JP3350662B2 - スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路およびパチンコ玉通過検出器 - Google Patents
スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路およびパチンコ玉通過検出器Info
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- JP3350662B2 JP3350662B2 JP2000137004A JP2000137004A JP3350662B2 JP 3350662 B2 JP3350662 B2 JP 3350662B2 JP 2000137004 A JP2000137004 A JP 2000137004A JP 2000137004 A JP2000137004 A JP 2000137004A JP 3350662 B2 JP3350662 B2 JP 3350662B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、さまざまな物理
現象を静電容量の変化として捉えるセンサ回路に関し、
とくに、微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を
超高感度に検出するスイッチドキャパシタ型超高感度セ
ンサ回路に関する。また、そのスイッチドキャパシタ型
超高感度センサ回路を用いたパチンコ玉通過検出器にも
関する。
現象を静電容量の変化として捉えるセンサ回路に関し、
とくに、微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を
超高感度に検出するスイッチドキャパシタ型超高感度セ
ンサ回路に関する。また、そのスイッチドキャパシタ型
超高感度センサ回路を用いたパチンコ玉通過検出器にも
関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の接近・離間といった動きや、物体
の歪み変形などを静電容量の変化として捉える原理のセ
ンサが知られており、この原理をさまざまな用途に適合
させたさまざまな構造の静電容量型センサが実用化され
ている。従来の静電容量型センサは、センサ素子として
のキャパシタを共振要素とする発振回路を構成してい
る。キャパシタの容量が変化すると、発振周波数が変化
する。その周波数変化を適当な弁別回路で検出してい
る。
の歪み変形などを静電容量の変化として捉える原理のセ
ンサが知られており、この原理をさまざまな用途に適合
させたさまざまな構造の静電容量型センサが実用化され
ている。従来の静電容量型センサは、センサ素子として
のキャパシタを共振要素とする発振回路を構成してい
る。キャパシタの容量が変化すると、発振周波数が変化
する。その周波数変化を適当な弁別回路で検出してい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】発振回路方式の静電容
量型センサ回路では、キャパシタの容量がごく短時間だ
け微弱に変化する現象を高感度に検出することが難しか
った。安定した高精度な発振回路方式のセンサを構成す
るには、共振要素となるキャパシタの静電容量の絶対値
をある程度以上大きくする必要があるし、検出しようと
する物理現象に伴う静電容量の変化量もかなり大きくな
いといけない。とくに、キャパシタの静電容量が定常値
から急変してすぐに定常値に戻るような対象の場合、そ
の変化時間があまり短いと、発振回路は追従できず、通
常の周波数弁別回路で検出可能な発振周波数の変化が生
じないという問題がある。
量型センサ回路では、キャパシタの容量がごく短時間だ
け微弱に変化する現象を高感度に検出することが難しか
った。安定した高精度な発振回路方式のセンサを構成す
るには、共振要素となるキャパシタの静電容量の絶対値
をある程度以上大きくする必要があるし、検出しようと
する物理現象に伴う静電容量の変化量もかなり大きくな
いといけない。とくに、キャパシタの静電容量が定常値
から急変してすぐに定常値に戻るような対象の場合、そ
の変化時間があまり短いと、発振回路は追従できず、通
常の周波数弁別回路で検出可能な発振周波数の変化が生
じないという問題がある。
【０００４】この問題のため、本発明者が意図している
以下のような用途には従来の静電容量型センサ回路を適
用することができなかった。その用途とはパチンコ玉の
通過を検出するセンサ（パチンコ玉通過検出器）であ
る。パチンコ台やパチンコ店の設備には随所にパチンコ
玉通過検出器が装備されている。パチンコ玉が流通する
筒状通路に検出器を付設し、そこを通過するパチンコ玉
の１つひとつを検出してカウントする。場合によっては
パチンコ玉の通過方向も弁別する。
以下のような用途には従来の静電容量型センサ回路を適
用することができなかった。その用途とはパチンコ玉の
通過を検出するセンサ（パチンコ玉通過検出器）であ
る。パチンコ台やパチンコ店の設備には随所にパチンコ
玉通過検出器が装備されている。パチンコ玉が流通する
