JP2012122726A - Proximity sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity sensor that can operate with low electric power and highly accurately detect an object to be detected.SOLUTION: A proximity sensor 1a comprises an oscillator 2, a transmission antenna 3 that radiates an alternating current signal Ea based on a signal from the oscillator 2, a receiving antenna 4 that receives an alternating current signal Eb, and a resonator 5 connected to the receiving antenna 4. The resonator 5 is constructed using, for example, a crystal oscillator. The proximity sensor 1a also comprises a buffer 6 and a resistor 7 that connect the output of the oscillator 2 and one end of the resonator 5. The resonator 5 is pre-excited at the oscillatory frequency of the oscillator 2. The proximity sensor 1a also comprises an amplifier 8 that amplifies the output of the resonator 5, and a phase detector 9 that performs phase detection of a signal received by the receiving antenna 4 using an output signal from the oscillator 2. The proximity sensor 1a also comprises an LPF 10 that smooths the output from the phase detector 9, and an output terminal 11.

Description

本発明は、物体の位置を検出する近接センサに関する。   The present invention relates to a proximity sensor that detects the position of an object.

従来から、2つのアンテナを備え、一方のアンテナから交流電磁界を発生し、他方のアンテナでこれを受信し、受信した信号を位相検波する構成を持ち、物体の位置や移動を検出する所謂近接センサが提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。   Conventionally, it has so-called proximity that has two antennas, generates an alternating electromagnetic field from one antenna, receives it by the other antenna, and detects the phase of the received signal to detect the position and movement of the object. Sensors have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

図20は、特許文献1および2に記載の従来の近接センサの構成を示す回路図である。従来の近接センサでは、発振器102の信号に基づいて送信アンテナ103から交流信号Eaを送信するとともに、交流信号Ebを受信アンテナ104で回路に取り込む。また従来の近接センサは、受信アンテナ104で回路に取り込んだ信号を増幅器108で直接増幅した後、位相検波器109により発振器102の信号で検波する。   FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional proximity sensor described in Patent Documents 1 and 2. In the conventional proximity sensor, the AC signal Ea is transmitted from the transmission antenna 103 based on the signal of the oscillator 102, and the AC signal Eb is taken into the circuit by the reception antenna 104. In the conventional proximity sensor, the signal taken into the circuit by the receiving antenna 104 is directly amplified by the amplifier 108 and then detected by the signal of the oscillator 102 by the phase detector 109.

さらに従来の近接センサは、位相検波器109の出力をLPF110で直流化して、被検査領域における電磁波の変化を直流電圧の変化として出力端子111から出力する。   Furthermore, the conventional proximity sensor converts the output of the phase detector 109 into a direct current by the LPF 110 and outputs the change in the electromagnetic wave in the inspection region from the output terminal 111 as the change in the direct current voltage.

特開2006−275629号公報(第3−5頁、図1)JP 2006-275629 A (page 3-5, FIG. 1) 特開2007−171031号公報(第4−6頁、図1)JP 2007-171031 A (page 4-6, FIG. 1)

しかし、従来技術では、以下のような問題がある。上述した現象は非常に微弱であるため、アンテナの性質もしくは被検物体と電波の相互作用の性質から、高周波でなければ充分な利得が得ることができない。よって、近接センサとして充分な検出感度を得る為には、特許文献1、2のいずれの方式も、非常に高い周波数の信号を発振器102から発生する必要がある。低周波を意識した特許文献1においても最低HF帯という高い周波数を想定し、特許文献2においてはGHz帯を想定している。   However, the prior art has the following problems. Since the phenomenon described above is very weak, a sufficient gain cannot be obtained unless the frequency is high due to the characteristics of the antenna or the interaction between the object to be detected and the radio wave. Therefore, in order to obtain sufficient detection sensitivity as a proximity sensor, it is necessary to generate a signal with a very high frequency from the oscillator 102 in both methods of Patent Documents 1 and 2. In Patent Document 1 conscious of low frequencies, a high frequency of the lowest HF band is assumed, and in Patent Document 2, a GHz band is assumed.

一方、高周波信号を発生させる為には大きなエネルギーを投入しなければならず、回路全般に高周波信号に対応する為の消費電力の大きな回路構成を用いなければならない問題がある。   On the other hand, in order to generate a high-frequency signal, a large amount of energy must be input, and there is a problem that a circuit configuration with a large power consumption for dealing with the high-frequency signal must be used for the entire circuit.

そこで、本発明は上記課題を解決し、低い電力で動作し、かつ、被検物体を高精度で検出することを可能とする近接センサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a proximity sensor that operates with low power and can detect a test object with high accuracy.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の近接センサは下記記載の構成を採用するものである。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the proximity sensor of the present invention adopts the following configuration.

本発明の近接センサは、交流信号発生源と、交流信号発生源の信号に基づいて電波を送信する送信アンテナと、電波を受信する受信アンテナと、受信アンテナに接続された共振素子と、交流信号発生源の信号で、受信アンテナで受信した信号を位相検波する位相検波手段と、を備えることを特徴とする。   A proximity sensor according to the present invention includes an AC signal generation source, a transmission antenna that transmits radio waves based on signals from the AC signal generation source, a reception antenna that receives radio waves, a resonant element connected to the reception antenna, and an AC signal. Phase detection means for detecting a phase of a signal received by a receiving antenna as a source signal.

また、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振されることを特徴とする。
In addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that the resonant element is excited in advance based on a signal from an AC signal source.
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that the resonant element is excited in advance by electrical coupling based on the signal of the AC signal source.
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the resonant element is excited in advance by mechanical coupling based on the signal of the AC signal source.

さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、振動子を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、共振素子の振動子と発振器の振動子とが一体に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはMEMS振動子であることを特徴とする。
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the resonant element includes a vibrator.
Further, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration described above, the AC signal generation source is an oscillator having a vibrator, and the resonator of the resonance element and the vibrator of the oscillator are integrally formed. To do.
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that the vibrator is a crystal vibrator, a ceramic vibrator, or a MEMS vibrator.

さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、LC共振回路を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子の両端からの出力を差動増幅し、受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、交流信号発生源と送信アンテナとの間に、交流信号発生源の回路の電源を昇圧する昇圧手段と、交流信号発生源の信号を、昇圧手段で昇圧された電源系で増幅する増幅手段と、を備えることを特徴とする。
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that the resonance element includes an LC resonance circuit.
In addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that it includes differential amplification means that differentially amplifies the outputs from both ends of the resonant element and outputs the signals as signals received by the receiving antenna.
Further, the proximity sensor according to the present invention includes, in addition to the above-described configuration, boosting means for boosting the power supply of the circuit of the AC signal generation source between the AC signal generation source and the transmission antenna, and a signal of the AC signal generation source. And amplifying means for amplifying with a power supply system boosted by the boosting means.

さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナであることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, one of the transmission antenna and the reception antenna is a rod-shaped antenna and the other is a ring-shaped antenna.
Furthermore, in the proximity sensor of the present invention, in addition to the above-described configuration, the ring-shaped antenna has a shape in which a plurality of concentric rings are joined.
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the ring-shaped antenna has a coiled shape wound a plurality of times.
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the tip of the rod-shaped antenna has a coiled shape wound a plurality of times.

さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板を備え、送信アンテナと受信アンテナとは、透明基板上に透明電極で形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成されたことを特徴とする。
Furthermore, the proximity sensor of the present invention includes a transparent substrate in addition to the configuration described above, and the transmission antenna and the reception antenna are formed of a transparent electrode on the transparent substrate.
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the proximity sensor of the present invention is characterized in that the transmission antenna and the reception antenna are formed in a concentric ring shape.
Further, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the transmitting antenna and the receiving antenna are formed in concentric circular arcs.

さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明電基板の角部に、2つの辺に跨って1/4の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明基板の辺部に、1/2の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成されたことを特徴する。
Further, in the proximity sensor of the present invention, in addition to the above-described configuration, the transparent substrate is rectangular, and the transmission antenna and the reception antenna are a quarter circle across two sides at the corner of the transparent electric substrate. It is formed in an arc shape.
Further, in the proximity sensor of the present invention, in addition to the configuration described above, the transparent substrate has a rectangular shape, and the transmitting antenna and the receiving antenna are formed in a half arc shape on the side of the transparent substrate. Features.
Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, at least one of the transmission antenna and the reception antenna is formed in a double or more pattern.

本発明の近接センサは、受信アンテナに接続された共振素子を備え、受信アンテナで受信した信号を用いて共振素子を励振し、共振素子に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。これにより、アンテナで受信した信号をそのまま用いて位相検波を行う従来技術と比較して、感度を増大させ、即ち高いS/Nで被検物体までの距離情報を検出することが可能となる。   The proximity sensor of the present invention includes a resonant element connected to a receiving antenna, excites the resonant element using a signal received by the receiving antenna, and performs phase detection using a signal stored in the resonant element. This makes it possible to increase the sensitivity, that is, to detect the distance information to the object to be detected with a high S / N, as compared with the conventional technique in which the phase detection is performed using the signal received by the antenna as it is.

また、本発明の近接センサは、交流信号発生源から発生する信号を低周波とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。   In addition, the proximity sensor of the present invention can reduce the signal generated from the AC signal generation source to a low frequency. Therefore, the proximity sensor has a simple circuit configuration and low power compared to the prior art that needs to use a high-frequency signal. It becomes possible to operate.

本発明の実施例1の近接センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the proximity sensor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の近接センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the proximity sensor of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の近接センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the proximity sensor of Example 3 of this invention. 複合振導体を模式的に示す記号図である。It is a symbol figure which shows a composite vibration conductor typically. 複合振動体の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of a composite vibrating body. 複合振動体の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of a composite vibrating body. 本発明の実施例4の近接センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the proximity sensor of Example 4 of this invention. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a transmitting antenna and a receiving antenna. 被検物体の接近距離に対するセンサの出力電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output voltage of the sensor with respect to the approach distance of a to-be-tested object. 透明基板上に形成した送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the transmission antenna and reception antenna which were formed on the transparent substrate. 透明基板上に形成した送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the transmission antenna and reception antenna which were formed on the transparent substrate. 透明基板上に形成した送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the transmission antenna and reception antenna which were formed on the transparent substrate. 透明基板上に形成した送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the transmission antenna and reception antenna which were formed on the transparent substrate. 透明基板上に形成した送信アンテナおよび受信アンテナの構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of the transmission antenna and reception antenna which were formed on the transparent substrate. 従来の近接センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional proximity sensor.

