage is output using an integrating circuit and an output circuit Was. In this case, the circuit scale is increased, and a highly stable local oscillator, multiplier and ceramic filter are required, and the cost is increased due to high performance components.
However, in this embodiment, the frequency is directly converted into a direct voltage by the fV converter 6 in this embodiment, so that the circuit scale is small and the size can be reduced, and high sensitivity and high stability are realized. ing.
上記センシングエレメント２は、マイクロストリップ構造を採用し、小型で、周辺の設置影響を考慮し、一対のセンシングエレメント２の長さ及び間隔を最適化し、そのインピーダンス変動によるセンシングを行っている。 The sensing element 2 adopts a microstrip structure, is small, considers the influence of surrounding installation, optimizes the length and interval of the pair of sensing elements 2, and performs sensing by impedance variation.
また、感度調整部４は、センシングエレメント２の感度に応じて、フレキシブルに感度を調整することできる。この感度調整部４としては、π型回路又はＴ型回路を一段若しくは複数段設け、一般的に使用される抵抗、コンデンサ、インダクタ等が使用される。また、可変抵抗、可変コンデンサ、可変インダクタ、可変容量ダイオード等を用いることで、フレキシブルな調整も可能となる。なお、感度調整部４は、上述したようにセンシングエレメント２と発振回路３とのインピーダンス整合の役割も兼ね備えている。 Further, the sensitivity adjustment unit 4 can flexibly adjust the sensitivity according to the sensitivity of the sensing element 2. As the sensitivity adjusting unit 4, one or more stages of π-type circuits or T-type circuits are provided, and commonly used resistors, capacitors, inductors, and the like are used. In addition, flexible adjustment is possible by using a variable resistor, a variable capacitor, a variable inductor, a variable capacitance diode, or the like. Note that the sensitivity adjustment unit 4 also has a role of impedance matching between the sensing element 2 and the oscillation circuit 3 as described above.
上記発振回路３に接続されたレベルコンバータ５では、低いレベル変化に対しても、センシングが可能となるレベルに調整される。このレベルコンバータ５の回路は、上述したように前段に感度調整部４を用いることで、従来の増幅回路と比較して、レベル調整程度で良く、低消費電流が実現できる。 The level converter 5 connected to the oscillation circuit 3 is adjusted to a level at which sensing is possible even with a low level change. As described above, the circuit of the level converter 5 uses the sensitivity adjustment unit 4 in the previous stage, so that the level adjustment is sufficient as compared with the conventional amplifier circuit, and low current consumption can be realized.
このレベルコンバータ５に接続されたｆ−Ｖコンバータ６では、レベルコンバータ５にてレベル調整された周波数成分を電圧に直接変換される。
なお、センシングエレメント２、発振回路３、ｆ−Ｖコンバータ６等の回路構成は、基本的にＵＨＦ帯に特化している。そのため、センシングエレメント２に対しては、小型化できると共に、発振回路等の部品点数も少なく、シンプルな回路構成、低コスト化が実現できる。
In the fV converter 6 connected to the level converter 5, the frequency component whose level is adjusted by the level converter 5 is directly converted into a voltage.
Note that the circuit configurations of the sensing element 2, the oscillation circuit 3, the fV converter 6 and the like are basically specialized for the UHF band. Therefore, the sensing element 2 can be reduced in size and the number of components such as an oscillation circuit is small, and a simple circuit configuration and cost reduction can be realized.
なお、図３に示すように、本実施形態の近接センサ１では、実際の検出距離に対する発振周波数の変化率を考えると、周波数変化率１％に対して、２０ｍｍと長い検出距離となると共に、３００ｍｍ以上の長い距離も検出可能であることがわかる。 As shown in FIG. 3, in the proximity sensor 1 of the present embodiment, when considering the change rate of the oscillation frequency with respect to the actual detection distance, the detection distance is as long as 20 mm with respect to the frequency change rate of 1%. It can be seen that a long distance of 300 mm or more can be detected.