筒状通路に検出器を付設し、そこを通過するパチンコ玉
の１つひとつを検出してカウントする。場合によっては
パチンコ玉の通過方向も弁別する。
【０００５】従来のパチンコ玉通過検出器としては、機
械的なマイクロスイッチを用いたもの、自励ＬＣ発振回
路型電磁センサを用いたもの、光電センサを用いたも
の、磁気センサを用いたものが代表的である。
械的なマイクロスイッチを用いたもの、自励ＬＣ発振回
路型電磁センサを用いたもの、光電センサを用いたも
の、磁気センサを用いたものが代表的である。
【０００６】マイクロスイッチ式では、パチンコ玉と機
械的に衝突するので故障しやすいという問題があった。
自励ＬＣ発振回路型電磁センサ式では、パチンコ玉の通
路の周囲を取り囲むように共振回路の主要素であるコイ
ルを配設し、パチンコ玉がコイル中を通過するときに発
振が一時停止することを利用している。これは多数のパ
チンコ玉が間隔をあけずに次々と通過する場合に、各パ
チンコ玉を正確に検出できないという問題があった。外
来雑音電波により誤動作しやすいという問題もあった。
パチンコ店は雑音電波の多い劣悪な電磁的環境であるの
で、この環境下で誤動作しないことが重要である。
械的に衝突するので故障しやすいという問題があった。
自励ＬＣ発振回路型電磁センサ式では、パチンコ玉の通
路の周囲を取り囲むように共振回路の主要素であるコイ
ルを配設し、パチンコ玉がコイル中を通過するときに発
振が一時停止することを利用している。これは多数のパ
チンコ玉が間隔をあけずに次々と通過する場合に、各パ
チンコ玉を正確に検出できないという問題があった。外
来雑音電波により誤動作しやすいという問題もあった。
パチンコ店は雑音電波の多い劣悪な電磁的環境であるの
で、この環境下で誤動作しないことが重要である。
【０００７】光電センサ式では、発光素子と受光素子を
結ぶ光路が流通するパチンコ玉によって遮られることを
検出している。磁気センサ式は、磁性体の塊であるパチ
ンコ玉が通過すると永久磁石とヨークによって形成して
いる磁場が撹乱され、その磁場変化をホール素子で検出
する原理である。
結ぶ光路が流通するパチンコ玉によって遮られることを
検出している。磁気センサ式は、磁性体の塊であるパチ
ンコ玉が通過すると永久磁石とヨークによって形成して
いる磁場が撹乱され、その磁場変化をホール素子で検出
する原理である。
【０００８】光電センサ式のパチンコ玉通過検出器は、
大量のパチンコ玉が流通することによって光電センサ周
辺に汚れが付着し、その汚れによって予定した検出性能
が維持できなくなり、汚れを落とす保守点検作業がたび
たび必要になるという問題があった。磁気センサ式のパ
チンコ玉通過検出器は、前記のような通路の汚れの影響
を受けない。しかし、永久磁石とヨークとホール素子と
いう主要部品をパチンコ玉の通路周囲に効果的に配置し
ないと高精度な検出特性は実現できず、この部分の構成
が複雑であり、検出器自体が大型化するという問題があ
った。
大量のパチンコ玉が流通することによって光電センサ周
辺に汚れが付着し、その汚れによって予定した検出性能
が維持できなくなり、汚れを落とす保守点検作業がたび
たび必要になるという問題があった。磁気センサ式のパ
チンコ玉通過検出器は、前記のような通路の汚れの影響
を受けない。しかし、永久磁石とヨークとホール素子と
いう主要部品をパチンコ玉の通路周囲に効果的に配置し
ないと高精度な検出特性は実現できず、この部分の構成
が複雑であり、検出器自体が大型化するという問題があ
った。
【０００９】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、検出しようとする物理現象
に伴って微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を
超高感度に検出するセンサ回路を提供するとともに、こ
れを応用した高性能なパチンコ玉通過検出器を提供する
ことにある。
されたもので、その目的は、検出しようとする物理現象
に伴って微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を
超高感度に検出するセンサ回路を提供するとともに、こ
れを応用した高性能なパチンコ玉通過検出器を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】＝＝＝請求項１の発明＝
＝＝請求項１の発明の係るスイッチドキャパシタ型超高
感度センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って
微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度
に検出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチ
ング信号で駆動されるスイッチング回路によって、前記
キャパシタに電圧源を接続して前記キャパシタに一定電
圧を急速充電する期間と、前記キャパシタに積分回路を
接続して前記キャパシタの充電電荷を放出させて蓄積す
る期間とを高速に繰り返すように構成し、前記キャパシ