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[実施例1:図1]
まず、本発明の実施例1の近接センサの構成について説明する。図1は実施例1の近接センサ1aの構成を示す回路図である。図1に示すように近接センサ1aは、発振器2と、該発振器2で生成した低周波信号に基づいて交流信号Eaを被検査領域へ放射する送信アンテナ3を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Example 1: FIG. 1]
First, the configuration of the proximity sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1a according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the proximity sensor 1 a includes an oscillator 2 and a transmission antenna 3 that radiates an AC signal Ea to a region to be inspected based on a low-frequency signal generated by the oscillator 2.

発振器2は、交流信号発生源の一例であり、例えば水晶振動子を用いて構成される。送信アンテナ3から放射される交流信号Eaは、その周波数及び強度の安定性が当該近接センサとしての出力の安定性を左右するので、周波数の安定度が高く、温度や経時変化等に
対して安定な水晶振動子を用いるのが望ましい。
The oscillator 2 is an example of an AC signal generation source, and is configured using, for example, a crystal resonator. The AC signal Ea radiated from the transmitting antenna 3 has high frequency stability because the stability of the frequency and intensity affects the output stability of the proximity sensor, and is stable with respect to temperature, changes with time, etc. It is desirable to use a simple crystal resonator.

例えば、携帯機器などに使用されることを想定して低消費電力の構成を目指す為、VLF帯の発振を可能とする音叉型水晶振動子を用いる。また、水晶と云えども、−40℃〜85℃等の広い使用温度範囲に対しては発振のインピーダンスは10%以上変化するので、発振振幅を安定化させるAGC回路を備えた構成とすることが望ましい。   For example, a tuning fork type crystal resonator that enables oscillation in the VLF band is used in order to aim for a low power consumption configuration assuming that it is used in a portable device or the like. Further, even in the case of quartz, the oscillation impedance changes by 10% or more over a wide operating temperature range such as −40 ° C. to 85 ° C. Therefore, it is necessary to provide an AGC circuit that stabilizes the oscillation amplitude. desirable.

また、水晶振動子以外では、PZT薄膜等の圧電素子とセラミックで構成した振動子(セラミック振動子)、同じくPZT薄膜等の圧電素子をMEMSで構成した振動体表面に形成したMEMS振動子、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶またはランガサイトを用いた振動子などを用いて、発振器2を構成してもよい。   In addition to quartz resonators, piezoelectric elements such as PZT thin films and ceramics (ceramic oscillators), MEMS vibrators formed on the surface of a vibrating body composed of piezoelectric elements such as PZT thin films, and tantalum The oscillator 2 may be configured using a vibrator using lithium acid single crystal, lithium niobate single crystal, or langasite.

また、近接センサ1aは、被検査領域からの交流信号Ebを受信する受信アンテナ4と、受信アンテナ4に接続された共振器5を備える。受信アンテナ4に接続された共振器5の他端は、基準電圧にクランプされている。共振器5は、受信アンテナ4で受信した交流信号Ebにより励振される。   Further, the proximity sensor 1 a includes a receiving antenna 4 that receives an AC signal Eb from a region to be inspected, and a resonator 5 that is connected to the receiving antenna 4. The other end of the resonator 5 connected to the receiving antenna 4 is clamped to a reference voltage. The resonator 5 is excited by the AC signal Eb received by the receiving antenna 4.

この共振器5は、出来るだけエネルギー損失が小さなもので構成される。共振器5は、例えば、発振器2の周波数に近い共振周波数を持つ水晶振動子を用いて構成される。水晶振動子は振動時のエネルギー損失が少ないため、微小な電磁波の変化を減衰することなく長い時間間隔で溜め込むことが出来る。   The resonator 5 is configured with as little energy loss as possible. The resonator 5 is configured using, for example, a crystal resonator having a resonance frequency close to the frequency of the oscillator 2. Since the quartz crystal resonator has little energy loss during vibration, it can be stored in a long time interval without attenuating minute changes in electromagnetic waves.

水晶振動子以外では、発振器2と同様に、PZT薄膜等の圧電素子とセラミックで構成した振動子(セラミック振動子)、同じくPZT薄膜等の圧電素子をMEMSで構成した振動体表面に形成したMEMS振動子、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶またはランガサイトを用いた振動子などを用いて共振器5を構成してもよい。   Other than the quartz crystal resonator, similarly to the oscillator 2, a piezoelectric element such as a PZT thin film and a ceramic vibrator (ceramic vibrator), and a MEMS formed on the surface of a vibrating body including a piezoelectric element such as a PZT thin film made of MEMS. The resonator 5 may be configured using a vibrator, a vibrator using lithium tantalate single crystal, lithium niobate single crystal, or langasite.

さらに、シリコンプロセスを用いて超小型の振動体を構成し、容量を用いて電気機械結合を実現した振動子、発振器2の周波数に近い共振周波数を持つLC共振回路などを用いて共振器5を構成してもよい。小型化を考慮すれば、静電容量型MEMS振動子も有望である。   Further, the resonator 5 is formed by using a resonator in which an ultra-small vibrating body is formed using a silicon process and electromechanical coupling is realized using a capacitor, an LC resonance circuit having a resonance frequency close to the frequency of the oscillator 2, and the like. It may be configured. In consideration of miniaturization, a capacitive MEMS vibrator is also promising.

また、近接センサ1aは、発振器2の出力と共振器5の一方の端子とを接続するバッファ6と抵抗7を備える。この構成により、共振器5は発振器2の発振周波数で予め励振される(以下、この振動を予励振と呼ぶ)。   Further, the proximity sensor 1 a includes a buffer 6 and a resistor 7 that connect the output of the oscillator 2 and one terminal of the resonator 5. With this configuration, the resonator 5 is excited in advance at the oscillation frequency of the oscillator 2 (hereinafter, this vibration is referred to as pre-excitation).

ここで、発振器2の発振周波数と共振器5の共振周波数が近い程、予励振は効率的に行われる(以下、発振器2の発振周波数と共振器5の共振周波数の差を離調度と呼ぶ)。しかし、離調度が非常に近接しているか完全に一致していると、うなり又は共振が起こり、検波後の出力に影響を与えてしまうため望ましくない。離調度は、整流して直流電圧を出力する為には少なくとも、後述する整流用LPF10のカットオフ周波数より大きく取っておく必要がある。   Here, as the oscillation frequency of the oscillator 2 and the resonance frequency of the resonator 5 are closer, pre-excitation is performed more efficiently (hereinafter, a difference between the oscillation frequency of the oscillator 2 and the resonance frequency of the resonator 5 is referred to as a detuning degree). . However, if the degree of detuning is very close or exactly the same, beat or resonance occurs, which affects the output after detection, which is not desirable. In order to rectify and output a DC voltage, it is necessary to keep the degree of detuning at least higher than the cutoff frequency of the rectifying LPF 10 described later.

バッファ6は、発振器2へ後段の回路からの影響が及ぶのを避ける為に設けられる。抵抗7は発振器2と共振器5の結合抵抗であり、共振器5を発振器2へ適度に結合させる抵抗値のものが用いられる。抵抗7の値が小さすぎると電気的結合が強くなりすぎて共振器5の振幅はバッファ6の出力で決まってしまい、受信アンテナ4からの信号を反映しなくなる。一方、抵抗7の値が大きすぎると電気的結合が弱すぎて予励振が充分に行われず共振器5の効果が失われる。このため、抵抗7の抵抗値の選択は重要である。共振器5に、共振周波数が数十kHzの水晶振動子を用いた場合、抵抗7の抵抗値は0.5〜1MΩ程度が適当である。   The buffer 6 is provided in order to avoid the influence from the circuit in the subsequent stage on the oscillator 2. The resistor 7 is a coupling resistance between the oscillator 2 and the resonator 5, and has a resistance value that appropriately couples the resonator 5 to the oscillator 2. If the value of the resistor 7 is too small, the electrical coupling becomes too strong, and the amplitude of the resonator 5 is determined by the output of the buffer 6 so that the signal from the receiving antenna 4 is not reflected. On the other hand, if the value of the resistor 7 is too large, the electrical coupling is too weak and the pre-excitation is not performed sufficiently and the effect of the resonator 5 is lost. For this reason, selection of the resistance value of the resistor 7 is important. When a crystal resonator having a resonance frequency of several tens of kHz is used as the resonator 5, the resistance value of the resistor 7 is appropriately about 0.5 to 1 MΩ.

さらに、近接センサ1aは、共振器5の出力を増幅する増幅器8と、発振器2の出力信号で、受信アンテナ4で受信した信号を位相検波する位相検波器9を備える。さらに、近接センサ1aは、位相検波器9の出力を平滑化するLPF(ローパスフィルタ)10と、出力端子11を備える。   Further, the proximity sensor 1 a includes an amplifier 8 that amplifies the output of the resonator 5, and a phase detector 9 that detects the phase of the signal received by the receiving antenna 4 with the output signal of the oscillator 2. Further, the proximity sensor 1 a includes an LPF (low-pass filter) 10 that smoothes the output of the phase detector 9 and an output terminal 11.

次に、上述した構成を備える近接センサ1aの動作について説明する。
まず、発振器2により低周波信号を発生させ、送信アンテナ3により被検査領域へ交流信号Eaを放射する。送信アンテナ3から放射した交流信号Eaは、被検査領域に、この領域に存在する大気,誘電体および導体等により決定される電磁界を形成する。受信アンテナ4は、被検査領域に形成される電磁界に応じた交流信号Ebを受信する。
Next, the operation of the proximity sensor 1a having the above-described configuration will be described.
First, a low-frequency signal is generated by the oscillator 2, and the AC signal Ea is radiated to the inspection area by the transmitting antenna 3. The AC signal Ea radiated from the transmitting antenna 3 forms an electromagnetic field determined by the atmosphere, dielectric, conductor, etc. existing in this area in the area to be inspected. The receiving antenna 4 receives an AC signal Eb corresponding to an electromagnetic field formed in the inspection area.

この時、被検査領域に存在する物が一切動かなければ、送信アンテナ3が送信する交流信号Eaが形成する電磁界は定常的な状態となり、受信アンテナ4が受信する交流信号Ebは安定した位相と振幅を持つ。しかし、この領域へ例えば人間の指等の適度な誘電率を備えた被検査物体Oが浸入すると、電磁界が擾乱を受けて変化する。この結果受信アンテナ4が受信する交流信号Ebの位相と振幅が変化する。   At this time, if an object existing in the inspected area does not move at all, the electromagnetic field formed by the AC signal Ea transmitted by the transmitting antenna 3 is in a steady state, and the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 has a stable phase. And with amplitude. However, when an inspected object O having an appropriate dielectric constant such as a human finger enters this region, the electromagnetic field changes due to disturbance. As a result, the phase and amplitude of the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 change.

