JP2014086954A - 非接触検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象の存在時における外来電磁波の検出感度の低下を抑制する。
【解決手段】検出対象100が第１検出コイルL1の内部に存在する場合、第１検出コイルL1のコンダクタンスは検出対象100の影響で増加するが、第２検出コイルL2のコンダクタンスは、実質的にほとんどあるいは全く増加しない。そのため、検出対象100が存在する場合に第２検出コイルL2による外来電磁波の検出感度の低下を抑制することができる。したがって、外来電磁波が照射されている状況で検出対象100が第１検出コイルL1の内部を通過する場合、外来電磁波の影響で第１発振器2Aが発振状態になっても第２発振器2Bも発振状態となるため、電磁波が照射されていないと誤検出されることが防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検出対象の存在を非接触で検出する非接触検出装置に関する。

従来、様々な分野で非接触検出装置が利用されており、例えば、パチンコ台におけるパチンコ玉(金属球)の個数のカウントなどに用いられている。このような非接触検出装置としては、パチンコ玉が通過する部位に高周波電磁界を形成しておき、パチンコ玉と高周波電磁界との相互作用によってパチンコ玉の存在(通過)を検出するものが広く用いられている。しかしながら、上述のような高周波電磁界方式の非接触検出装置は、外部から到来する電磁波(外来電磁波)の影響によってパチンコ玉の存在を誤検出する虞があった。そのため、非接触検出装置に外来電磁波を検出する外来電磁波検出装置を並設し、外来電磁波検出装置で外来電磁波が検出されている間は、非接触検出装置の検出結果を無効としていた。

ここで、パチンコ玉を検出対象とし、且つ上述のように外来電磁波による誤検出を防止する非接触検出装置の従来例として、特許文献１記載の近接スイッチを例示する。

特許文献１記載の従来例は、パチンコ玉の存在を検出する遊戯球検出部と、外来電磁波の照射を検出する異常検出部とを備える。遊戯球検出部は、パチンコ玉が存在するときに検出用コイルのコンダクタンスが増加し、検出用コイルを含む共振回路の発振が停止することにより、パチンコ玉の存在を検出する。一方、異常検出部は、外来電磁波が照射されていないときは検出用コイルを含む共振回路が発振せず、外来電磁波が照射されているときに前記共振回路が発振することにより、外来電磁波の照射を検出する。つまり、パチンコ玉が存在しているときに外来電磁波が照射されて遊戯球検出部の共振回路が発振を継続しても、異常検出部が外来電磁波の照射を検出していれば、遊戯球検出部の検出結果を無効として誤検出が防止できる。

特開２０１０−２６８４１８号公報

しかしながら、小型化のため、異常検出部の検出用コイルをパチンコ玉の通路の近くに配置した場合、パチンコ玉の存在によって異常検出部の検出用コイルのコンダクタンスが増加する。一方、異常検出部の発振回路(共振回路に高周波電流を供給する回路)はコンダクタンスが一定であるから、検出用コイル(共振回路)のコンダクタンスが増加することによって、外来電磁波の照射に対して発振し難くなる。つまり、パチンコ玉が存在すると、パチンコ玉が存在しないときに比べて異常検出部の電磁波検出感度が低下してしまうので、電磁波が照射されているにも関わらず、電磁波が照射されていないと誤検出されてしまう虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、検出対象の存在時における外来電磁波の検出感度の低下を抑制することを目的とする。