タの容量変化を前記積分回路の出力電圧変化として検出
することを特徴とするものである。
＝＝請求項１の発明の係るスイッチドキャパシタ型超高
感度センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って
微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度
に検出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチ
ング信号で駆動されるスイッチング回路によって、前記
キャパシタに電圧源を接続して前記キャパシタに一定電
圧を急速充電する期間と、前記キャパシタに積分回路を
接続して前記キャパシタの充電電荷を放出させて蓄積す
る期間とを高速に繰り返すように構成し、前記キャパシ
タの容量変化を前記積分回路の出力電圧変化として検出
することを特徴とするものである。
【００１１】＝＝＝請求項２の発明＝＝＝ 請求項２の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、請求項１において、前記積分回路の出力
側に平滑回路および増幅回路を設けたことを特徴とする
ものである。
センサ回路は、請求項１において、前記積分回路の出力
側に平滑回路および増幅回路を設けたことを特徴とする
ものである。
【００１２】＝＝＝請求項３の発明＝＝＝ 請求項３の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、請求項１において、検出しようとする物
理現象に伴って２つの微小容量キャパシタに微弱な容量
変化が相補的に生じるように構成するとともに、これら
２つのキャパシタにそれぞれ対応する２つの前記積分回
路の出力電圧の差分を差動増幅回路によって検出するこ
とを特徴とするものである。
センサ回路は、請求項１において、検出しようとする物
理現象に伴って２つの微小容量キャパシタに微弱な容量
変化が相補的に生じるように構成するとともに、これら
２つのキャパシタにそれぞれ対応する２つの前記積分回
路の出力電圧の差分を差動増幅回路によって検出するこ
とを特徴とするものである。
【００１３】＝＝＝請求項４の発明＝＝＝ 請求項４の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、請求項３において、前記差動増幅回路の
出力側に微分回路を設けたことを特徴とするものであ
る。
センサ回路は、請求項３において、前記差動増幅回路の
出力側に微分回路を設けたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】＝＝＝請求項５の発明＝＝＝ 請求項５の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って微小
容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検
出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチング
信号で駆動されるスイッチング回路によって前記キャパ
シタの一方の電極に電圧対称な正電源と負電源とを交互
に繰り返し接続するとともに、前記スイッチング回路に
同期するサンプルホールド回路の入力に前記キャパシタ
の他方の電極を接続し、かつ前記サンプルホールド回路
の出力を前記スイッチング回路に同期する同期検波回路
に入力し、前記キャパシタの容量変化を前記同期検波回
路の出力電圧変化として検出することを特徴とするもの
である。
センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って微小
容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検
出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチング
信号で駆動されるスイッチング回路によって前記キャパ
シタの一方の電極に電圧対称な正電源と負電源とを交互
に繰り返し接続するとともに、前記スイッチング回路に
同期するサンプルホールド回路の入力に前記キャパシタ
の他方の電極を接続し、かつ前記サンプルホールド回路
の出力を前記スイッチング回路に同期する同期検波回路
に入力し、前記キャパシタの容量変化を前記同期検波回
路の出力電圧変化として検出することを特徴とするもの
である。
【００１５】＝＝＝請求項６の発明＝＝＝ 請求項６の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って２つ
の微小容量キャパシタに微弱な容量変化が相補的に生じ
るように構成するとともに両キャパシタを直列接続し、
所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチン
グ回路によって前記直列キャパシタの両端に電圧対称な
正電源と負電源とを交互に繰り返し接続するとともに、
前記スイッチング回路に同期するサンプルホールド回路
の入力に前記直列キャパシタの中点を接続し、かつ前記