次に、近接センサ１の動作原理を、図４の（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
まず、センシングエレメント２において発生するインダクタンス成分、キャパシタンス成分により発振回路３にて、図４の（ａ）に示すように、所望の発振周波数スペクトラムが得られる。例えば、このときの周波数がｆ１とする。この周波数スペクトラムは、感度調整部４により、振幅レベル、インピーダンスが調整された波形となる。これに対して、人体等の物体が接近した場合、図４の（ｂ）に示すように、周波数スペクトラムは低域にシフトする。例えば、このとき、周波数がｆ２へシフトしたとする。
Next, the operating principle of the proximity sensor 1 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4A, a desired oscillation frequency spectrum is obtained in the oscillation circuit 3 by the inductance component and the capacitance component generated in the sensing element 2. For example, assume that the frequency at this time is f1. This frequency spectrum has a waveform in which the amplitude level and impedance are adjusted by the sensitivity adjustment unit 4. On the other hand, when an object such as a human body approaches, the frequency spectrum shifts to a low band as shown in FIG. For example, assume that the frequency is shifted to f2 at this time.
なお、検出物体や設置条件によっては、周波数が高い方へシフトする場合があるが、周波数成分を直接変換するため、同様に検出することが可能である。この周波数成分の変化量を、図５の（ａ）に示すように、ｆ−Ｖコンバータ６により直接電圧に変換し、図５の（ｂ）に示すように、検出レベルを出力する形となる。すなわち、人体近接によって周波数がｆ１からｆ２へとシフトしたことに対応して電圧がＶ１からＶ２へと変化し、検出前後でΔＶだけ電圧変化することで人体等を検知することができる。なお、周波数変化量が大きい場合、電圧の変化量も大きくなる。 Depending on the detected object and installation conditions, the frequency may shift to a higher one, but since the frequency component is directly converted, it can be similarly detected. The change amount of the frequency component is directly converted into a voltage by the f-V converter 6 as shown in FIG. 5A, and the detection level is output as shown in FIG. 5B. . That is, the voltage changes from V1 to V2 in response to the frequency shifting from f1 to f2 due to the proximity of the human body, and the human body or the like can be detected by changing the voltage by ΔV before and after detection. When the frequency change amount is large, the voltage change amount is also large.
なお、センシング部８（センシングエレメント２及び感度調整部４）と発振回路３とは、最短距離で設計されることが望ましい。また、センシングエレメント２は、使用する周波数帯に対して、波長の４分の１程度の長さがあることが望ましい。 The sensing unit 8 (the sensing element 2 and the sensitivity adjustment unit 4) and the oscillation circuit 3 are preferably designed with the shortest distance. Moreover, it is desirable that the sensing element 2 has a length of about a quarter of the wavelength with respect to the frequency band to be used.
なお、センシングエレメント２の幅を変えて微調整をすることも可能である。検出距離に対するセンシングエレメント２の長さ及び間隔を、図６の（ａ）（ｂ）に示す。このように、センシングエレメント２は、整数分の１程度の長さ又は間隔までは検出距離ｄが長くなるが、一定以上では検出距離ｄも一定になる傾向がある。 It is also possible to make fine adjustments by changing the width of the sensing element 2. The length and interval of the sensing element 2 with respect to the detection distance are shown in FIGS. Thus, the sensing element 2 has a longer detection distance d up to a length or interval of about an integer, but the detection distance d tends to be constant above a certain level.
このように本実施形態の近接センサ１では、センシングエレメント２と、発振回路３と、レベルコンバータ５と、ｆ−Ｖコンバータ６と、を備えているので、人体近接時のインピーダンス変化に伴う発振周波数変化をレベルコンバータ５でレベル調整し、さらにｆ−Ｖコンバータ６で発振周波数成分を電圧に直接変換することで、簡易な回路で高感度にセンシングが可能になる。すなわち、ｆ−Ｖコンバータ６で発振周波数成分を電圧に直接変換する回路構成のため、周波数のシフトダウンが不要であり、少ない部品点数で回路を構成することができ、高安定度のセンシングが可能である。 As described above, the proximity sensor 1 according to the present embodiment includes the sensing element 2, the oscillation circuit 3, the level converter 5, and the f-V converter 6. Therefore, the oscillation frequency associated with the impedance change when the human body is in proximity. The level is adjusted by the level converter 5, and the oscillation frequency component is directly converted into voltage by the fV converter 6, so that sensing can be performed with high sensitivity with a simple circuit. In other words, since the fV converter circuit 6 directly converts the oscillation frequency component into a voltage, it is not necessary to shift down the frequency, the circuit can be configured with a small number of parts, and highly stable sensing is possible. It is.