本発明の非接触検出装置は、金属製の検出対象の存在を検出する非接触検出装置であって、検出対象との相対位置に応じてコンダクタンスが変化する第１検出コイルと、第１検出コイルを含む第１共振器と、第１共振器を励振する第１発振器と、検出対象との相対位置に応じてコンダクタンスが変化する場合は当該変化の変化率が第１検出コイルの変化率よりも小さい第２検出コイルと、第２検出コイルを含み且つ第１共振器の共振周波数と略等しい共振周波数を有する第２共振器と、第２共振器を励振する第２発振器と、第１発振器の発振状態及び第２発振器の発振状態に基づいて検出対象の存在並びに外来電磁波の有無を判定し且つ判定結果に対応した信号を出力する信号処理回路とを備え、第２共振器のコンダクタンス及び第２発振器のコンダクタンスは、外来電磁波が照射されていないときは第２発振器が発振停止状態になるか、あるいは相対的に振幅が小さい微弱な発振状態になり、且つ外来電磁波の強度が所定値以上になれば第２発振器が発振状態となる値に設定されることを特徴とする。

この非接触検出装置において、第１検出コイルは、検出対象が内部を通過するソレノイドからなり、第１検出コイルの外周を囲う環状のシールド部材が設けられ、シールド部材の外側に第２検出コイルが配置されることが好ましい。

この非接触検出装置において、第２検出コイルは、強磁性体からなる磁心の周囲に巻線が巻回されてなることが好ましい。

この非接触検出装置において、第２共振器のＱ値は、検出対象が存在しているときの第１共振器のＱ値よりも小さいことが好ましい。

この非接触検出装置において、第１発振器のコンダクタンスを負帰還制御する制御回路を備え、制御回路は、第１共振器の振幅レベルが所定値以上であるときはコンダクタンスを所定の基準値に一致させ、振幅レベルが所定値よりも低いしきい値以下であるときは、振幅レベルをしきい値に一致させることが好ましい。

この非接触検出装置において、第１発振器と記第２発振器は、同一の構成を有する集積回路からなり、且つ１枚の回路基板の表面と裏面に振り分けて実装されており、且つ回路基板の厚み方向から見て第１発振器が実装されている領域と第２発振器が実装されている領域とが少なくとも半分以上重なっていることが好ましい。

この非接触検出装置において第１発振器と第２発振器は、一つの集積回路として構成されることが好ましい。

本発明の非接触検出装置は、検出対象の存在時における外来電磁波の検出感度の低下を抑制することができるという効果がある。

本発明に係る非接触検出装置の実施形態１を示すブロック図である。 同上の分解斜視図である。 同上を示し、(ａ)は平面図、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線断面矢視図、(ｃ)は回路基板の平面図である。 (ａ)は同上における第１共振器のインピーダンス特性、(ｂ)は第２共振器のインピーダンス特性をそれぞれ示す波形図である。 本発明に係る非接触検出装置の実施形態２を示す分解斜視図である。 同上を示し、(ａ)は平面図、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線断面矢視図、(ｃ)は断面図である。 本発明に係る非接触検出装置の実施形態３を示す回路図である。

以下、従来例と同様に金属製の遊戯球(パチンコ玉)を検出対象として遊戯台(パチンコ台)に用いられる非接触検出装置(パチンコ玉検出装置)に本発明の技術思想を適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

(実施形態１)
本実施形態は、図１に示すように第１共振器1A、第１発振器2A、第２共振器1B、第２発振器2B、信号処理回路３などを備える。第１共振器1Aは、第１検出コイルL1とコンデンサC1のLC並列共振回路からなる。また、第２共振器1Bは、第２検出コイルL2とコンデンサC2のLC並列共振回路からなり、共振周波数が第１共振器1Aの共振周波数と略等しくなるようにインダクタンス値及びキャパシタンス値が設定されている。なお、共振周波数が略等しいとは、２つの共振周波数が完全に一致する場合だけでなく、実質的に等しいとみなせる場合を含む。さらに望ましくは、第２共振器1Bの共振周波数は、検出対象(パチンコ玉)100がコイルボビン４に遠ざかっているときの第１共振器1Aの共振周波数よりも、検出対象(パチンコ玉)100がコイルボビン４に近接しているときの第１共振器1Aの共振周波数に近く設定されていることが、外来電磁波に対して検出感度低下が防止できるので好ましい。