サンプルホールド回路の出力を前記スイッチング回路に
同期する同期検波回路に入力し、前記両キャパシタの差
動的容量変化を前記同期検波回路の出力電圧変化として
検出することを特徴とするものである。
センサ回路は、検出しようとする物理現象に伴って２つ
の微小容量キャパシタに微弱な容量変化が相補的に生じ
るように構成するとともに両キャパシタを直列接続し、
所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチン
グ回路によって前記直列キャパシタの両端に電圧対称な
正電源と負電源とを交互に繰り返し接続するとともに、
前記スイッチング回路に同期するサンプルホールド回路
の入力に前記直列キャパシタの中点を接続し、かつ前記
サンプルホールド回路の出力を前記スイッチング回路に
同期する同期検波回路に入力し、前記両キャパシタの差
動的容量変化を前記同期検波回路の出力電圧変化として
検出することを特徴とするものである。
【００１６】＝＝＝請求項７の発明＝＝＝ 請求項７の発明に係るスイッチドキャパシタ型超高感度
センサ回路は、請求項３または請求項４または請求項６
に記載のスイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路を
用いたパチンコ玉通過検出器であって、パチンコ玉が通
過する非金属製の筒体の外周面に３つの電極Ａ・Ｂ・Ｃ
を近接して並べて薄膜形成し、中央の電極Ｂと隣の電極
Ａとの間の静電容量と、中央の電極Ｂと隣の電極Ｃとの
間の静電容量とを前記２つのキャパシタとすることを特
徴とするものである。
センサ回路は、請求項３または請求項４または請求項６
に記載のスイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路を
用いたパチンコ玉通過検出器であって、パチンコ玉が通
過する非金属製の筒体の外周面に３つの電極Ａ・Ｂ・Ｃ
を近接して並べて薄膜形成し、中央の電極Ｂと隣の電極
Ａとの間の静電容量と、中央の電極Ｂと隣の電極Ｃとの
間の静電容量とを前記２つのキャパシタとすることを特
徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】＝＝＝基本となる第１実施例＝＝
＝ 図１にこの発明の第１実施例の回路構成と動作波形の要
点を示している。ここでは、検出しようとする物理現象
に伴って容量変化が生じるセンサキャパシタＣｓと、所
定の高周波スイッチング信号によって切り換えられるス
イッチング回路１と、演算増幅器２・抵抗Ｒｆ・キャパ
シタＣｆからなる積分回路と、演算増幅器３・抵抗Ｒ１
〜Ｒ３・キャパシタＣ１からなる平滑回路とを図示して
おり、高周波スイッチング信号を発生する系やセンサキ
ャパシタＣｓの充電電源は図示していない。なお、セン
サキャパシタＣｓとキャパシタＣ１の一端や演算増幅器
２の非反転入力はゼロボルト電位点に接続されている
（▽印がそのことを示している）。
＝ 図１にこの発明の第１実施例の回路構成と動作波形の要
点を示している。ここでは、検出しようとする物理現象
に伴って容量変化が生じるセンサキャパシタＣｓと、所
定の高周波スイッチング信号によって切り換えられるス
イッチング回路１と、演算増幅器２・抵抗Ｒｆ・キャパ
シタＣｆからなる積分回路と、演算増幅器３・抵抗Ｒ１
〜Ｒ３・キャパシタＣ１からなる平滑回路とを図示して
おり、高周波スイッチング信号を発生する系やセンサキ
ャパシタＣｓの充電電源は図示していない。なお、セン
サキャパシタＣｓとキャパシタＣ１の一端や演算増幅器
２の非反転入力はゼロボルト電位点に接続されている
（▽印がそのことを示している）。
【００１８】スイッチング回路１は、周波数Ｆの高周波
スイッチング信号によって繰り返し切り換えられる。ス
イッチング回路１がＡ側に接続されると、センサキャパ
シタＣｓは所定の負電圧源−Ｖｒに接続され、センサキ
ャパシタＣｓは電圧−Ｖｒに急速充電される。スイッチ
ング回路１がＢ側に接続されると、センサキャパシタＣ
ｓは負電圧源−Ｖｒから切り離されて演算増幅器２の反
転入力に接続される。このとき、抵抗Ｒｆとキャパシタ
Ｃｆを介して演算増幅器２の反転入力が非反転入力と同
じゼロボルトに保たれるように帰還作用が働く。つま
り、センサキャパシタＣｓの充電電荷が抵抗Ｒｆを通じ
た電流によって放電される。
スイッチング信号によって繰り返し切り換えられる。ス
イッチング回路１がＡ側に接続されると、センサキャパ
シタＣｓは所定の負電圧源−Ｖｒに接続され、センサキ
ャパシタＣｓは電圧−Ｖｒに急速充電される。スイッチ
ング回路１がＢ側に接続されると、センサキャパシタＣ
ｓは負電圧源−Ｖｒから切り離されて演算増幅器２の反
転入力に接続される。このとき、抵抗Ｒｆとキャパシタ
Ｃｆを介して演算増幅器２の反転入力が非反転入力と同
じゼロボルトに保たれるように帰還作用が働く。つま
り、センサキャパシタＣｓの充電電荷が抵抗Ｒｆを通じ
た電流によって放電される。
【００１９】スイッチング回路１の切り換えが高速に繰
り返されるとともに、センサキャパシタＣｓの放電時定
数がある程度大きいので、センサキャパシタＣｓの電圧