また、センシングエレメント２と発振回路３とのインピーダンス調整を行う感度調整部４を備えているので、感度調整部４によりインピーダンス調整だけでなくセンシングエレメント２の感度に応じてフレキシブルに感度を調整することができ、低いレベル変化に対してもレベルコンバータ５でレベル調整することで、高感度にセンシングが可能になる。
また、感度調整部４を用いることで、従来の増幅回路と比較して、レベルコンバータ５によるレベル調整で充分であり、低消費電流が実現可能である。
さらに、発振回路３が、ＵＨＦ帯の周波数で発振させるＵＨＦ発振回路であるので、回路全体をよりシンプルで小型かつ安価な回路で構成することが可能になる。
In addition, since the sensitivity adjustment unit 4 that adjusts the impedance between the sensing element 2 and the oscillation circuit 3 is provided, the sensitivity adjustment unit 4 flexibly adjusts the sensitivity according to the sensitivity of the sensing element 2 as well as the impedance adjustment. Sensing can be performed with high sensitivity by adjusting the level with the level converter 5 even for a low level change.
In addition, by using the sensitivity adjustment unit 4, level adjustment by the level converter 5 is sufficient as compared with the conventional amplifier circuit, and low current consumption can be realized.
Furthermore, since the oscillation circuit 3 is a UHF oscillation circuit that oscillates at a frequency in the UHF band, the entire circuit can be configured with a simpler, smaller, and less expensive circuit.
また、センシングエレメント２が、回路基板７に設けられているので、センシングエレメント２と発振回路３等の各回路とを同一基板に一体化することができ、さらに小型化及び低コスト化が可能になる。
特に、センシングエレメント２が、マイクロストリップ線路で形成されているので、回路基板７としてプリント基板を用いたマイクロストリップ構造によって、より小型化、薄型化及び低コスト化が可能になる。
Further, since the sensing element 2 is provided on the circuit board 7, the sensing element 2 and each circuit such as the oscillation circuit 3 can be integrated on the same board, and further miniaturization and cost reduction are possible. Become.
In particular, since the sensing element 2 is formed of a microstrip line, a microstrip structure using a printed circuit board as the circuit board 7 enables further miniaturization, thickness reduction, and cost reduction.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、センシングエレメントと発振回路等の回路部とが同一の回路基板に一体に形成されているが、センシングエレメントと発振回路等の回路部とを分離しても構わない。この場合、センシングエレメントと発振回路とを分離して別々の箇所に配線で引き回して設置した場合でも、感度調整部によって互いのインピーダンス整合を行うことができる。なお、センシングエレメントが分離されることから、基板一体型以外にも、設置条件、使用用途に合わせた設計が可能となる。 For example, in the above embodiment, the sensing element and the circuit unit such as the oscillation circuit are integrally formed on the same circuit board, but the sensing element and the circuit unit such as the oscillation circuit may be separated. In this case, even when the sensing element and the oscillation circuit are separated and installed at different locations by wiring, the impedance adjustment unit can perform impedance matching with each other. In addition, since the sensing element is separated, it is possible to design in accordance with the installation conditions and the usage application in addition to the substrate integrated type.
なお、小型化や安定度を考えると、上記実施形態のように基板一体化が好ましいが、自動車などの用途で使用する場合、金属面が近接にある場合が多く、十分感度が取れない場合が考えられる。その場合、センシングエレメントと発振回路等の回路とを別々に設置することが可能である。例えば、車両設置時では、センシングエレメントをＡピラー、発振回路等の回路部をコンソールボックスに設置した場合等である。そうすることで、センシングエレメントをセンシングに有利な高安定度の場所に設置できる。 In view of downsizing and stability, it is preferable to integrate the substrate as in the above embodiment, but when used in applications such as automobiles, there are many cases where the metal surface is in close proximity and sufficient sensitivity may not be obtained. Conceivable. In that case, it is possible to install a sensing element and a circuit such as an oscillation circuit separately. For example, when the vehicle is installed, the sensing element is an A pillar, and a circuit unit such as an oscillation circuit is installed in a console box. By doing so, the sensing element can be installed in a highly stable place advantageous for sensing.