共振器5が例えば水晶振動子を備えて構成される場合、受信アンテナ4から取り込まれる交流信号Ebによる電流は極めて小さいため、停止した水晶振動子を交流信号Ebによる電流のみで指定した周波数に励振することは難しい。このため、上述したように本実施例では、受信アンテナ4から取り込まれる電流と同じ周波数で共振器5の水晶振動子を予励振する。   When the resonator 5 includes a crystal resonator, for example, the current due to the AC signal Eb captured from the receiving antenna 4 is extremely small, so that the stopped crystal resonator is excited to the specified frequency only by the current due to the AC signal Eb. Difficult to do. For this reason, as described above, in this embodiment, the crystal resonator of the resonator 5 is pre-excited at the same frequency as the current taken in from the receiving antenna 4.

共振器5の水晶振動子が予励振された状態では、受信アンテナ4で受信した交流信号Ebは共振器5の水晶振動子に取り込まれ、水晶振動子に蓄積される。数万のQ値を持つ水晶振動子の場合、水晶振動子に蓄積された情報は数万倍の大きさに積分された状態となる。   In a state where the crystal resonator of the resonator 5 is pre-excited, the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 is taken into the crystal resonator of the resonator 5 and accumulated in the crystal resonator. In the case of a crystal resonator having a Q value of tens of thousands, information stored in the crystal resonator is integrated into a size several tens of thousands of times.

受信アンテナ4からの情報を蓄積した共振器5の振動は、増幅器8により電気的に増幅される。増幅器8の出力は、位相検波器9により発振器2の周波数で位相検波され、LPF10により平滑化され、出力端子11から直流電圧の変化として出力される。   The vibration of the resonator 5 storing the information from the receiving antenna 4 is electrically amplified by the amplifier 8. The output of the amplifier 8 is phase-detected at the frequency of the oscillator 2 by the phase detector 9, smoothed by the LPF 10, and output as a change in DC voltage from the output terminal 11.

上述したように、被検査領域に例えば人間の指等の適度な誘電率を備えた被検物体Oが浸入すると、電磁界が擾乱を受けて変化する。この結果受信アンテナ4が受信する交流信号Ebの位相と振幅は変化するので位相検波器9の出力は変化し、これを平滑化する平滑器10からの直流出力は変化する。この直流出力の変化によって被検物体Oの存在、運動を知る事が出来る。   As described above, when an object to be inspected O having an appropriate dielectric constant such as a human finger enters the area to be inspected, the electromagnetic field changes due to disturbance. As a result, the phase and amplitude of the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 change, so that the output of the phase detector 9 changes, and the DC output from the smoother 10 that smoothes this changes. The presence and movement of the test object O can be known by the change in the DC output.

ここで注意を要するのは、送信アンテナ3により形成される被検査領域の電磁界は、被検査領域の物体の配置により変化し、また、送信アンテナ3と受信アンテナ4から見た被検査領域は、電磁波の形成される範囲と解釈すると、原理的には無限遠方にまで及んでしまう。よって、本実施例の近接センサがノイズに埋もれないで感知できる領域を被検査領域と定義し、送信アンテナ3と受信アンテナ4を設置した環境での出力をバックグラウンドとし、被検査物体Oによる電磁波の擾乱による変化はこのバックグラウンド出力からの変化として捉える必要がある。   It should be noted here that the electromagnetic field in the region to be inspected formed by the transmission antenna 3 varies depending on the arrangement of objects in the region to be inspected, and the region to be inspected as viewed from the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 If it is interpreted as a range in which electromagnetic waves are formed, in principle, it extends to infinity. Therefore, an area that can be sensed by the proximity sensor according to the present embodiment without being buried in noise is defined as an inspected area, and an output in an environment in which the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 are installed is set as a background. It is necessary to grasp the change due to the disturbance of this as a change from this background output.

本実施例の近接センサ1aは、上述したように、受信アンテナ4で受信した交流信号Ebを用いて共振器5を励振し、共振器5に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。こ
れにより、アンテナで受信した交流信号をそのまま用いて位相検波する従来技術と比較して、感度を増大させ(即ち高いS/Nで)、被検物体Oまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。
As described above, the proximity sensor 1a of the present embodiment excites the resonator 5 using the AC signal Eb received by the receiving antenna 4, and performs phase detection using the signal stored in the resonator 5. As a result, the sensitivity is increased (that is, with a high S / N) and the distance information to the object to be detected O can be detected with high accuracy as compared with the conventional technique in which the phase detection is performed using the AC signal received by the antenna as it is. It becomes possible.

また、本実施例の近接センサ1aは、発振器2から発生する信号を低周波(例えばVLF帯)とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成と低い電力で動作させることが可能となる。   Further, the proximity sensor 1a according to the present embodiment can make a signal generated from the oscillator 2 a low frequency (for example, VLF band), and therefore has a simple circuit configuration as compared with the prior art that needs to use a high frequency signal. It is possible to operate with low power.

さらに、本実施例の近接センサ1aは、共振器5が、例えば水晶振動子を備えて構成され、この水晶振動子が予励振されることにより、受信アンテナ4で受信する交流信号Ebが微弱であっても、被検物体Oまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。   Further, in the proximity sensor 1a of the present embodiment, the resonator 5 includes a crystal resonator, for example, and this crystal resonator is pre-excited so that the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 is weak. Even if it exists, it becomes possible to detect the distance information to the test object O with high accuracy.

次に、本発明の近接センサの他の実施例について説明をする。以下の説明においては、既に説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その詳細な説明は省略し、構成が異なる点についてのみ説明する。   Next, another embodiment of the proximity sensor of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals are given to the same components that have already been described, and detailed descriptions thereof will be omitted, and only differences in configuration will be described.

[実施例2:図2]
本発明の実施例2の近接センサについて説明する。図2は実施例2の近接センサ1bの構成を示す回路図である。図2に示すように、実施例2の近接センサ1bは、共振器5の受信アンテナ4側の端子に接続された増幅器8に加えて、共振器5の他方の端子に接続された反転増幅器12を備え、さらに増幅器8と反転増幅器12の出力を差動増幅する差動増幅器13を備えることを特徴とする。
[Example 2: FIG. 2]
A proximity sensor according to Example 2 of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1b according to the second embodiment. As shown in FIG. 2, the proximity sensor 1 b according to the second embodiment includes an inverting amplifier 12 connected to the other terminal of the resonator 5 in addition to the amplifier 8 connected to the receiving antenna 4 side terminal of the resonator 5. And a differential amplifier 13 for differentially amplifying the outputs of the amplifier 8 and the inverting amplifier 12.

共振器5は、共振周波数から離れた周波数の信号を入力すると、他方の端子からは、入力した信号からほぼ反転した位相の信号を出力する。従って、増幅器8と反転増幅器12からは、ほぼ同相の交流信号が出力される。   When a signal having a frequency away from the resonance frequency is input to the resonator 5, a signal having a phase substantially inverted from the input signal is output from the other terminal. Accordingly, an approximately in-phase AC signal is output from the amplifier 8 and the inverting amplifier 12.

増幅器8からは、受信アンテナ4で受信した信号が、予励振に応じた信号に重畳されて出力される。これに対して反転増幅器12からは、受信アンテナ4で受信した信号の影響を受けない予励振に応じた信号が出力される。このため、増幅器8と反転増幅器12の出力の差を取る差動増幅器13からは、予励振による振幅は含まれず、受信アンテナ4で受信した信号のみが出力される。   From the amplifier 8, the signal received by the receiving antenna 4 is superimposed on the signal corresponding to the pre-excitation and output. In contrast, the inverting amplifier 12 outputs a signal corresponding to pre-excitation that is not affected by the signal received by the receiving antenna 4. Therefore, the differential amplifier 13 that takes the difference between the outputs of the amplifier 8 and the inverting amplifier 12 does not include the amplitude due to the pre-excitation, and outputs only the signal received by the receiving antenna 4.

一般に、検波前の交流の状態での電圧振幅を大きく取っておくと、検波用の参照信号と被検波信号間の位相ノイズ等に起因して検波時に発生するノイズを低く抑え、S/Nの高い検波が可能である。図1に示す実施例1の近接センサ1aでは、検出信号より遥かに大きな振幅の予励振に起因する信号が、増幅器8の出力に重畳している為、検波前増幅率を大きくとる事ができないと言う問題がある。   In general, if the voltage amplitude in the AC state before detection is set large, noise generated during detection due to phase noise between the reference signal for detection and the detected signal is suppressed to a low level. High detection is possible. In the proximity sensor 1a according to the first embodiment shown in FIG. 1, since the signal resulting from the pre-excitation with amplitude much larger than the detection signal is superimposed on the output of the amplifier 8, the pre-detection gain cannot be increased. There is a problem to say.

これに対して、図2に示す実施例2の近接センサ1bでは、予励振による信号を、差動増幅器13により取り除いているので、差動増幅器13からの出力信号の振幅は、受信アンテナ4から入力し、共振器5で積分した信号のみであり、予励振により振幅が嵩上げされていない。
従って、検出信号は、予励振の振幅の飽和を気にせずに、その後段で増幅することが可能であり、原理的には検波前増幅率を最大に採る事ができる。その結果更に高いS/Nを持つ近接センサを構成することができる。
On the other hand, in the proximity sensor 1b of the second embodiment shown in FIG. 2, the signal due to the pre-excitation is removed by the differential amplifier 13, so that the amplitude of the output signal from the differential amplifier 13 is from the receiving antenna 4. It is only a signal that is input and integrated by the resonator 5, and the amplitude is not raised by pre-excitation.
Therefore, the detection signal can be amplified in the subsequent stage without worrying about saturation of the amplitude of the pre-excitation, and in principle, the amplification factor before detection can be maximized. As a result, a proximity sensor having a higher S / N can be configured.

図2では、差動増幅器13に入力する参照用の信号を生成するために、反転増幅器12を用いる例を示した。しかし、発振器2の発振周波数と共振器5の共振周波数とが接近している場合(即ち離調度が小さい場合)、共振器5の性質等によって、共振器5の両端か
らの出力の位相差が180度とならない。この場合は、反転増幅器12の代わりに移相器を用いて増幅器8の出力と該移相器の位相をほぼ一致させておく必要がある。
FIG. 2 shows an example in which the inverting amplifier 12 is used to generate a reference signal to be input to the differential amplifier 13. However, when the oscillation frequency of the oscillator 2 and the resonance frequency of the resonator 5 are close to each other (that is, when the degree of detuning is small), the phase difference between outputs from both ends of the resonator 5 depends on the nature of the resonator 5 and the like. It will not be 180 degrees. In this case, it is necessary to use a phase shifter instead of the inverting amplifier 12 so that the output of the amplifier 8 and the phase of the phase shifter are substantially matched.