第１発振器2Aは、第１共振器1Aの共振周波数にほぼ一致する周波数の高周波電流を供給することで第１共振器1Aを励振する。同様に、第２発振器2Bは、第２共振器1Bの共振周波数にほぼ一致する周波数の高周波電流を供給することで第２共振器1Bを励振する。ただし、第１発振器2A及び第２発振器2Bのコンダクタンスは、検出対象や外来電磁波の照射の有無に関わらず、何れもほぼ一定である。

信号処理回路３は、第１発振器2Aの発振状態及び第２発振器2Bの発振状態に基づいて検出対象の存在並びに外来電磁波の有無を判定し且つ判定結果に対応した信号(検出信号)を出力する。検出結果としては、検出対象有り且つ外来電磁波無し、検出対象無し且つ外来電磁波無し、検出対象有り且つ外来電磁波有り、検出対象無し且つ外来電磁波有りの４通りがある。故に、信号処理回路３は、例えば、それぞれの検出結果に対応した４種類の信号レベルを有する直流電圧信号を検出信号として出力すればよい。ただし、検出信号は検出結果に対応した信号レベルを有する直流電圧信号に限定されず、例えば、２ビットのディジタル信号などであっても構わない。

本実施形態の分解斜視図を図２に示す。なお、以下の説明では図２において上下左右前後の各方向を定義する。

第１検出コイルL1は、両端に円環状の外鍔41を有するコイルボビン４の円筒形の胴部40に巻線が巻回されたソレノイドからなる。そして、検出対象(パチンコ玉)100がコイルボビン４の内部を通過する。

コイルボビン４は、環状(円筒形)のシールド部材５に内側から嵌合される(図３参照)。その結果、第１検出コイルL1が金属製のシールド部材５によって外周から囲われることになる。コイルボビン４が嵌合されたシールド部材５は、合成樹脂成形体からなるケース８に収納される。

ケース８は、上面が開口した扁平な矩形の箱形に形成されており、前後方向における中心よりも前側がコイルボビン４及びシールド部材５の収納空間となり、後側が回路基板６の収納空間となる。また、コイルボビン４及びシールド部材５の収納空間において、ケース８の底壁には、コイルボビン４の下端部と嵌合する嵌合孔80が貫通している(図３(ｂ)参照)。

回路基板６は、矩形平板状の多層プリント配線板の前端側が円弧状に切り欠かれてなる。そして、回路基板６の上面にコンデンサC2(図示せず)と第２発振器2Bが実装され、回路基板６の下面にコンデンサC1(図示せず)と第１発振器2Aが実装されている。なお、図示は省略しているが、回路基板６の上面又は下面の何れか一方に信号処理回路３が実装される。また、第１検出コイルL1と、回路基板６に実装されているコンデンサC1及び第１発振器2Aとは、図示しないリード線及び配線パターンによって接続される。

第２検出コイルL2は、回路基板６に形成される一対の螺旋状の巻線パターン60を、配線パターン61によって直列接続することで構成されている。各巻線パターン60は、回路基板６前端の左右両側に貫通した一対の貫通孔62を各々囲むように形成されている。そして、回路基板６の各貫通孔62には、円柱状のフェライトからなる磁心７がそれぞれ圧入される。なお、第２検出コイルL2を２つの巻線パターン60に分けた理由は、外来電磁波の到来方向による検出感度の低下を抑制するためであるが、検出感度の低下が抑制可能であれば、１つの巻線パターンで第２検出コイルL2を構成しても構わない。また、磁性材料(例えば、フェライト)製の磁心７が巻線パターン60の中心に配置されているので、外来電磁波の磁束を第２検出コイルL2に集めることにより、外来電磁波の検出感度の向上を図ることができ、且つ第２検出コイルL2の小型化も可能となる。さらに、第２検出コイルL2は、検出対象100の通路に面しておらず、なおかつ、前記通路との間にシールド部材５が存在するので、前記通路内に検出対象100が存在している場合においてもコンダクタンスは殆ど増加しない。なお、第２検出コイルL2は開磁路型のチップコイルで構成されてもよいし、設置場所についても回路基板６の下面側等でもよい。また、回路基板６の縁に沿って形成される巻線パターンで第２検出コイルL2を構成しても構わない。