ただし、センシングエレメントから発振回路までの引き回しでインピーダンス不整合に対する反射、輻射が発生した場合、通常ではセンシングが困難となってしまう。そのため、本発明においては、分離された感度調整部において、センシングエレメントと発振回路との間のインピーダンス整合を行い、その間で発生する反射を抑えることができる。なお、分離した場合には、感度調整部は、発振回路側に近いことが望ましい。ただし、設置状況によっては、反射よりも輻射の問題の方が多い場合がある。その場合には、センシングエレメント側に近い場所にも設置すると共に、ＥＭＩフィルタ等のノイズ対策も考慮して構わない。 However, if reflection or radiation with respect to impedance mismatching occurs due to the routing from the sensing element to the oscillation circuit, sensing is usually difficult. For this reason, in the present invention, the separated sensitivity adjustment unit can perform impedance matching between the sensing element and the oscillation circuit, and can suppress reflection generated therebetween. When separated, the sensitivity adjustment unit is preferably close to the oscillation circuit side. However, depending on the installation situation, there may be more radiation problems than reflections. In that case, it may be installed near the sensing element side and noise countermeasures such as an EMI filter may be taken into consideration.
また、上記実施形態では、センシングエレメントとしてプリントパターンによるマイクロストリップ構造のマイクロストリップ線路を採用しているが、１本の導線をらせん形状としたヘリカル構造、１本の導線を直線形状としたモノポール構造、２本の直線状の導線を左右対称に配したダイポール構造等によるインピーダンス変動を用いた構造を採用しても構わない。このセンシングエレメントは、設置場所、使用用途、検出物体対象、検出距離等に対して変更が可能である。 In the above embodiment, a microstrip line having a microstrip structure with a printed pattern is adopted as the sensing element, but a monopole having a helical structure in which one conductive wire is spiral and a linear shape in which one conductive line is formed. A structure using impedance variation such as a dipole structure in which two linear conductors are arranged symmetrically may be adopted. This sensing element can be changed with respect to the installation location, intended use, detection object target, detection distance, and the like.
なお、上記実施形態のようにマイクロストリップ構造のセンシングエレメントを採用した場合、人体近接時にセンシングエレメントのインピーダンスが変動し、発振回路の周波数が低域若しくは高域にシフトする。なお、検出距離が長いほど、インピーダンス変動は小さくなる。そのため、検出距離を長くしたい場合には、センシングエレメントの間隔を調整すると共に、エレメント長を長くする必要がある。 When the microstrip-type sensing element is employed as in the above embodiment, the impedance of the sensing element fluctuates when the human body is approaching, and the frequency of the oscillation circuit shifts to a low frequency or high frequency. Note that the longer the detection distance, the smaller the impedance variation. Therefore, in order to increase the detection distance, it is necessary to adjust the interval between the sensing elements and increase the element length.
なお、小型化、薄型化を考えた場合、マイクロストリップ構造が望ましいが、検出距離、安定度等の優先順位を考慮したい場合には、以下の表１に示す各性質（設置場所（自由度）、安定度、小型化、検出距離）を踏まえ検討する必要がある。なお、表１では、記号「◎」「○」「△」の順に各性質について適していることを示している。 When considering miniaturization and thinning, a microstrip structure is desirable. However, if priority is given to detection distance, stability, etc., the properties shown in Table 1 below (installation location (degree of freedom)) , Stability, miniaturization, detection distance). Table 1 shows that each property is suitable in the order of the symbols “◎”, “◯”, and “Δ”.
また、物体検知に対して、指向性を持たせるために、一対のセンシングエレメントの互いのエレメント長を変更することや、各センサエレメントの構造を変更することもできる。例えば、同構造で長さのみを変更した場合には、長い方向の感度が改善し、片側のセンシングエレメントにマイクロストリップ構造、もう一方にヘリカル構造等の組み合わせにした場合などは、ヘリカル構造の方に感度が改善する等、フレキシブルに対応可能である。
このように、センシングエレメントがフレキシブルに対応可能な要因として、前述の通り、感度調整部による感度調整及び発振回路とのインピーダンス整合が重要になる。
Moreover, in order to give directivity to object detection, the mutual element length of a pair of sensing elements can be changed, and the structure of each sensor element can also be changed. For example, when only the length is changed in the same structure, the sensitivity in the long direction is improved. When the sensing element on one side is combined with a microstrip structure and the other is a helical structure, the helical structure is better. It is possible to respond flexibly, for example, with improved sensitivity.