実施例2の近接センサ1bの被検物体Oの距離検出の動作は、上述した実施例1と同様である。実施例2の近接センサ1bは、実施例1の近接センサ1aと同様に、受信アンテナ4で受信した交流信号Ebを用いて共振器5を励振し、共振器5に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Oまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器2から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。   The operation of detecting the distance of the object O to be detected by the proximity sensor 1b of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Similar to the proximity sensor 1 a of the first embodiment, the proximity sensor 1 b of the second embodiment excites the resonator 5 using the AC signal Eb received by the receiving antenna 4, and uses a signal stored in the resonator 5. By performing phase detection, distance information to the object to be detected O can be detected with high accuracy. In addition, since the signal generated from the oscillator 2 can be set to a low frequency, it is possible to operate with a simple circuit configuration and low power.

[実施例3:図3〜図6]
次に、本発明の実施例3の近接センサについて説明する。図3は実施例3の近接センサ1cの構成を示す回路図である。実施例3の近接センサ1cは、発振器2による共振器5の予励振を機械的に行うことを特徴する。図2に示す抵抗7と同様な働きをすることを示すため、図3では、発振器2により共振器5を予励振させる機械結合14を、回路に置き換えて模式的に示している。
[Example 3: Figs. 3 to 6]
Next, a proximity sensor according to Example 3 of the present invention will be described. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1c according to the third embodiment. The proximity sensor 1c according to the third embodiment is characterized in that the resonator 5 is pre-excited mechanically by the oscillator 2. In order to show that the same function as the resistor 7 shown in FIG. 2 is performed, in FIG. 3, the mechanical coupling 14 for pre-exciting the resonator 5 by the oscillator 2 is schematically replaced with a circuit.

以下では、発振器2による共振器5の予励振を機械的に行う構成として、発振器2と共振器5がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器2と共振器5の水晶振動子が一体に形成された例を示す。   In the following description, the oscillator 2 and the resonator 5 are each configured using a crystal resonator as a configuration for mechanically pre-exciting the resonator 5 by the oscillator 2, and the crystal resonators of the oscillator 2 and the resonator 5 are The example formed integrally is shown.

図4は、発振器2と共振器5の水晶振動子が機械的に結合して一体に形成された複合振動体20を模式的に示す電気的記号図である。図4に示すように、複合振動体20は、発振器2を構成する振動子21と共振器5を構成する振動子22とが、機械的結合23で結合される。図4の機械的結合23は、図3の機械的結合14と同等の概念である。
図4に示す複合振動体20は4端子の素子であり、振動子21に電極211、222が形成され、振動子22に電極221、222が形成される。
FIG. 4 is an electrical symbol diagram schematically showing a composite vibrator 20 in which the oscillator 2 and the crystal resonator of the resonator 5 are mechanically coupled and formed integrally. As shown in FIG. 4, in the composite vibrator 20, a vibrator 21 constituting the oscillator 2 and a vibrator 22 constituting the resonator 5 are coupled by a mechanical coupling 23. The mechanical coupling 23 in FIG. 4 is a concept equivalent to the mechanical coupling 14 in FIG.
The composite vibrator 20 shown in FIG. 4 is a four-terminal element. Electrodes 211 and 222 are formed on the vibrator 21, and electrodes 221 and 222 are formed on the vibrator 22.

図4に示した複合振動体の具体的な形状の例を、複合振動体20aとして、図5および図6に示す。図5は、複合振動体20aの平面図であり、図6は、図5のA−A’断面図である。複合振動体20aは、例えば、厚さ100μmから200μm程度のZカット水晶板からウエットエッチング操作で加工される。   An example of a specific shape of the composite vibrator shown in FIG. 4 is shown in FIGS. 5 and 6 as a composite vibrator 20a. FIG. 5 is a plan view of the composite vibrator 20a, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. The composite vibrating body 20a is processed by a wet etching operation from a Z-cut quartz plate having a thickness of about 100 μm to 200 μm, for example.

図5に示すように、複合振動体20aは、幅、断面形状など、形状が互いにわずかに異なる脚21aLと脚21aRを有する。また複合振動体20aは、脚21aLと脚21aRの間に位置する中央脚22aを有する。中央脚22aは、脚21aL、21aRと異なる幅で設計されている。脚21aL、21aRおよび中央脚22aは一方の端部で基部24に接合されており、複合振動体20aは、水晶の光学軸即ちZ軸の方向から眺めるとアルファベットのEのような形状をしている。   As shown in FIG. 5, the composite vibrating body 20a includes a leg 21aL and a leg 21aR that are slightly different in shape such as width and cross-sectional shape. The composite vibrator 20a has a central leg 22a located between the legs 21aL and 21aR. The center leg 22a is designed with a width different from that of the legs 21aL and 21aR. The legs 21aL, 21aR and the central leg 22a are joined to the base 24 at one end, and the composite vibrator 20a has a shape like the letter E when viewed from the direction of the optical axis of the crystal, that is, the Z axis. Yes.

図6に示すように、脚21aLの光学軸方向に垂直な両側面と、脚21aRの電気軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極211が形成される。また、脚21aLの電気軸方向に垂直な両側面と、脚21aRの光学軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極212が形成される。脚21aLと脚21aRは、図4に示す振動子21を構成する。
また、中央の脚22aの電気軸方向に垂直な両側面に電極221が形成され、中央脚22aの光学軸方向に垂直な両側面に電極222が形成される。脚22aは図4に示す振動子22を構成する。
As shown in FIG. 6, electrodes 211 are formed on both side surfaces perpendicular to the optical axis direction of the legs 21aL and both side surfaces perpendicular to the electric axis direction of the legs 21aR. Electrodes 212 are formed on both side surfaces perpendicular to the electric axis direction of the legs 21aL and both side surfaces perpendicular to the optical axis direction of the legs 21aR. The leg 21aL and the leg 21aR constitute the vibrator 21 shown in FIG.
Electrodes 221 are formed on both side surfaces perpendicular to the electric axis direction of the central leg 22a, and electrodes 222 are formed on both side surfaces perpendicular to the optical axis direction of the central leg 22a. The legs 22a constitute the vibrator 22 shown in FIG.

Zカットで切り出された水晶振動子は、電気軸方向に電界をかけると機械軸方向に脚が伸び縮みし、機械軸方向に脚を伸び縮みさせると電気軸方向に電界を生じる。よって、複
合振動体20aは、電極211および電極212間に交流を印加すると、図5の矢印Bに示すように脚21aLと脚21aRが音叉型屈曲振動を行う。この屈曲振動の固有周波数は、脚21aLと脚21aRの幅と長さでおよそ定まる。また、脚21aLと脚21aRが音叉型屈曲振動をするとき、電極211と電極212間には、交流電流が発生する。
The crystal resonator cut out by the Z cut expands and contracts in the mechanical axis direction when an electric field is applied in the electric axis direction, and generates an electric field in the electric axis direction when the leg is expanded and contracted in the mechanical axis direction. Therefore, when an alternating current is applied between the electrode 211 and the electrode 212, the composite vibrator 20a causes the tuning fork-type bending vibration of the leg 21aL and the leg 21aR as indicated by an arrow B in FIG. The natural frequency of this bending vibration is approximately determined by the width and length of the legs 21aL and 21aR. In addition, when the leg 21aL and the leg 21aR perform tuning-fork type bending vibration, an alternating current is generated between the electrode 211 and the electrode 212.

脚21aLと脚21aRが音叉型屈曲振動をするとき、脚21aLと脚21aRは互いにわずかに形状が異なるためバランスせず、複合振動体20aは全体が僅かな振動を行う。この複合振動体20a全体の振動の影響で、中央の脚22aは、図5の矢印Cに示すように、全ての脚を含む平面内で脚の伸びた方向と直交する方向に僅かに振動する。   When the leg 21aL and the leg 21aR perform tuning-fork type flexural vibration, the leg 21aL and the leg 21aR are slightly different in shape from each other and thus do not balance, and the composite vibrator 20a vibrates slightly. Due to the influence of the vibration of the composite vibration body 20a as a whole, the central leg 22a slightly vibrates in a direction orthogonal to the extending direction of the legs in a plane including all the legs as shown by an arrow C in FIG. .

この脚22aの僅かな振動が、上述した機械的結合14、23により引き起こされた振動である。脚22aが僅かに振動することにより、電極221と電極222の間に、脚21aLと脚21aRの発振周波数で微弱電流が発生する。これが予励振である。この現象は次のように言うことが出来る。複合振動体20aにおいて、両側の脚21aLと脚21aRは振動子21を構成し、この振動は弱い機械結合により別の振動体22(脚22a)を励振する。脚21aLと脚21aRの幅と、脚22aの幅は、例えば、その固有周波数の差である離調度が数百Hzになるように設計する。   The slight vibration of the leg 22a is the vibration caused by the mechanical couplings 14 and 23 described above. When the leg 22a slightly vibrates, a weak current is generated between the electrode 221 and the electrode 222 at the oscillation frequency of the leg 21aL and the leg 21aR. This is pre-excitation. This phenomenon can be said as follows. In the composite vibrating body 20a, the legs 21aL and the legs 21aR on both sides constitute the vibrator 21, and this vibration excites another vibrating body 22 (leg 22a) by weak mechanical coupling. The width of the leg 21aL and the leg 21aR and the width of the leg 22a are designed so that the degree of detuning, which is the difference between their natural frequencies, is several hundred Hz, for example.

また上記では、脚21aLと脚21aRは形状が互いにわずかに異なるとしたが、脚21aLと脚21aRを互いに同じ長さ・太さになるように設計しても、水晶の音叉形状の工作精度には限界があるため、脚21aLと脚21aRは形状が互いにわずかに異なる。このため上述したように、脚21aLと脚21aRの振動は互いにバランスせず、複合振動体20a全体が振動し、この振動の影響で中央の脚22aが振動する。   In the above description, the shape of the leg 21aL and the leg 21aR is slightly different from each other. However, even if the leg 21aL and the leg 21aR are designed to have the same length and thickness, the work accuracy of the crystal tuning fork shape is improved. Since there is a limit, the shapes of the legs 21aL and 21aR are slightly different from each other. Therefore, as described above, the vibrations of the legs 21aL and the legs 21aR are not balanced with each other, the entire composite vibration body 20a vibrates, and the central leg 22a vibrates due to the influence of this vibration.