次に、本実施形態の動作を説明する。第１発振器2Aは、第１共振器1Aに常時高周波電流を供給している。故に、ソレノイドからなる第１検出コイルL1の内部(検出対象100が通過する通路)に、上下方向に沿って高周波磁界が形成される。外来電磁波が照射されていない場合、検出対象100が第１検出コイルL1の内部に存在しないときは、第１検出コイルL1のコンダクタンスが相対的に減少して第１発振器2Aのコンダクタンスを下回るため、第１発振器2Aは発振状態を維持することができる。一方、検出対象100が第１検出コイルL1の内部に存在するときは、第１検出コイルL1のコンダクタンスが相対的に増加して第１発振器2Aのコンダクタンスを上回るため、第１発振器2Aが発振状態を維持できなくなって発振停止状態となる。

第２発振器2Bは、外来電磁波が照射されていないときの第２検出コイルL2のコンダクタンスよりもコンダクタンスが小さく設定されている。故に、検出対象100が第１検出コイルL1の内部に存在しない場合、外来電磁波が照射されていないときは、第２発振器2Bのコンダクタンスが第２検出コイルL2のコンダクタンスを下回るため、第２発振器2Bが発振状態を維持できずに発振停止状態となる。一方、外来電磁波が照射されているときは、その周波数において第２発振器2Bのコンダクタンスが増大するため、第２発振器2Bが発振状態となる。

ここで、検出対象100が第１検出コイルL1の内部に存在する場合、第１検出コイルL1のコンダクタンスは検出対象100の影響で増加するが、第２検出コイルL2のコンダクタンスは、上述したように実質的にほとんどあるいは全く増加しない。そのため、検出対象100が存在する場合に第２検出コイルL2による外来電磁波の検出感度の低下を抑制することができる。したがって、外来電磁波が照射されている状況で検出対象100が第１検出コイルL1の内部を通過する場合、外来電磁波の影響で第１発振器2Aが発振状態になっても第２発振器2Bも発振状態となるため、電磁波が照射されていないと誤検出されることが防止できる。また、外来電磁波が照射されていない場合、第２発振器2Bが発振停止状態となるので、第２検出コイルL2によって形成される高周波磁界と第１検出コイルL1によって形成される高周波磁界とが相互に干渉することを防止できる。

また、第１検出コイルL1がシールド部材５に覆われているので、第１検出コイルL1に対する外来電磁波の影響を低減することができる。一方、第２検出コイルL2はシールド部材５で覆われていないから、外来電磁波の影響を受け易い、つまり、外来電磁波に対する検出感度が高い状態となっている。

さらに、第２検出コイルL2がシールド部材５の外側に配置されるため、上述したように第１検出コイルL1と相互干渉が防止できる。その結果、第２発振器2Bのコンダクタンスを比較的に大きい値に設定し、外来電磁波に対する検出感度の向上を図ることができる。

ところで、外来電磁波は検出コイルL1，L2のみならず、発振器2A，2Bにも影響を及ぼす可能性がある。具体的には、外来電磁波によって回路基板６の配線パターンに電圧が誘起されたり、発振器2A，2B内の基準電圧などが変動する可能性がある。この場合、２つの発振器2A，2Bをシールドすることが望ましいが、ケース８の大型化が避けられない。一方、２つの発振器2A，2Bに対する外来電磁波の影響がほぼ同程度であれば、検出精度に対する外来電磁波の影響を抑えることができる。

ここで、集積回路からなる２つの発振器2A，2Bに対する外来電磁波の電磁界強度の差を低減するには、電磁界の方向に対して、２つの発振器2A，2Bがほぼ同じ位置に配置されることが好ましい。ただし、発振器2A，2Bの縦横の寸法に対して、回路基板６の厚み寸法は十分に小さくなければならない。