As described above, as described above, the sensitivity adjustment by the sensitivity adjustment unit and the impedance matching with the oscillation circuit are important as factors that allow the sensing element to flexibly cope with it.
また、図３に示すように、周波数の変化又は変換された電圧の変化に基づいて接近する人体等の距離を判定することも可能である。例えば、バンドパスフィルタ又はコンパレータを用いることで、出力される周波数又は電圧を複数の範囲に分け、どの範囲の周波数又は電圧に変化したかを判断することで、接近する人体等の距離を判定することができる。また、これにより、近づく人体や物体等の距離に応じて、異なる音調の警報音を発生させるように設定することも可能になる。この技術は、例えば、自動車等の駐車支援装置等にも適用可能である。なお、電圧に変換しているため、簡易的なコンバータ、バンドパスフィルタによって距離の判定が可能になる。 In addition, as shown in FIG. 3, it is also possible to determine the distance of the approaching human body or the like based on a change in frequency or a change in converted voltage. For example, by using a bandpass filter or a comparator, the output frequency or voltage is divided into a plurality of ranges, and by determining which range the frequency or voltage has changed, the distance of the approaching human body or the like is determined. be able to. This also makes it possible to set so as to generate an alarm sound having a different tone according to the distance of the approaching human body or object. This technique can also be applied to, for example, a parking assistance device such as an automobile. Since the voltage is converted into voltage, the distance can be determined by a simple converter and band-pass filter.
１…近接センサ、２…センシングエレメント、３…発振回路、４…感度調整部、５…レベルコンバータ、６…ｆ−Ｖコンバータ（周波数−電圧コンバータ）、７…回路基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Proximity sensor, 2 ... Sensing element, 3 ... Oscillator circuit, 4 ... Sensitivity adjustment part, 5 ... Level converter, 6 ... fV converter (frequency-voltage converter), 7 ... Circuit board
Claims (5)
該センシングエレメントに接続され特定の周波数で発振させて前記センシングエレメントの周囲に電磁場を発生させると共に発振周波数を出力する発振回路と、
該発振回路に接続され出力される発振周波数のレベル調整を行うレベルコンバータと、
該レベルコンバータに接続されレベル調整された発振周波数を電圧に変換する周波数−電圧コンバータと、を備えていることを特徴とする近接センサ。 A sensing element composed of a conductor;
An oscillation circuit connected to the sensing element and oscillating at a specific frequency to generate an electromagnetic field around the sensing element and outputting an oscillation frequency;
A level converter that is connected to the oscillation circuit and adjusts the level of the oscillation frequency output;
A proximity sensor, comprising: a frequency-voltage converter connected to the level converter and converting a level-adjusted oscillation frequency into a voltage.
前記センシングエレメントと前記発振回路との間に接続され前記センシングエレメントと前記発振回路とのインピーダンス調整を行う感度調整部を備えていることを特徴とする近接センサ。 The proximity sensor according to claim 1,
A proximity sensor, comprising: a sensitivity adjustment unit that is connected between the sensing element and the oscillation circuit and adjusts impedance between the sensing element and the oscillation circuit.
前記発振回路が、ＵＨＦ帯の周波数で発振させるＵＨＦ発振回路であることを特徴とする近接センサ。 The proximity sensor according to claim 1 or 2,
A proximity sensor, wherein the oscillation circuit is a UHF oscillation circuit that oscillates at a frequency in the UHF band.
前記発振回路、前記レベルコンバータ及び前記周波数−電圧コンバータが設けられる回路基板を備え、
前記センシングエレメントが、前記回路基板に設けられていることを特徴とする近接センサ。 The proximity sensor according to any one of claims 1 to 3,
A circuit board provided with the oscillation circuit, the level converter and the frequency-voltage converter;
The proximity sensor, wherein the sensing element is provided on the circuit board.