さらに注意をしておかなければならないのは、振動子21(脚21aL、脚21aR)が発振している状態で複合振動体20aを光学軸方向に回転すると、コリオリ力により回転速度に比例した励振が振動子22(脚22a)の振動に重畳し、近接センサの出力が誤ったものとなってしまう。これを避ける為に、光学軸の回転する方向のモーメントが小さくなるように各々の脚(脚21aL、脚21aR、脚22a)の間隔を狭めて構成し、基部24をしっかりと固定する。   It should be further noted that when the composite vibrator 20a is rotated in the optical axis direction while the vibrator 21 (the legs 21aL and 21aR) is oscillating, the excitation proportional to the rotational speed is caused by the Coriolis force. Is superimposed on the vibration of the vibrator 22 (leg 22a), and the output of the proximity sensor becomes erroneous. In order to avoid this, the base 24 is firmly fixed by narrowing the distance between the legs (leg 21aL, leg 21aR, leg 22a) so that the moment in the direction of rotation of the optical axis is reduced.

実施例3の近接センサ1cの被検物体Oの距離検出の動作は、上述した実施例1と同様である。実施例3の近接センサ1cも、実施例1の近接センサ1aと同様に、受信アンテナ4で受信した交流信号Ebを用いて共振器5を励振し、共振器5に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Oまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器2から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。   The operation of detecting the distance of the object O to be detected by the proximity sensor 1c of the third embodiment is the same as that of the first embodiment described above. Similar to the proximity sensor 1 a of the first embodiment, the proximity sensor 1 c of the third embodiment also excites the resonator 5 using the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 and uses the signal stored in the resonator 5. By performing phase detection, distance information to the object to be detected O can be detected with high accuracy. In addition, since the signal generated from the oscillator 2 can be set to a low frequency, it is possible to operate with a simple circuit configuration and low power.

また、実施例3の近接センサ1cは、上述したように、共振器5の予励振を機械的に行う構成であり、受信アンテナ4と発振器2とは電気的に結合していない。このため、受信アンテナ4と発振器2とが電気的に結合している実施例1、2と比較して、発振器2の出力信号により受信アンテナ4で受信した交流信号Ebが阻害されることなく、高い感度で被検物体Oまでの距離情報を検出することが可能となる。   Further, as described above, the proximity sensor 1c according to the third embodiment is configured to mechanically perform the pre-excitation of the resonator 5, and the receiving antenna 4 and the oscillator 2 are not electrically coupled. Therefore, compared with the first and second embodiments in which the receiving antenna 4 and the oscillator 2 are electrically coupled, the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 is not hindered by the output signal of the oscillator 2, It becomes possible to detect the distance information to the test object O with high sensitivity.

また、実施例3の近接センサ1cは、発振器2を構成する振動子21と共振器5を構成する振動子22とが、複合振動体20として一体に構成されるため、装置を小型化することが可能となる。   Further, in the proximity sensor 1c according to the third embodiment, since the vibrator 21 constituting the oscillator 2 and the vibrator 22 constituting the resonator 5 are integrally formed as the composite vibrator 20, the size of the device can be reduced. Is possible.

図4から図6では、発振器2と共振器5がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器2と共振器5の水晶振動子が複合振動体20として一体に形成された例を示
した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、発振器2と共振器5が、それぞれセラミック振動子、MEMS振動子等の水晶振動子以外の振動子を備えて構成されるとともに、発振器2と共振器5の振動子が複合振動体として一体に形成されても良い。
4 to 6 show an example in which the oscillator 2 and the resonator 5 are each configured using a crystal resonator, and the crystal resonators of the oscillator 2 and the resonator 5 are integrally formed as a composite vibrator 20. It was. However, the present invention is not limited to this, and the oscillator 2 and the resonator 5 are each configured to include a resonator other than a crystal resonator such as a ceramic resonator and a MEMS resonator, and the resonator 2 and the resonator 5 resonate. The vibrator of the vessel 5 may be integrally formed as a composite vibrator.

[実施例4:図7]
次に、本発明の実施例4の近接センサについて説明する。図7は実施例4の近接センサ1dの構成を示す回路図である。図7に示すように、実施例4の近接センサ1dは、実施例3の近接センサ1cの構成において、発振器2と送信アンテナ3の間に、発振器2の回路の電源を昇圧する昇圧回路30と、昇圧回路30で昇圧された電源系で交流信号発生源の信号を増幅する増幅回路31と、を備える。昇圧回路30は昇圧手段の一例であり、増幅回路31は増幅手段の一例である。
このような構成とすることにより、発振器2から出力する信号が昇圧回路30および増幅回路31により電圧増幅され、本装置が使用する電源電圧に比べて電圧増幅された該信号に基づいて送信アンテナ3により強い電磁波の交流信号Eaが被検査領域へ放射される。
[Example 4: FIG. 7]
Next, a proximity sensor according to Example 4 of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1d according to the fourth embodiment. As illustrated in FIG. 7, the proximity sensor 1 d according to the fourth embodiment includes a booster circuit 30 that boosts the power supply of the circuit of the oscillator 2 between the oscillator 2 and the transmission antenna 3 in the configuration of the proximity sensor 1 c according to the third embodiment. And an amplifier circuit 31 that amplifies the signal of the AC signal generation source by the power supply system boosted by the booster circuit 30. The booster circuit 30 is an example of a booster, and the amplifier circuit 31 is an example of an amplifier.
With such a configuration, the signal output from the oscillator 2 is voltage amplified by the booster circuit 30 and the amplifier circuit 31, and the transmission antenna 3 is based on the signal amplified in comparison with the power supply voltage used by this apparatus. As a result, a stronger electromagnetic wave AC signal Ea is radiated to the region to be inspected.

よって、実施例4の近接センサ1dは、使用する電源の電圧が例えば3V及び5Vといった低い電源電圧であっても、実施例3の近接センサ1cと比較して、広い被検査領域で被検物体Oの距離検出を行うことが可能となる。
なお、図7に示す実施例4では、実施例3の近接センサ1cの構成において昇圧回路30を備える例示したが、実施例1の近接センサ1aまたは実施例2の近接センサ1bの構成において、発振器2と送信アンテナ3の間に昇圧回路30を備える構成でもよい。
Therefore, the proximity sensor 1d according to the fourth embodiment has a wider inspection area than the proximity sensor 1c according to the third embodiment, even if the power supply voltage used is a low power supply voltage such as 3V and 5V. O distance can be detected.
In the fourth embodiment shown in FIG. 7, the booster circuit 30 is exemplified in the configuration of the proximity sensor 1c of the third embodiment. However, in the configuration of the proximity sensor 1a of the first embodiment or the proximity sensor 1b of the second embodiment, the oscillator 2 and the transmission antenna 3 may be provided with a booster circuit 30.

[送信アンテナおよび受信アンテナの構成例:図8〜図19]
次に、上述した各実施例の近接センサに用いられる送信アンテナ3および受信アンテナ4の構成について説明する。図8から図13は、送信アンテナ3および受信アンテナ4の構成の説明図である。
[Configuration Examples of Transmitting Antenna and Receiving Antenna: FIGS. 8 to 19]
Next, the configuration of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 used in the proximity sensor of each embodiment described above will be described. 8 to 13 are explanatory diagrams of the configurations of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4.

上述した各実施例の近接センサにおいて、送信アンテナ3および受信アンテナ4の配置には工夫を要する。アンテナの効率を考えると、図8に示すように平面状の送信アンテナ3a、受信アンテナ4aを平行に配置し、または図9に示すように各々を棒状の送信アンテナ3b、受信アンテナ4bを平行に配置し、各アンテナの間の空間領域に被検物体が接近するのを検知する構成が、最も電磁波の伝わり方の変化が大きく、センサとしての感度が大きい。また、配線部の信号の受信、送信への影響を抑えるため、配線部には、シールド15、16を設けることが望ましい。   In the proximity sensor of each embodiment described above, some arrangement is required for the arrangement of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4. Considering the efficiency of the antenna, the planar transmission antenna 3a and the reception antenna 4a are arranged in parallel as shown in FIG. 8, or the rod-like transmission antenna 3b and the reception antenna 4b are arranged in parallel as shown in FIG. The arrangement for detecting the approach of the object to be measured in the space region between the antennas has the largest change in the way of propagation of electromagnetic waves, and the sensitivity as a sensor is large. Further, it is desirable to provide shields 15 and 16 in the wiring part in order to suppress the influence on the reception and transmission of signals in the wiring part.

しかしながら、図8および図9に示すアンテナの構成では、被検物体とアンテナとの距離が同じであっても、アンテナに対する被検物体の移動方向が異なると、近接センサの出力が異なるものとなってしまう。
以下に、図10から図13を用いて、近接センサの出力がアンテナに対する被検物体の移動方向に依存せず、アンテナと被検物体の距離に依存する送信アンテナ3および受信アンテナ4の構成について説明する。
However, in the antenna configurations shown in FIGS. 8 and 9, even if the distance between the test object and the antenna is the same, if the movement direction of the test object with respect to the antenna is different, the output of the proximity sensor will be different. End up.
Hereinafter, with reference to FIGS. 10 to 13, the configuration of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 in which the output of the proximity sensor does not depend on the moving direction of the object to be detected with respect to the antenna but depends on the distance between the antenna and the object to be detected. explain.

図10に示すアンテナの構成は、棒状の送信アンテナ3cと、この棒状の送信アンテナ3cが延びた方向に垂直な面内で、棒状の送信アンテナ3cから等しい距離に配置されたリング状の受信アンテナ4cと、を備える。棒状の送信アンテナ3cには、先端の微小部分を除く箇所にシールド15が設けられ、リング状の受信アンテナ4cには、リング部を除く箇所にシールド16が設けられる。   The antenna configuration shown in FIG. 10 includes a rod-shaped transmitting antenna 3c and a ring-shaped receiving antenna disposed at an equal distance from the rod-shaped transmitting antenna 3c in a plane perpendicular to the direction in which the rod-shaped transmitting antenna 3c extends. 4c. The rod-shaped transmitting antenna 3c is provided with a shield 15 at a portion excluding a minute portion at the tip, and the ring-shaped receiving antenna 4c is provided with a shield 16 at a portion excluding the ring portion.