そこで本実施形態では、第１発振器2Aと第２発振器2Bを同一の構成を有する集積回路とし、且つ１枚の回路基板６の表面(上面)と裏面(下面)に振り分けて実装している。さらに、図３(ｃ)に示すように、回路基板６の厚み方向(外来電磁波による電磁界の方向)から見て、第１発振器2Aが実装されている領域と第２発振器2Bが実装されている領域とが少なくとも半分以上重なっている。而して、２つの発振器2A，2Bを上述のように回路基板６に実装したことにより、集積回路からなる２つの発振器2A，2Bに対する外来電磁波の電磁界強度の差を低減することができる。ただし、２つの発振器2A，2Bを１つの集積回路として構成すれば、外来電磁波の電磁界強度の差をさらに低減することができる。なお、２つの発振器2A，2Bを１つの集積回路とする場合、モノリシックＩＣであってもよいし、ハイブリッドＩＣであってもよい。

ところで、第１共振器1Aのインピーダンス特性は、検出対象100の存否に応じて変化する。すなわち、検出対象100が存在しない場合のインピーダンス特性は、図４(ａ)に破線X1で示すように相対的にＱ値が大きくなっている。一方、検出対象100が存在する場合のインピーダンス特性は、同図に実線X2で示すように相対的にＱ値が小さくなり且つ共振周波数も若干高くなる。したがって、第１共振器1Aのインピーダンス特性が変化した場合においても、第１共振器1Aに影響を及ぼし得る外来電磁波を確実に検出するために、第２共振器1BのＱ値を、検出対象100が存在しているときの第１共振器1AのＱ値よりも小さくすることが望ましい。而して、第２共振器1BのＱ値を検出対象100の存在時における第１共振器1AのＱ値よりも小さくすれば、図４(ｂ)に実線Ｙで示すように第２共振器1Bのインピーダンス特性がブロード(広帯域)となり、第１共振器1Aに影響を及ぼし得る外来電磁波を確実に検出できる。

(実施形態２)
本実施形態は、第２検出コイルL2の構成に特徴があり、その他の構成については実施形態１と共通である。故に、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。

本実施形態における第２検出コイルL2は、図５及び図６に示すように磁性材料(例えば、フェライト)によって円環状に形成された磁心９の外周面に、巻線が巻回されてなるソレノイドで構成されている。磁心９は、その内径がシールド部材５の外径と同程度に形成されており、図６に示すようにシールド部材５が内側に挿入(圧入)される。なお、磁心９の形状は円環状のものに限定されず、また、必ずしも環状に閉じている必要も無い。

而して、第２検出コイルL2によって形成される磁界(磁束)がシールド部材５にシールドされ、しかもシールド部材５の外側に磁心９が配置されているために検出対象100の通路を通らない。したがって、検出対象100が通路内に存在しても第２検出コイルL2のコンダクタンスが殆ど変化しないので、検出対象100が存在する場合の外来電磁波の検出感度の低下を抑制することができる。また、第２検出コイルL2がソレノイドであるため、外来電磁波の照射方向に対する検出感度の変動を抑えることができる。

さらに、外来電磁波の磁束がシールド部材５に遮られ、且つその殆どがシールド部材５の外側に配置された磁心９を通るので、外来電磁波が第１検出コイルL1に与える影響は非常に軽微である。一方、外来電磁波の磁束の殆どが磁心９を通ることにより、第２検出コイルL2による外来電磁波の検出感度の向上が図れる。なお、第１検出コイルL1と第２検出コイルL2を径方向に並べてケース８に収納しているため、２つの検出コイルL1，L2を軸方向に並べて収納する場合と比較して、ケース８の厚みが小さくできるという利点がある。