がゼロボルトになる前にスイッチング回路１が再びＡ側
に接続され、センサキャパシタＣｓが再び電圧−Ｖｒに
急速充電される。この動作を繰り返しているときの演算
増幅器２（積分回路）の出力電圧Ｖ１の平均値（積分電
圧Ｖ１とも記す）は、 Ｖ１＝Ｃｓ×Ｖｒ×Ｒｆ×Ｆ となる。ここで、Ｃｓが０．１ｐＦ、Ｖｒが１ボルト、
Ｒｆが１００ＫΩ、Ｆが１ＭＨｚであるとすると、積分
電圧Ｖ１は１０ミリボルトであり、十分に大きな電圧と
なる。そしてスイッチング周波数が十分に高いので、セ
ンサキャパシタＣｓの微弱で短時間の変化でも積分回路
が高速にこれに応答し、積分電圧Ｖ１の変化が明確に現
れる。たとえば、この積分電圧Ｖ１を目的に応じて設定
したしきい値で２値化することで、センサキャパシタＣ
ｓに容量変化を生じさせる物理現象の有無を高精度・高
感度に検出することができる。図１の実施例では、積分
電圧Ｖ１をより取り扱いやすくするために、演算増幅器
２の出力に演算増幅器３・抵抗Ｒ１〜Ｒ３・キャパシタ
Ｃ１からなる平滑回路を接続している。必要に応じてさ
らに増幅回路を接続する。
り返されるとともに、センサキャパシタＣｓの放電時定
数がある程度大きいので、センサキャパシタＣｓの電圧
がゼロボルトになる前にスイッチング回路１が再びＡ側
に接続され、センサキャパシタＣｓが再び電圧−Ｖｒに
急速充電される。この動作を繰り返しているときの演算
増幅器２（積分回路）の出力電圧Ｖ１の平均値（積分電
圧Ｖ１とも記す）は、 Ｖ１＝Ｃｓ×Ｖｒ×Ｒｆ×Ｆ となる。ここで、Ｃｓが０．１ｐＦ、Ｖｒが１ボルト、
Ｒｆが１００ＫΩ、Ｆが１ＭＨｚであるとすると、積分
電圧Ｖ１は１０ミリボルトであり、十分に大きな電圧と
なる。そしてスイッチング周波数が十分に高いので、セ
ンサキャパシタＣｓの微弱で短時間の変化でも積分回路
が高速にこれに応答し、積分電圧Ｖ１の変化が明確に現
れる。たとえば、この積分電圧Ｖ１を目的に応じて設定
したしきい値で２値化することで、センサキャパシタＣ
ｓに容量変化を生じさせる物理現象の有無を高精度・高
感度に検出することができる。図１の実施例では、積分
電圧Ｖ１をより取り扱いやすくするために、演算増幅器
２の出力に演算増幅器３・抵抗Ｒ１〜Ｒ３・キャパシタ
Ｃ１からなる平滑回路を接続している。必要に応じてさ
らに増幅回路を接続する。
【００２０】＝＝＝パチンコ玉通過検出器への適用＝＝
＝ パチンコ玉通過検出器を構成する場合、図２に示すよう
に、パチンコ玉が通過する非金属製の筒体４の外周面に
３つの電極５ａ・５ｂ・５ｃを近接してたとえばリング
状に薄膜形成し、中央の電極５ｂと隣の電極５ａとの間
の静電容量を第１センサキャパシタＣｓ１とし、中央の
電極５ｂと隣の電極５ｃとの間の静電容量を第２センサ
キャパシタＣｓ２とする。パチンコ玉の直径は約１１ｍ
ｍであり、これに対して筒体４の内径は約１２ｍｍ、各
電極５ａ・５ｂ・５ｃの幅は約１ｍｍ、各電極の間隔も
約１ｍｍとした。こうすることで、パチンコ玉が筒体４
を通過するプロセスで、第１センサキャパシタＣｓ１と
第２センサキャパシタＣｓ２の容量変化が相補的に生じ
る。
＝ パチンコ玉通過検出器を構成する場合、図２に示すよう
に、パチンコ玉が通過する非金属製の筒体４の外周面に
３つの電極５ａ・５ｂ・５ｃを近接してたとえばリング
状に薄膜形成し、中央の電極５ｂと隣の電極５ａとの間
の静電容量を第１センサキャパシタＣｓ１とし、中央の
電極５ｂと隣の電極５ｃとの間の静電容量を第２センサ
キャパシタＣｓ２とする。パチンコ玉の直径は約１１ｍ
ｍであり、これに対して筒体４の内径は約１２ｍｍ、各
電極５ａ・５ｂ・５ｃの幅は約１ｍｍ、各電極の間隔も
約１ｍｍとした。こうすることで、パチンコ玉が筒体４
を通過するプロセスで、第１センサキャパシタＣｓ１と
第２センサキャパシタＣｓ２の容量変化が相補的に生じ
る。
【００２１】そこで図３に示すように、２つのセンサキ
ャパシタＣｓ１とＣｓ２のそれぞれを図１と同様な構成
のセンサ回路に接続する。図３では、図１における演算
増幅器２・抵抗Ｒｆ・キャパシタＣｆからなる積分回路
と、演算増幅器３・抵抗Ｒ１〜Ｒ３・キャパシタＣ１か
らなる平滑回路とを積分平滑回路６１・６２として示し
ている。また、２つのスイッチング回路１１・１２は同
じ高周波スイッチング信号により同期して切り換えら
れ、負電圧源−Ｖｒは同一電圧源を使用する。
ャパシタＣｓ１とＣｓ２のそれぞれを図１と同様な構成
のセンサ回路に接続する。図３では、図１における演算
増幅器２・抵抗Ｒｆ・キャパシタＣｆからなる積分回路
と、演算増幅器３・抵抗Ｒ１〜Ｒ３・キャパシタＣ１か
らなる平滑回路とを積分平滑回路６１・６２として示し
ている。また、２つのスイッチング回路１１・１２は同
じ高周波スイッチング信号により同期して切り換えら
れ、負電圧源−Ｖｒは同一電圧源を使用する。
【００２２】積分平滑回路６１からは第１センサキャパ
シタＣｓ１の容量に対応する積分電圧Ｖ１１が出力さ
れ、積分平滑回路６２からは第２センサキャパシタＣｓ
２の容量に対応する積分電圧Ｖ１２が出力される。この
２つの積分電圧Ｖ１１とＶ１２とを差動増幅回路７に入
力し、その差動電圧ΔＶをウインドコンパレータを構成