前記回路基板が、誘電体の裏面にグランドに接続される導体膜が形成されていると共に表面にマイクロストリップ線路がパターン形成されたプリント基板であって、
前記センシングエレメントが、前記マイクロストリップ線路で形成されていることを特徴とする近接センサ。 The proximity sensor according to claim 4,
The circuit board is a printed circuit board in which a conductor film connected to the ground is formed on the back surface of the dielectric, and a microstrip line is patterned on the surface,
The proximity sensor, wherein the sensing element is formed of the microstrip line.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009093558A JP2010245911A (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Proximity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009093558A JP2010245911A (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Proximity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010245911A true JP2010245911A (en) | 2010-10-28 |
Family
ID=43098432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009093558A Pending JP2010245911A (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Proximity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010245911A (en) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6478010A (en) * | 1987-09-18 | 1989-03-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Microwave power amplifier |
| JPH04184834A (en) * | 1990-11-16 | 1992-07-01 | Omron Corp | Switch |
| JPH0682564A (en) * | 1992-08-31 | 1994-03-22 | Alpine Electron Inc | Electromagnetic wave type proximity sensor |
| JPH09238063A (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-09 | Omron Corp | Detection switch |
| JPH09269379A (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-14 | Honda Denshi Giken:Kk | Apparatus for detecting human body |
| JP2001124859A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Toyota Motor Corp | Mobile object detector, abnormal condition alarming device, and loading chamber opening controller |
| JP2004187258A (en) * | 2002-04-17 | 2004-07-02 | Asahi Glass Co Ltd | High frequency transmission line and high frequency antenna device |
| JP2005286479A (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Koyo Electronics Ind Co Ltd | Static capacitance proximity sensor |
| JP2007220421A (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Omron Corp | Metal ball detection sensor |
| JP2008103870A (en) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Portable radio equipment |
-
2009
- 2009-04-08 JP JP2009093558A patent/JP2010245911A/en active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6478010A (en) * | 1987-09-18 | 1989-03-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Microwave power amplifier |
| JPH04184834A (en) * | 1990-11-16 | 1992-07-01 | Omron Corp | Switch |
| JPH0682564A (en) * | 1992-08-31 | 1994-03-22 | Alpine Electron Inc | Electromagnetic wave type proximity sensor |
| JPH09238063A (en) * | 1996-02-29 | 1997-09-09 | Omron Corp | Detection switch |
| JPH09269379A (en) * | 1996-04-02 | 1997-10-14 | Honda Denshi Giken:Kk | Apparatus for detecting human body |
| JP2001124859A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Toyota Motor Corp | Mobile object detector, abnormal condition alarming device, and loading chamber opening controller |
| JP2004187258A (en) * | 2002-04-17 | 2004-07-02 | Asahi Glass Co Ltd | High frequency transmission line and high frequency antenna device |
| JP2005286479A (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Koyo Electronics Ind Co Ltd | Static capacitance proximity sensor |
| JP2007220421A (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Omron Corp | Metal ball detection sensor |
| JP2008103870A (en) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Portable radio equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0998659B1 (en) | Position and movement resonant sensor | |
| JP5790869B2 (en) | Antenna device | |
| US8199522B2 (en) | Printed circuit board | |
| WO2014028684A1 (en) | Capacitive sensor | |
| CN107209029B (en) | Displacement sensor and distance adjusting device | |
| JP7029040B2 (en) | Remote detection with a sensor resonator with a sensor inductor coupled to the resonator capacitor via a shielded cable | |
| US20130057302A1 (en) | Capacitive measuring circuit insensitive to high-frequency interference | |
| KR20220164529A (en) | current transducer | |
| JP2007324251A (en) | Laminated capacitor | |
| JP2010245911A (en) | Proximity sensor | |
| CN216145762U (en) | Bluetooth headset antenna, Bluetooth headset and electronic equipment | |
| JP2007036822A (en) | Voltage controlled oscillator | |
| JP6594360B2 (en) | Filter device | |
| JP2010245912A (en) | Proximity sensor | |
| US20210367575A1 (en) | Filter circuit and electronic equipment | |
| JP2011103399A (en) | Semiconductor device | |
| JP2006141057A (en) | Voltage controlled oscillation circuit | |
| JP6801414B2 (en) | Moisture detector | |
| JP2010249646A (en) | Sensor device | |
| JP2017166981A (en) | Temperature detection circuit | |
| US11467047B2 (en) | Force sensing device with common noise reduction and electronic device | |
| US20060139123A1 (en) | Resistive capacitor structure for anti-resonance reduction | |
| US20120068677A1 (en) | Resonant power converter driving an inductive load like a discharge lamp | |
| JP6319572B2 (en) | Antenna device | |
| JP2005167936A (en) | Filter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20130819 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130822 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131021 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131106 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20131227 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140122 |