(実施形態３)
本実施形態は、第１発振器2Aのコンダクタンスを負帰還制御する制御回路を備える点に特徴があり、その他の構成については実施形態１と共通である。故に、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明は適宜省略する。

本実施形態における第１発振器2Aは、図７に示すようにバイアス回路20、レベルシフト回路21、増幅回路22、電流帰還回路23などを備える。バイアス回路20は定電流源からなり、基準電源Vccより第１共振器1Aに一定のバイアス電流を供給する。

レベルシフト回路21は、第１共振器1Aの共振電圧をレベルシフトするものであり、npn型のバイポーラトランジスタで構成される。レベルシフト回路21のコレクタがバイアス回路20の出力端に接続され、エミッタの一端が第１共振器1Aの一端に接続される。なお、第１共振器1Aの他端はグランドに接続される。また、レベルシフト回路21のエミッタとグランドとの間に第１共振器1Aが挿入されている。なお、レベルシフト回路21のコレクタがベースに接続されている。したがって、レベルシフト回路21のエミッタ電位が第１共振器1Aの発振電圧に等しくなっている。

増幅回路22は、npn型のバイポーラトランジスタで構成され、第１共振器1Aの発振電圧に応じた電流(増幅電流)を出力する。増幅回路22のベースはレベルシフト回路21のベースに接続されている。したがって、増幅回路22のベースには、レベルシフト回路21によりレベルシフトされたレベルシフト回路21のエミッタ電位、すなわちレベルシフト回路21により生成されたレベルシフト電圧が入力される。ここで、レベルシフト回路21はベース−エミッタ間電圧の分だけ発振電圧をレベルシフトする。よって、レベルシフト回路21のエミッタとグラウンドとの間に、発振の正の半サイクルのみ、第１共振器1Aの発振電圧に等しい電圧が印加される。なお、増幅回路22のエミッタは、抵抗R0と電界効果トランジスタQ2の並列回路を介してグランドに接続されている。

電流帰還回路23は、一対のpnp型のバイポーラトランジスタからなるカレントミラー回路で構成され、増幅回路22が出力する電流の大きさに応じた帰還電流を第１共振器1Aに供給(正帰還)することにより、第１共振器1Aの発振を維持させる。つまり、電流帰還回路23は、増幅回路22が出力する電流に等しい帰還電流を第１共振器1Aに供給する。

なお、第２発振器2Bは、電界効果トランジスタQ2が抵抗R0と並列に接続されていない点を除いて、第１発振器2Aと同一の回路構成を有する。

本実施形態における信号処理回路３は、第１検波回路(ピークディテクタ)30、第１比較器31、アンプ32、第２検波回路33、第２比較器34、抵抗R1〜R3、スイッチング素子Q1，Q3，Q4などを備える。

第１検波回路30は、第１共振器1Aの発振振幅のピーク値を検出し、検出したピーク値に対応するアナログ信号(直流電圧信号)を第１比較器31の＋端子及びアンプ32の−端子に出力する。また、第２検波回路33は、第２共振器1Bの発振振幅のピーク値を検出し、検出したピーク値に対応する直流電圧信号からなる検波信号(第１検波信号)を第２比較器34の＋端子に出力する。

第１比較器31は、＋端子に入力する第１検波信号と、−端子に入力する所定値の電圧(以下、第１しきい値Vref1と呼ぶ。)とを比較する。また、第１比較器31の出力端子がスイッチング素子Q3のベースに接続されている。スイッチング素子Q3は、エミッタがグランドに接続され、コレクタが抵抗R1を介してスイッチング素子Q1のコレクタに接続されている。スイッチング素子Q1のエミッタは基準電源Vccの正極に接続され、スイッチング素子Q1のベースがスイッチング素子Q4のコレクタに接続されている。なお、抵抗R1とスイッチング素子Q3の直列回路と並列に抵抗R2が接続されている。

第２比較器34は、＋端子に入力する第２検波信号と、−端子に入力する第３しきい値Vref3とを比較する。また、第２比較器34の出力端子がスイッチング素子Q4のベースに接続されている。