する２つのコンパレータ８１・８２に入力する。このウ
インドコンパレータには正負のしきい値±Ｖｓが設定さ
れており、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲内に収まってい
れば両コンパレータ８１・８２の出力はともに“０”で
ある。２つのセンサキャパシタＣｓ１・Ｃｓ２の容量バ
ランスがくずれると、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲から
外れ、コンパレータ８１または８２の出力が“１”にな
る。
シタＣｓ１の容量に対応する積分電圧Ｖ１１が出力さ
れ、積分平滑回路６２からは第２センサキャパシタＣｓ
２の容量に対応する積分電圧Ｖ１２が出力される。この
２つの積分電圧Ｖ１１とＶ１２とを差動増幅回路７に入
力し、その差動電圧ΔＶをウインドコンパレータを構成
する２つのコンパレータ８１・８２に入力する。このウ
インドコンパレータには正負のしきい値±Ｖｓが設定さ
れており、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲内に収まってい
れば両コンパレータ８１・８２の出力はともに“０”で
ある。２つのセンサキャパシタＣｓ１・Ｃｓ２の容量バ
ランスがくずれると、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲から
外れ、コンパレータ８１または８２の出力が“１”にな
る。
【００２３】前記筒体４をパチンコ玉が通過する方向に
よって、第１センサキャパシタＣｓ１と第２センサキャ
パシタＣｓ２の相補的容量変化のシーケンスが異なり、
そのため２つのコンパレータ８１と８２から“１”パル
スが出力されるシーケンスが異なる。したがって、コン
パレータ８１と８２から“１”パルスが出力される順番
を検出することで、パチンコ玉の通過方向も弁別でき
る。
よって、第１センサキャパシタＣｓ１と第２センサキャ
パシタＣｓ２の相補的容量変化のシーケンスが異なり、
そのため２つのコンパレータ８１と８２から“１”パル
スが出力されるシーケンスが異なる。したがって、コン
パレータ８１と８２から“１”パルスが出力される順番
を検出することで、パチンコ玉の通過方向も弁別でき
る。
【００２４】図４に示す実施例は図３の実施例の改良タ
イプである。差動増幅回路７の出力側に直流カット用の
ＣＲ微分回路９を接続するとともに、その出力側に増幅
回路１０を接続している。この構成によれば、差動増幅
回路７の出力の直流電圧誤差（オフセット電圧）による
影響を除外することができ、より高精度化が実現でき
る。
イプである。差動増幅回路７の出力側に直流カット用の
ＣＲ微分回路９を接続するとともに、その出力側に増幅
回路１０を接続している。この構成によれば、差動増幅
回路７の出力の直流電圧誤差（オフセット電圧）による
影響を除外することができ、より高精度化が実現でき
る。
【００２５】＝＝＝回路原理の異なる第３実施例＝＝＝ 図５にこの発明の第３実施例の回路構成と動作波形の要
点を示している。この実施例ではセンサキャパシタＣｓ
は１個である。所定の高周波スイッチング信号で駆動さ
れるスイッチング回路１によってセンサキャパシタＣｓ
の一方の電極に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒ
とを交互に繰り返し接続するとともに、スイッチング回
路１に同期するサンプルホールド回路２０の入力にセン
サキャパシタＣｓの他方の電極を接続し、かつサンプル
ホールド回路２０の出力をスイッチング回路１に同期す
る同期検波回路４０に入力し、センサキャパシタＣｓの
容量変化を同期検波回路４０の出力電圧変化として検出
する。
点を示している。この実施例ではセンサキャパシタＣｓ
は１個である。所定の高周波スイッチング信号で駆動さ
れるスイッチング回路１によってセンサキャパシタＣｓ
の一方の電極に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒ
とを交互に繰り返し接続するとともに、スイッチング回
路１に同期するサンプルホールド回路２０の入力にセン
サキャパシタＣｓの他方の電極を接続し、かつサンプル
ホールド回路２０の出力をスイッチング回路１に同期す
る同期検波回路４０に入力し、センサキャパシタＣｓの
容量変化を同期検波回路４０の出力電圧変化として検出
する。
【００２６】サンプルホールド回路２０は、非反転入力
がゼロボルト点に接続された演算増幅器２１と、この演
算増幅器２１の出力と反転入力とを接続するキャパシタ
２２と、キャパシタ２２と並列接続されたスイッチング
回路２３とからなる。同期検波回路４０は、演算増幅器
２４と、演算増幅器２１の出力と演算増幅器２４の非反
転入力を結ぶキャパシタ２５とスイッチング回路２６の
直列回路と、キャパシタ２５とスイッチング回路２６の
中点をゼロボルト点に導くスイッチング回路２７と、演
算増幅器２４の非反転入力とゼロボルト点に接続された
キャパシタ２８と、演算増幅器２４の出力と反転入力と
を結ぶ抵抗２９とキャパシタ３０の並列回路と、演算増