図10に示す構成のアンテナでは、送信アンテナ3cから送信される電磁波は、送信ア
ンテナ3cの棒状部分を中心として対称となる。また、図10に示す構成のアンテナでは、受信アンテナ4cのリング径を小さくすると、送信アンテナ3cから受信アンテナ4cに形成される電磁界は、所定の距離だけ離れた位置からは中心対称とみることができる。
よって、図10に示す構成のアンテナは、近接センサの出力がアンテナに対する被検物体の移動方向に依存せず、アンテナと被検物体の距離に依存するものとすることができる。
In the antenna having the configuration shown in FIG. 10, the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 3c is symmetric about the rod-shaped portion of the transmission antenna 3c. Further, in the antenna having the configuration shown in FIG. 10, when the ring diameter of the receiving antenna 4c is reduced, the electromagnetic field formed from the transmitting antenna 3c to the receiving antenna 4c is considered to be centrally symmetric from a position away from a predetermined distance. Can do.
Therefore, the antenna configured as shown in FIG. 10 can be configured such that the output of the proximity sensor does not depend on the moving direction of the test object relative to the antenna but depends on the distance between the antenna and the test object.

図11に示す構成のアンテナは、図10に示す構成のアンテナにおいて、同心円状の複数のリングが接合された受信アンテナ4dを備える。図12に示す構成のアンテナは、図10に示す構成のアンテナにおいて、複数回巻かれたコイル状の受信アンテナ4eを備える。図11、図12のような構成にすることで、アンテナの受信感度を向上させることが可能となる。アンテナの受信感度は、リングの数に応じて増加する。   The antenna having the configuration shown in FIG. 11 includes a receiving antenna 4d in which a plurality of concentric rings are joined to the antenna having the configuration shown in FIG. The antenna having the configuration shown in FIG. 12 includes a coil-shaped receiving antenna 4e wound a plurality of times in the antenna having the configuration shown in FIG. With the configuration shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to improve the reception sensitivity of the antenna. The reception sensitivity of the antenna increases with the number of rings.

図13に示す構成のアンテナは、図12に示す構成のアンテナにおいて、複数回巻かれたコイル状の先端部を有する送信アンテナ3dを備える。このように構成することにより、送信アンテナとして機能する領域を増加させ、送信アンテナの出力を向上させることができる。この送信アンテナ3dと、図10から図12に示す受信アンテナ4c、4dとを組み合わせても良い。   The antenna having the configuration shown in FIG. 13 is provided with a transmission antenna 3d having a coiled tip portion wound a plurality of times in the antenna having the configuration shown in FIG. With this configuration, it is possible to increase the area functioning as a transmission antenna and improve the output of the transmission antenna. The transmission antenna 3d may be combined with the reception antennas 4c and 4d shown in FIGS.

図14は、図13に示す構成のアンテナを備えた実施例3の近接センサ1cを用いて実験を行い、その実験結果として得られた、アンテナに近づけた披検物体と当該センサの出力電圧の関係を示す。披検物体として人の指を用いている。図14において、横軸(X軸)はアンテナの中心部から被検物体までの距離を示し、縦軸(Y軸)に当該センサの出力電圧を示す。図14の実線は当該センサの出力を示し、破線はY=3000/X−50で近似した線を示している。   FIG. 14 illustrates an experiment using the proximity sensor 1c according to the third embodiment including the antenna having the configuration illustrated in FIG. 13, and the test object obtained as a result of the experiment and the output voltage of the sensor. Show the relationship. A human finger is used as the test object. In FIG. 14, the horizontal axis (X axis) indicates the distance from the center of the antenna to the object to be detected, and the vertical axis (Y axis) indicates the output voltage of the sensor. The solid line in FIG. 14 indicates the output of the sensor, and the broken line indicates a line approximated by Y = 3000 / X-50.

この実験に用いた近接センサの出力は直流である。図14では、出力電圧を、この近接センサから被検物体が充分離れている時の出力値からの差分値で示してある。この実験に用いた近接センサの出力は2mVrms程度のノイズを持っており、図14に示す様に5cmを越える距離では出力はノイズに埋もれて、測定不能となってしまう。   The output of the proximity sensor used in this experiment is a direct current. In FIG. 14, the output voltage is shown as a difference value from the output value when the test object is sufficiently away from the proximity sensor. The output of the proximity sensor used in this experiment has a noise of about 2 mVrms, and the output is buried in noise at a distance exceeding 5 cm as shown in FIG.

また図14に示すように、この実験に用いた近接センサの出力は、被検物体のアンテナの中心からの距離にほぼ反比例することが確認できる。このように、被検物体の距離に出力が反比例することは、この近接センサによる距離の検出動作が、静電場ではなく電磁波に起因するものであることを裏付ける。   Further, as shown in FIG. 14, it can be confirmed that the output of the proximity sensor used in this experiment is almost inversely proportional to the distance from the center of the antenna of the test object. Thus, the fact that the output is inversely proportional to the distance of the object to be tested confirms that the distance detection operation by the proximity sensor is caused by electromagnetic waves rather than electrostatic fields.

また、この実験に用いた近接センサでは、発振器2の出力が5Vの電圧振幅では、約5cm以内の距離の被検物体を充分なS/Nで検出できることが確認できた。仮に、本発明の近接センサで発振器2の出力を100Vの電圧振幅としたときは、約1m以内の距離の被検物体を充分なS/Nで検出できる。   It was also confirmed that the proximity sensor used in this experiment was able to detect an object to be detected within a distance of about 5 cm with sufficient S / N when the output of the oscillator 2 was a voltage amplitude of 5V. If the output of the oscillator 2 is set to a voltage amplitude of 100 V with the proximity sensor of the present invention, a test object within a distance of about 1 m can be detected with sufficient S / N.

図10から図13では、棒状の送信アンテナ3とリング状の受信アンテナ4を備える例を示したが、送信アンテナ3をリング形状とし、受信アンテナ4を棒状としてもよい。
図8から図13を用いて説明した送信アンテナ3と受信アンテナ4は、設置環境にあまり制限が課せられない場合に感度に最適化したアンテナの構成である。
Although FIGS. 10 to 13 show an example in which the rod-shaped transmission antenna 3 and the ring-shaped reception antenna 4 are provided, the transmission antenna 3 may have a ring shape and the reception antenna 4 may have a rod shape.
The transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 described with reference to FIGS. 8 to 13 have antenna configurations optimized for sensitivity when there is not much restriction on the installation environment.

ところで、最近はディスプレイ上に描写された映像情報と連動した入力装置、即ちタッチパネルと呼ばれる入力装置の必要性が増大している。本発明の近接センサの送信アンテナおよび受信アンテナをディスプレイ上に配置すれば、ディスプレイ上の3次元領域に位置する被検物体の位置を検出し、この被検物体の3次元の位置情報に応じて機器への入力
を制御することにより、入力装置を構成することが出来る。
Recently, there is an increasing need for an input device linked to video information drawn on a display, that is, an input device called a touch panel. If the transmitting antenna and the receiving antenna of the proximity sensor of the present invention are arranged on the display, the position of the test object located in the three-dimensional region on the display is detected, and according to the three-dimensional position information of the test object. An input device can be configured by controlling input to the device.

以下に、このような入力装置を構成するため透明基板上にITO等の透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4について説明する。図15は、透明基板上に透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4の第1の構成例である。   Hereinafter, the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 formed using a transparent electrode such as ITO on a transparent substrate in order to constitute such an input device will be described. FIG. 15 is a first configuration example of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate.

図15に示すアンテナの構成は、ガラス又は樹脂等の透明基板25上に、ITO等の透明電極を用いて透明な配線によりリング状に形成された送信アンテナ3fと受信アンテナ4fとを備える。受信アンテナ4fのパターンが送信アンテナ3fのパターンを囲って、同心円状に形成される。このように送信アンテナおよび受信アンテナを同心円のリング状に形成することにより、図10から図13に示すアンテナ構成と同様に、アンテナに対する被検物体の移動方向に依存せず、アンテナと被検物体の距離に依存した近接センサの出力を得ることが出来る。   The antenna configuration shown in FIG. 15 includes a transmission antenna 3f and a reception antenna 4f formed in a ring shape by transparent wiring using a transparent electrode such as ITO on a transparent substrate 25 such as glass or resin. The pattern of the receiving antenna 4f is formed concentrically around the pattern of the transmitting antenna 3f. By forming the transmission antenna and the reception antenna in a concentric ring shape in this way, the antenna and the test object are independent of the moving direction of the test object with respect to the antenna, similarly to the antenna configuration shown in FIGS. The output of the proximity sensor depending on the distance can be obtained.

また、送信アンテナ3fと受信アンテナ4fから、近接センサを構成する図示しない回路部に接続するための配線を行う必要があるが、配線部の信号の受信、送信への影響を抑えるため、配線部には、シールド15、16を設けることが望ましい。
図15では、送信アンテナと受信アンテナが一つのリング状のパターンで形成される例を示したが、送信アンテナと受信アンテナの一方または両方を、二重以上のリング状のパターンで形成しても良い。アンテナの受信感度は、各アンテナのリングの数を増やすことにより向上させることができる。
In addition, it is necessary to perform wiring for connecting the transmitting antenna 3f and the receiving antenna 4f to a circuit unit (not shown) that constitutes the proximity sensor, but in order to suppress the influence on the reception and transmission of the signal of the wiring unit, It is desirable to provide shields 15 and 16.
FIG. 15 shows an example in which the transmission antenna and the reception antenna are formed with a single ring-shaped pattern, but one or both of the transmission antenna and the reception antenna may be formed with a double or more ring-shaped pattern. good. The reception sensitivity of the antenna can be improved by increasing the number of rings of each antenna.

通常、ディスプレイの領域は矩形である。この矩形領域上の3次元空間に位置する物体を、例えば4つの近接センサで検出する場合、各近接センサのアンテナを矩形領域の角部に配置するのが合理的である。   Usually, the display area is rectangular. When an object located in the three-dimensional space on the rectangular area is detected by, for example, four proximity sensors, it is reasonable to arrange the antennas of the proximity sensors at the corners of the rectangular area.

ここで、前述したように、本発明の近接センサの出力は、被検物体とアンテナ中心との距離に反比例するため、アンテナのリングの中心近傍はセンサの出力が大きくなりすぎてしまう。また、アンテナのリングの中心近傍は、感度が距離に反比例する状況が歪んでいる特異領域でもある。よって、リングの中心近傍は検出には不向きである。   Here, as described above, since the output of the proximity sensor of the present invention is inversely proportional to the distance between the object to be measured and the center of the antenna, the output of the sensor becomes too large near the center of the ring of the antenna. Further, the vicinity of the center of the ring of the antenna is also a singular region where the situation where the sensitivity is inversely proportional to the distance is distorted. Therefore, the vicinity of the center of the ring is not suitable for detection.