アンプ32は、＋端子に入力する第２しきい値Vref2(<Vref1)に対する第１検波信号の差分を反転増幅し、第１発振器2Aの電界効果トランジスタQ2のゲートに出力する。なお、本実施形態では、アンプ32と電界効果トランジスタQ2によって負帰還制御用の制御回路を構成している。

次に、本実施形態の動作を説明する。まず、外来電磁波が照射されていない場合の動作を説明する。

外来電磁波が照射されていない場合、第２発振器2Bは発振停止状態となる。したがって、第２比較器34の出力がハイレベルとなってスイッチング素子Q4がオンしているので、スイッチング素子Q1もオンとなって第１発振器2Aに電力が供給される。そして、検出対象100が通路内に存在しないとき、第１検出コイルL1のコンダクタンスが第１共振器1Aのコンダクタンスを下回っているために第１発振器2Aが発振する。故に、第１検波回路30から出力される第１検波信号が第１しきい値Vref1を上回るので、第１比較器31の出力がハイレベルとなり、スイッチング素子Q3がオンとなる。また、第２しきい値Vref2が第１しきい値Vref1よりも小さいので、アンプ32の出力が基準電圧Vccよりも低くなり、電界効果トランジスタQ2は完全にオフ状態となる。故に、電界効果トランジスタQ2のオン抵抗は無限大とみなせるので、第１発振器2Aのコンダクタンスは抵抗R0のみで決まる。理想的には、第１共振器1AのコンダクタンスGosc1=1/(2×R0)となる。

一方、検出対象100が通路内に進入(存在)すると、第１検出コイルL1のコンダクタンスが増加して第１共振器1Aのコンダクタンスを上回るので、第１共振器1Aの発振振幅が減少し、第１比較器31に入力する第１検波信号も低下する。しかしながら、第１検波信号が第２しきい値Vref2に近付くにつれてアンプ32の出力が増大し、電界効果トランジスタQ2のオン抵抗が減少する。その結果、抵抗R0と電界効果トランジスタQ2のオン抵抗の合成抵抗が減少して第１共振器1Aのコンダクタンスが増加する。第１共振器1Aのコンダクタンスが増加すると発振振幅が増大して第１検波信号が上昇するので、アンプ32の出力が減少して電界効果トランジスタQ2のオン抵抗が増大する。故に、第１発振器2Aのコンダクタンスに負帰還がかかり、第１検波信号が第２しきい値Vref2に一致するところで平衡状態になる。

基準電源Vccの負極とグランドの間に出力抵抗Routが接続されており、外来電磁波が照射されていない場合、検出対象100が存在するときは、２つの抵抗R2，R3の合成抵抗と出力抵抗Routの分圧比によって信号処理回路３の検出信号電圧が決まる。一方、検出対象100が存在しないときは、抵抗R1，R2，R3の合成抵抗と出力抵抗Routの分圧比によって検出信号電圧が決まる。つまり、本実施形態における検出結果は、「電磁波照射なし、かつ玉無し」、「電磁波照射なし、かつ玉有り」、「電磁波照射有り」の３通りとなっている。

続いて、外来電磁波が照射されている場合の動作を説明する。ただし、外来電磁波の周波数は第１共振器1A及び第２共振器1Bの共振周波数の近傍の周波数と仮定する。

外来電磁波が照射されることで第２発振器2Bが発振状態となり、第２検波回路33から出力される第２検波信号が第３しきい値Vref3を超えたところで第２比較器34の出力がローレベルとなってスイッチング素子Q4，Q1がオフとなる。スイッチング素子Q1がオフであるから第１発振器2Aに電力が供給されず、第１発振器2Aは発振停止状態となる。このとき、検出信号電圧は、抵抗R3と出力抵抗Routの分圧比によって決まる。