幅器２４の反転入力とゼロボルト点に接続された抵抗３
１とからなる。
がゼロボルト点に接続された演算増幅器２１と、この演
算増幅器２１の出力と反転入力とを接続するキャパシタ
２２と、キャパシタ２２と並列接続されたスイッチング
回路２３とからなる。同期検波回路４０は、演算増幅器
２４と、演算増幅器２１の出力と演算増幅器２４の非反
転入力を結ぶキャパシタ２５とスイッチング回路２６の
直列回路と、キャパシタ２５とスイッチング回路２６の
中点をゼロボルト点に導くスイッチング回路２７と、演
算増幅器２４の非反転入力とゼロボルト点に接続された
キャパシタ２８と、演算増幅器２４の出力と反転入力と
を結ぶ抵抗２９とキャパシタ３０の並列回路と、演算増
幅器２４の反転入力とゼロボルト点に接続された抵抗３
１とからなる。
【００２７】各スイッチング回路２３・２５・２７はス
イッチング回路１と同期してオンオフ制御される。スイ
ッチング回路２３は、スイッチング回路１によりセンサ
キャパシタＣｓに負電圧から正電圧に接続切り換えする
直前に短時間オンとなる。スイッチング回路２６は、ス
イッチング回路１によりセンサキャパシタＣｓに負電圧
を印加している期間の中間でオンとなる。スイッチング
回路２７は、スイッチング回路１によりセンサキャパシ
タＣｓに正電圧を印加している期間の中間でオンにな
る。
イッチング回路１と同期してオンオフ制御される。スイ
ッチング回路２３は、スイッチング回路１によりセンサ
キャパシタＣｓに負電圧から正電圧に接続切り換えする
直前に短時間オンとなる。スイッチング回路２６は、ス
イッチング回路１によりセンサキャパシタＣｓに負電圧
を印加している期間の中間でオンとなる。スイッチング
回路２７は、スイッチング回路１によりセンサキャパシ
タＣｓに正電圧を印加している期間の中間でオンにな
る。
【００２８】演算増幅器２１の作用により、その反転入
力は非反転入力と同じゼロボルトに保たれる。そのた
め、スイッチング回路１によりセンサキャパシタＣｓが
−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされると、演算増幅器
２１の反転入力には Ｑ＝Ｃｓ×２Ｖｒ の電荷が流入する。この電荷はすべてキャパシタ２２を
介して吸収されるため、この瞬間に演算増幅器２１の出
力電圧は、キャパシタ２２の容量をＣ22とすると 、 ΔＶ＝Ｃｓ×２Ｖｒ÷Ｃ22 だけ低下する。同様にスイッチング回路１によりセンサ
キャパシタＣｓが−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされ
ると、演算増幅器２１の出力電圧は前記ΔＶだけ上昇す
る。このΔＶで変化する交流電圧を同期検波回路４０に
より直流電圧に変換する。この直流電圧がセンサキャパ
シタＣｓの容量に対応した電圧である。これを平滑回路
（低域通過フィルタ）や増幅回路を通し、適宜な電圧弁
別回路で２値化するなどのように応用する。
力は非反転入力と同じゼロボルトに保たれる。そのた
め、スイッチング回路１によりセンサキャパシタＣｓが
−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされると、演算増幅器
２１の反転入力には Ｑ＝Ｃｓ×２Ｖｒ の電荷が流入する。この電荷はすべてキャパシタ２２を
介して吸収されるため、この瞬間に演算増幅器２１の出
力電圧は、キャパシタ２２の容量をＣ22とすると 、 ΔＶ＝Ｃｓ×２Ｖｒ÷Ｃ22 だけ低下する。同様にスイッチング回路１によりセンサ
キャパシタＣｓが−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされ
ると、演算増幅器２１の出力電圧は前記ΔＶだけ上昇す
る。このΔＶで変化する交流電圧を同期検波回路４０に
より直流電圧に変換する。この直流電圧がセンサキャパ
シタＣｓの容量に対応した電圧である。これを平滑回路
（低域通過フィルタ）や増幅回路を通し、適宜な電圧弁
別回路で２値化するなどのように応用する。
【００２９】この第３実施例によれば、各スイッチング
回路の動作周波数に同期した信号のみを選択的に検出し
ているので、外来雑音を効果的に除去できることとな
り、高感度で安定なセンサ回路を実現できる。
回路の動作周波数に同期した信号のみを選択的に検出し
ているので、外来雑音を効果的に除去できることとな
り、高感度で安定なセンサ回路を実現できる。
【００３０】＝＝＝差動タイプの第４実施例＝＝＝ 前述した第３実施例の回路原理を差動タイプに適用した
第４実施例を図６に示している。ここでは、検出しよう
とする物理現象に伴って２つのセンサキャパシタＣｓ１
とＣｓ２に微弱な容量変化が相補的に生じるように構成
している。この構成は図２で詳しく説明した。
第４実施例を図６に示している。ここでは、検出しよう
とする物理現象に伴って２つのセンサキャパシタＣｓ１
とＣｓ２に微弱な容量変化が相補的に生じるように構成
している。この構成は図２で詳しく説明した。
【００３１】第１センサキャパシタＣｓ１と第２センサ
キャパシタＣｓ２とを直列接続し、所定の高周波スイッ