しかし、図15に示す構成のアンテナを矩形領域の角部に配置すると、アンテナのリングの中心近傍が角部から内側に位置することとなる。また、感度を上げるために大きなリングでアンテナを形成すると、アンテナのリングの中心近傍は更に内側に位置することとなる。
すなわち、図15に示す構成のアンテナを矩形領域の角部に配置しても、検出には不向きなリングの中心近傍が矩形領域の角部から内側に位置することとなり、ディスプレイ領域上の3次元空間に位置する物体を正しく検出できない問題がある。
However, when the antenna having the configuration shown in FIG. 15 is arranged at the corner of the rectangular region, the vicinity of the center of the ring of the antenna is located inside from the corner. Further, when the antenna is formed with a large ring in order to increase sensitivity, the vicinity of the center of the ring of the antenna is positioned further inside.
That is, even if the antenna having the configuration shown in FIG. 15 is arranged at the corner of the rectangular area, the vicinity of the center of the ring unsuitable for detection is located inside the corner of the rectangular area. There is a problem that an object located in space cannot be detected correctly.

図16は、このような問題を解決するための構成であり、透明基板上に透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4の第2の構成例である。図16に示すアンテナの構成では、透明基板25の角部に、ITO等の透明電極を用いた透明な配線により、1/4の円弧状の送信アンテナ3g1と受信アンテナ4g1とが透明基板25の2つの辺に跨って形成される。受信アンテナ4g1のパターンが送信アンテナ3g1のパターンを囲って同心円の円弧状に形成される。   FIG. 16 is a configuration for solving such a problem, and is a second configuration example of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate. In the configuration of the antenna shown in FIG. 16, a 1/4 arc-shaped transmitting antenna 3 g 1 and receiving antenna 4 g 1 are connected to the transparent substrate 25 by transparent wiring using transparent electrodes such as ITO at the corners of the transparent substrate 25. It is formed across two sides. The pattern of the receiving antenna 4g1 is formed in a concentric circular arc shape surrounding the pattern of the transmitting antenna 3g1.

送信アンテナ3g1と受信アンテナ4g1のそれぞれから、接続端子27、28を介して、近接センサを構成する図示しない回路部に接続するための配線が行われる。配線部の信号の受信、送信への影響を抑えるため、配線部には、シールド15、16を設けること
が望ましい。
Wiring for connecting to the circuit unit (not shown) constituting the proximity sensor is performed from each of the transmission antenna 3g1 and the reception antenna 4g1 via the connection terminals 27 and 28. In order to suppress the influence on the reception and transmission of the signal of the wiring part, it is desirable to provide shields 15 and 16 in the wiring part.

送信アンテナ3g2−3g4と受信アンテナ4g2−4g4も同様に、透明基板25の他の角部に1/4の円弧状パターンで形成される。受信アンテナ4g2−4g4のパターンが送信アンテナ3g2−3g4のパターンを囲って、同心円の円弧状に形成される。
ここで、送信アンテナ3g2と受信アンテナ4g2、送信アンテナ3g3と受信アンテナ4g3、送信アンテナ3g4と受信アンテナ4g4は、それぞれ別々の近接センサを構成する回路部に接続される。図16では、送信アンテナ3g1と受信アンテナ4g1からの配線のみを示している。
Similarly, the transmitting antennas 3g2-3g4 and the receiving antennas 4g2-4g4 are formed in the other corners of the transparent substrate 25 in a 1/4 arc pattern. The pattern of the receiving antennas 4g2-4g4 is formed in a concentric circular arc shape surrounding the pattern of the transmitting antennas 3g2-3g4.
Here, the transmitting antenna 3g2 and the receiving antenna 4g2, the transmitting antenna 3g3 and the receiving antenna 4g3, and the transmitting antenna 3g4 and the receiving antenna 4g4 are respectively connected to circuit units constituting separate proximity sensors. In FIG. 16, only the wiring from the transmission antenna 3g1 and the reception antenna 4g1 is shown.

図16に示す構成例では、送信アンテナと受信アンテナを1/4の円弧状に形成することにより、検出には不向きなリングの中心近傍を矩形領域の角部に位置することができる。これにより、ディスプレイ領域上の3次元空間に位置する物体を正しく検出することが可能となる。   In the configuration example shown in FIG. 16, by forming the transmission antenna and the reception antenna in a ¼ arc shape, the vicinity of the center of the ring unsuitable for detection can be positioned at the corner of the rectangular region. Thereby, it is possible to correctly detect an object located in the three-dimensional space on the display area.

また、図16に示す構成例では、送信アンテナおよび受信アンテナを同心円の円弧状に形成することにより、矩形領域の内側に対しては、アンテナに対する被検物体の移動方向に依存せず、アンテナと被検物体の距離に依存した近接センサの出力を得ることが出来る。   In the configuration example shown in FIG. 16, the transmitting antenna and the receiving antenna are formed in concentric circular arcs, so that the inner side of the rectangular area does not depend on the moving direction of the test object with respect to the antenna, The output of the proximity sensor depending on the distance of the test object can be obtained.

図17は、透明基板上に透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4の第3の構成例である。図17に示すアンテナの構成では、透明基板25上に、ITO等の透明電極を用いた透明な配線により、円弧状の送信アンテナ3h1−3h4と受信アンテナ4h1−4h4とが形成される。受信アンテナ4h1−4h4のパターンが送信アンテナ3h1−3h4のパターンを囲って、透明基板25の角部に2つの辺に跨って同心円の円弧状に形成される。   FIG. 17 shows a third configuration example of the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate. In the antenna configuration shown in FIG. 17, arc-shaped transmission antennas 3h1-3h4 and reception antennas 4h1-4h4 are formed on a transparent substrate 25 by transparent wiring using transparent electrodes such as ITO. The pattern of the receiving antennas 4h1-4h4 surrounds the pattern of the transmitting antennas 3h1-3h4 and is formed in a concentric circular arc shape across the two sides at the corner of the transparent substrate 25.

送信アンテナ3h1と受信アンテナ4h1、送信アンテナ3h2と受信アンテナ4h2、送信アンテナ3h3と受信アンテナ4h3、送信アンテナ3h4と受信アンテナ4h4は、それぞれ別々の近接センサを構成する回路部に接続される。図17では、送信アンテナ3h1と受信アンテナ4h1からの配線のみを示している。   The transmission antenna 3h1 and the reception antenna 4h1, the transmission antenna 3h2 and the reception antenna 4h2, the transmission antenna 3h3 and the reception antenna 4h3, and the transmission antenna 3h4 and the reception antenna 4h4 are respectively connected to circuit units constituting separate proximity sensors. In FIG. 17, only the wiring from the transmitting antenna 3h1 and the receiving antenna 4h1 is shown.

図17ではディスプレイの表示部の境界をBで示している。表示部の境界Bは透明基板25の端部から所定長さだけ内側に位置している。また、送信アンテナ3h1−3h4と受信アンテナ4h1−4h4の円弧の中心部C1−C4は、それぞれ表示部の角部に位置している。送信アンテナ3h1−3h4と受信アンテナ4h1−4h4は1/4より大きい円弧で、表示部の境界Bを超えて透明基板25の端部まで形成されている。   In FIG. 17, the boundary of the display portion of the display is indicated by B. The boundary B of the display unit is located inward from the end of the transparent substrate 25 by a predetermined length. Further, the center C1-C4 of the arcs of the transmitting antennas 3h1-3h4 and the receiving antennas 4h1-4h4 are respectively located at the corners of the display unit. The transmission antennas 3h1-3h4 and the reception antennas 4h1-4h4 are arcs larger than ¼, and are formed beyond the boundary B of the display unit to the end of the transparent substrate 25.

これにより、図17に示す構成のアンテナでは、図16に示す1/4の円弧で形成されたアンテナと比較して、表示部の領域に対する感度の歪を抑え、精度良く被検物体の位置を検出することが可能となる。   Accordingly, in the antenna having the configuration shown in FIG. 17, the sensitivity distortion with respect to the area of the display unit is suppressed and the position of the object to be detected is accurately compared with the antenna formed by the ¼ arc shown in FIG. It becomes possible to detect.

図18は、透明基板上に透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4の第4の構成例である。図18に示すアンテナの構成では、透明基板25上に、ITO等の透明電極を用いた透明な配線により、送信アンテナ3i1−3i4と受信アンテナ4i1−4i4とが、それぞれ二重の1/4の円弧状パターンで形成される。また、受信アンテナ4g1−4g4のパターンが送信アンテナ3g1−3g4のパターンを囲って、表示部の境界Bの角部に同心円の円弧状で形成される。   FIG. 18 shows a fourth configuration example of the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate. In the configuration of the antenna shown in FIG. 18, the transmitting antenna 3 i 1-3 i 4 and the receiving antenna 4 i 1-4 i 4 are each made up of a quarter of a quarter by transparent wiring using a transparent electrode such as ITO on the transparent substrate 25. It is formed with an arc-shaped pattern. The pattern of the receiving antennas 4g1-4g4 surrounds the pattern of the transmitting antennas 3g1-3g4, and is formed in a concentric circular arc shape at the corner of the boundary B of the display unit.

送信アンテナ3i1と受信アンテナ4i1、送信アンテナ3i2と受信アンテナ4i2
、送信アンテナ3i3と受信アンテナ4i3、送信アンテナ3i4と受信アンテナ4i4は、それぞれ別々の近接センサを構成する回路部に接続される。図18では、送信アンテナ3i1と受信アンテナ4i1からの配線のみを示している。
Transmitting antenna 3i1 and receiving antenna 4i1, transmitting antenna 3i2 and receiving antenna 4i2
The transmitting antenna 3i3 and the receiving antenna 4i3, and the transmitting antenna 3i4 and the receiving antenna 4i4 are respectively connected to circuit units constituting separate proximity sensors. In FIG. 18, only the wiring from the transmitting antenna 3i1 and the receiving antenna 4i1 is shown.

図18に示す構成のアンテナでは、送信アンテナ3i1−3i4と受信アンテナ4i1−4i4とが、それぞれ二重の1/4の円弧状パターンで形成されことにより、アンテナの受信感度を向上させることが可能となる。アンテナの受信感度は、各アンテナの円弧状パターンリングの数を増やすことにより向上させることができる。
図18では、送信アンテナと受信アンテナの両方が二重の円弧パターンで形成される例を示したが、いずれか一方のアンテナのみを二重の円弧パターンで形成してもよい。また、送信アンテナと受信アンテナの一方または両方を、三重以上の円弧パターンで形成しても良い。
In the antenna having the configuration shown in FIG. 18, the transmitting antennas 3i1-3i4 and the receiving antennas 4i1-4i4 are each formed in a double ¼ arc-shaped pattern, so that the receiving sensitivity of the antenna can be improved. It becomes. The reception sensitivity of the antenna can be improved by increasing the number of arc-shaped pattern rings of each antenna.
Although FIG. 18 shows an example in which both the transmitting antenna and the receiving antenna are formed with a double arc pattern, only one of the antennas may be formed with a double arc pattern. Further, one or both of the transmission antenna and the reception antenna may be formed in a triple or more arc pattern.