一方、外来電磁波の周波数が第１共振器1A及び第２共振器1Bの共振周波数から大きく離れた周波数である場合、第２発振器2Bは発振停止状態を維持するので、スイッチング素子Q4，Q1がオン状態にある。なお、何らかの理由で第２発振器2Bが発振したとしても、第２発振器2Bの発振によって外来電磁波の検出を示す検出信号が信号処理回路３から出力されるため、安全側の動作となる。

共振周波数近傍の外来電磁波が照射されている状況で検出対象100が通路内に進入(存在)した場合、外来電磁波の影響で発振状態を継続したとしても、第２発振器2Bが発振状態になることで外来電磁波が検出できるために誤検出とならない。

一方、共振周波数近傍の外来電磁波が照射されている状況で検出対象100が通路内に存在しない場合、外来電磁波の影響で瞬時的に第１発振器2Aの発振振幅が減少したとしても、第１発振器2Aのコンダクタンスを負帰還制御しているために極めて発振停止し難くなっていて、「玉無し」から「玉有り」に反転し難くなっている。なお、本実施形態では説明を簡単にするために各回路の消費電流を無視して抵抗R1〜R3の抵抗値のみで検出信号の信号電圧が決めているが、現実には各回路の消費電流を考慮して検出信号の信号電圧を決定することは言うまでも無い。

L1 第１検出コイル
L2 第２検出コイル
1A 第１共振器
1B 第２共振器
2A 第１発振器
2B 第２発振器
３ 信号処理回路

Claims (7)

1. 金属製の検出対象の存在を検出する非接触検出装置であって、
   前記検出対象との相対位置に応じてコンダクタンスが変化する第１検出コイルと、前記第１検出コイルを含む第１共振器と、前記第１共振器を励振する第１発振器と、前記検出対象との相対位置に応じてコンダクタンスが変化する場合は当該変化の変化率が前記第１検出コイルの変化率よりも小さい第２検出コイルと、前記第２検出コイルを含み且つ前記第１共振器の共振周波数と略等しい共振周波数を有する第２共振器と、前記第２共振器を励振する第２発振器と、前記第１発振器の発振状態及び前記第２発振器の発振状態に基づいて前記検出対象の存在並びに外来電磁波の有無を判定し且つ前記判定結果に対応した信号を出力する信号処理回路とを備え、
   前記第２共振器のコンダクタンス及び前記第２発振器のコンダクタンスは、前記外来電磁波が照射されていないときは前記第２発振器が発振停止状態になるか、あるいは相対的に振幅が小さい微弱な発振状態になり、且つ前記外来電磁波の強度が所定値以上になれば前記第２発振器が発振状態となる値に設定されることを特徴とする非接触検出装置。
2. 前記第１検出コイルは、前記検出対象が内部を通過するソレノイドからなり、前記第１検出コイルの外周を囲う環状のシールド部材が設けられ、前記シールド部材の外側に前記第２検出コイルが配置されることを特徴とする請求項１記載の非接触検出装置。
3. 前記第２検出コイルは、強磁性体からなる磁心の周囲に巻線が巻回されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触検出装置。
4. 前記第２共振器のＱ値は、前記検出対象が存在しているときの前記第１共振器のＱ値よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の非接触検出装置。
5. 前記第１発振器のコンダクタンスを負帰還制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記第１共振器の振幅レベルが所定値以上であるときは前記コンダクタンスを所定の基準値に一致させ、前記振幅レベルが前記所定値よりも低いしきい値以下であるときは、前記振幅レベルを前記しきい値に一致させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の非接触検出装置。
6. 前記第１発振器と記第２発振器は、同一の構成を有する集積回路からなり、且つ１枚の回路基板の表面と裏面に振り分けて実装されており、且つ前記回路基板の厚み方向から見て前記第１発振器が実装されている領域と前記第２発振器が実装されている領域とが少なくとも半分以上重なっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の非接触検出装置。
7. 前記第１発振器と前記第２発振器は、一つの集積回路として構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の非接触検出装置。

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