図19は、透明基板上に透明電極を用いて形成した送信アンテナ3および受信アンテナ4の第5の構成例である。
図19に示すアンテナの構成では、図18と同様に、透明基板25の角部にITO等の透明電極を用いた透明な配線により、送信アンテナ3j1−3j4と受信アンテナ4j1−4j4とが、それぞれ二重の1/4の円弧状パターンで形成される。
FIG. 19 shows a fifth configuration example of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate.
In the configuration of the antenna shown in FIG. 19, similarly to FIG. 18, the transmitting antenna 3j1-3j4 and the receiving antenna 4j1-4j4 are respectively formed by transparent wiring using transparent electrodes such as ITO at the corners of the transparent substrate 25. It is formed of a double quarter arc pattern.

送信アンテナ3j1と受信アンテナ4j1、送信アンテナ3j2と受信アンテナ4j2、送信アンテナ3j3と受信アンテナ4j3、送信アンテナ3j4と受信アンテナ4j4は、それぞれ別々の近接センサを構成する回路部に接続される。図19では、送信アンテナ3j1と受信アンテナ4j1からの配線のみを示している。   The transmitting antenna 3j1 and the receiving antenna 4j1, the transmitting antenna 3j2 and the receiving antenna 4j2, the transmitting antenna 3j3 and the receiving antenna 4j3, and the transmitting antenna 3j4 and the receiving antenna 4j4 are respectively connected to circuit units constituting separate proximity sensors. In FIG. 19, only the wiring from the transmitting antenna 3j1 and the receiving antenna 4j1 is shown.

図19に示すアンテナ構成では、さらに、透明基板25の辺部に二重の1/2の円弧状パターンで形成された送信アンテナ3j5−3j6と受信アンテナ4j5−4j6とを備える。受信アンテナ4j5−4j6のパターンが送信アンテナ3j5−3j6のパターンを囲って、表示部の境界Bの角部に同心円の円弧状で形成される。
送信アンテナ3j5と受信アンテナ4j5、送信アンテナ3j6と受信アンテナ4j6は、それぞれ別々の近接センサを構成する回路部に接続される。
The antenna configuration shown in FIG. 19 further includes a transmission antenna 3j5-3j6 and a reception antenna 4j5-4j6 formed on the side of the transparent substrate 25 in a double half arc pattern. The pattern of the receiving antennas 4j5-4j6 surrounds the pattern of the transmitting antennas 3j5-3j6 and is formed in a concentric circular arc shape at the corner of the boundary B of the display unit.
The transmission antenna 3j5 and the reception antenna 4j5, and the transmission antenna 3j6 and the reception antenna 4j6 are respectively connected to circuit units constituting separate proximity sensors.

図19のような構成とすることにより、透明基板の角部にのみアンテナが配置される図16−図18の構成と比較して、より広い被検査領域の物体の検出を行うことが可能となる。
図19では、送信アンテナと受信アンテナの両方が二重の円弧パターンで形成される例を示したが、いずれか一方または両方のアンテナを一つの円弧パターンで形成してもよい。
図15から図19では、受信アンテナ4が送信アンテナ3を囲って形成される例を示したが、送信アンテナ3が受信アンテナ4を囲って形成してもよい。
With the configuration as shown in FIG. 19, it is possible to detect an object in a wider inspection area as compared with the configurations of FIGS. 16 to 18 in which the antennas are arranged only at the corners of the transparent substrate. Become.
Although FIG. 19 shows an example in which both the transmitting antenna and the receiving antenna are formed with a double arc pattern, one or both antennas may be formed with one arc pattern.
FIGS. 15 to 19 show an example in which the reception antenna 4 is formed surrounding the transmission antenna 3, but the transmission antenna 3 may be formed surrounding the reception antenna 4.

本発明の近接センサにおいて、図15から図19に示すような、透明基板上に透明電極で形成された送信アンテナおよび受信アンテナを用い、このアンテナをディスプレイ上に配置することにより、ディスプレイ上の3次元領域に位置する被検物体の位置を検出し、この被検物体の3次元の位置情報に応じて機器への入力を制御する入力装置を構成することが出来る。   In the proximity sensor of the present invention, as shown in FIG. 15 to FIG. 19, a transmission antenna and a reception antenna formed of a transparent electrode on a transparent substrate are used, and this antenna is arranged on the display, whereby 3 on the display is displayed. It is possible to configure an input device that detects the position of the test object located in the three-dimensional region and controls the input to the device in accordance with the three-dimensional position information of the test object.

1a、1b、1c、1d 近接センサ
2 発振器
3、3a、3b、3c、3d、3f、3g1−3g4、3h1−3h4、3i1−3i
4、3j1−3j6 発信アンテナ
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g1−4g4、4h1−4h4、4i1−4i4、4j1−4j6 受信アンテナ
5 共振器
6 バッファ
7 抵抗
8 増幅器
9 位相検波器
10 LPF
11 出力端子
12 反転増幅器
13 差動増幅器
14、23 機械結合
15、16 シールド
20、20a 複合振動体
21、22 振動子
211、212、221、222 電極
21aL、21aR、22a 脚
24 基部
25 透明基板
27 接続端子
28 接続端子
30 昇圧回路
31 増幅回路
1a, 1b, 1c, 1d Proximity sensor 2 Oscillator 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3f, 3g1-3g4, 3h1-3h4, 3i1-3i
4, 3j1-3j6 Transmitting antenna 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g1-4g4, 4h1-4h4, 4i1-4i4, 4j1-4j6 Receiving antenna 5 Resonator 6 Buffer 7 Resistor 8 Amplifier 9 Phase detection 10 LPF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Output terminal 12 Inverting amplifier 13 Differential amplifier 14, 23 Mechanical coupling 15, 16 Shield 20, 20a Composite vibrator 21, 22 Vibrator 211, 212, 221, 222 Electrode 21aL, 21aR, 22a Leg 24 Base 25 Transparent substrate 27 Connection terminal 28 Connection terminal 30 Booster circuit 31 Amplifier circuit

Claims (20)

交流信号発生源と、
前記交流信号発生源の信号に基づいて電波を送信する送信アンテナと、
電波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナに接続された共振素子と、
前記交流信号発生源の信号で、前記受信アンテナで受信した信号を位相検波する位相検波手段と、を備える
ことを特徴とする近接センサ。
An AC signal source;
A transmission antenna that transmits radio waves based on a signal from the AC signal generation source;
A receiving antenna for receiving radio waves,
A resonant element connected to the receiving antenna;
Phase detection means for phase-detecting a signal received by the receiving antenna with a signal of the AC signal generation source. A proximity sensor, comprising:
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて予め励振される
ことを特徴とする請求項1に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 1, wherein the resonance element is excited in advance based on a signal from the AC signal source.
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項2に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 2, wherein the resonance element is excited in advance by electrical coupling based on a signal from the AC signal source.
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項2に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 2, wherein the resonance element is excited in advance by mechanical coupling based on a signal from the AC signal source.
前記共振素子は、振動子を備えて構成される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 1, wherein the resonance element includes a vibrator.
前記交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、
前記共振素子の振動子と前記発振器の振動子とが一体に形成された
ことを特徴とする請求項5に記載の近接センサ。
The AC signal generation source is an oscillator having a vibrator,
The proximity sensor according to claim 5, wherein the resonator of the resonant element and the resonator of the oscillator are integrally formed.
前記振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはMEMS振動子である
ことを特徴とする請求項5または6に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 5, wherein the vibrator is a crystal vibrator, a ceramic vibrator, or a MEMS vibrator.
前記共振素子は、LC共振回路を備えて構成される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 1, wherein the resonance element includes an LC resonance circuit.
前記共振素子の両端からの出力を差動増幅し、前記受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備える
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 1 to 8, further comprising differential amplifying means for differentially amplifying outputs from both ends of the resonant element and outputting the signals as signals received by the receiving antenna. .
前記交流信号発生源と前記送信アンテナとの間に、
前記交流信号発生源の回路の電源を昇圧する昇圧手段と、
前記交流信号発生源の信号を、前記昇圧手段で昇圧された電源系で増幅する増幅手段と、を備える
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の近接センサ。
Between the AC signal generation source and the transmitting antenna,
Boosting means for boosting the power supply of the circuit of the AC signal generation source;
The proximity sensor according to claim 1, further comprising: an amplifying unit that amplifies the signal of the AC signal generation source by a power supply system boosted by the boosting unit.
前記送信アンテナと前記受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナである
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の近接センサ。
10. The proximity sensor according to claim 1, wherein one of the transmission antenna and the reception antenna is a rod-shaped antenna, and the other is a ring-shaped antenna.
前記リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備える
ことを特徴とする請求項10に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 10, wherein the ring-shaped antenna has a shape in which a plurality of concentric rings are joined.
前記リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項10に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 10, wherein the ring-shaped antenna has a coiled shape wound a plurality of times.
前記棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項10から12のいずれか1項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 10 to 12, wherein a tip end portion of the rod-shaped antenna has a coil shape wound a plurality of times.
透明基板を備え、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、前記透明基板上に透明電極で形成された
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の近接センサ。
With a transparent substrate,
The proximity sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the transmitting antenna and the receiving antenna are formed of a transparent electrode on the transparent substrate.
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成された
ことを特徴とする請求項14に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 14, wherein the transmission antenna and the reception antenna are formed in a concentric ring shape.
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項14に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 14, wherein the transmitting antenna and the receiving antenna are formed in a concentric circular arc shape.
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明電基板の角部に、2つの辺に跨って1/4の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項16に記載の近接センサ。
The transparent substrate has a rectangular shape,
The proximity sensor according to claim 16, wherein the transmitting antenna and the receiving antenna are formed in a ¼ arc shape across two sides at a corner of the transparent electric substrate.
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明基板の辺部に、1/2の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項16に記載の近接センサ。
The transparent substrate has a rectangular shape,
The proximity sensor according to claim 16, wherein the transmission antenna and the reception antenna are formed in a half arc shape on a side portion of the transparent substrate.
前記送信アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成された
ことを特徴する請求項15から19のいずれか1項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 15 to 19, wherein at least one of the transmission antenna and the reception antenna is formed in a double or more pattern.
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