チング信号で駆動される２つのスイッチング回路１１と
１２によってこの直列キャパシタＣｓ１・Ｃｓ２の両端
に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒとを交互に繰
り返し接続するとともに、スイッチング回路１１・１２
に同期するサンプルホールド回路２０の入力に直列キャ
パシタＣｓ１・Ｃｓ２の中点を接続し、かつサンプルホ
ールド回路２０の出力をスイッチング回路１に同期する
同期検波回路４０に入力し、両キャパシタＣｓ１・Ｃｓ
２の差動的容量変化を同期検波回路４０の出力電圧変化
として検出する。
キャパシタＣｓ２とを直列接続し、所定の高周波スイッ
チング信号で駆動される２つのスイッチング回路１１と
１２によってこの直列キャパシタＣｓ１・Ｃｓ２の両端
に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒとを交互に繰
り返し接続するとともに、スイッチング回路１１・１２
に同期するサンプルホールド回路２０の入力に直列キャ
パシタＣｓ１・Ｃｓ２の中点を接続し、かつサンプルホ
ールド回路２０の出力をスイッチング回路１に同期する
同期検波回路４０に入力し、両キャパシタＣｓ１・Ｃｓ
２の差動的容量変化を同期検波回路４０の出力電圧変化
として検出する。
【００３２】サンプルホールド回路２０と同期検波回路
４０の構成と動作は図５の第３実施例と同じである。こ
の第４実施例では、第２実施例の効果と第３実施例の効
果とを合わせ持つことになり、これもパチンコ玉通過検
出器の応用に好適である。
４０の構成と動作は図５の第３実施例と同じである。こ
の第４実施例では、第２実施例の効果と第３実施例の効
果とを合わせ持つことになり、これもパチンコ玉通過検
出器の応用に好適である。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、検出しようとする物理現象に伴って微小容量キ
ャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出する
センサ回路を実現できるとともに、これを応用した高性
能なパチンコ玉通過検出器を実現できる。
よれば、検出しようとする物理現象に伴って微小容量キ
ャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出する
センサ回路を実現できるとともに、これを応用した高性
能なパチンコ玉通過検出器を実現できる。
【図１】この発明の第１実施例の回路構成と動作波形の
要点を示す図である。
要点を示す図である。
【図２】この発明によるパチンコ玉通過検出器のセンサ
キャパシタ部分の斜視図である。
キャパシタ部分の斜視図である。
【図３】この発明の第２実施例による回路構成を示す図
である。
である。
【図４】同上第２実施例の改良タイプの回路構成を示す
図である。
図である。
【図５】この発明の第３実施例の回路構成と動作波形の
要点を示す図である。
要点を示す図である。
【図６】この発明の第４実施例の回路構成と動作波形の
要点を示す図である。
要点を示す図である。
Ｃｓ・Ｃｓ１・Ｃｓ２ センサキャパシタ １・１１・１２ スイッチング回路 ２ 演算増幅器 ４ 筒体 ５ａ・５ｂ・５ｃ リング状電極 ６１・６２ 積分平滑回路 ７ 差動増幅回路 ８１・８２ コンパレータ ２０ サンプルホールド回路 ４０ 同期検波回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01V 3/08 A63F 7/02 304
Claims (7)
- 【請求項１】 検出しようとする物理現象に伴って微小
容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検
出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチング
信号で駆動されるスイッチング回路によって、前記キャ
パシタに電圧源を接続して前記キャパシタに一定電圧を
急速充電する期間と、前記キャパシタに積分回路を接続
して前記キャパシタの充電電荷を放出させて蓄積する期
間とを高速に繰り返すように構成し、前記キャパシタの
容量変化を前記積分回路の出力電圧変化として検出する
ことを特徴とするスイッチドキャパシタ型超高感度セン
サ回路。 - 【請求項２】 請求項１において、前記積分回路の出力
側に平滑回路および増幅回路を設けたことを特徴とする
スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路。 - 【請求項３】 請求項１において、検出しようとする物
理現象に伴って２つの微小容量キャパシタに微弱な容量
変化が相補的に生じるように構成するとともに、これら
２つのキャパシタにそれぞれ対応する２つの前記積分回
路の出力電圧の差分を差動増幅回路によって検出するこ
とを特徴とするスイッチドキャパシタ型超高感度センサ
回路。 - 【請求項４】 請求項３において、前記差動増幅回路の
出力側に微分回路を設けたことを特徴とするスイッチド
キャパシタ型超高感度センサ回路。 - 【請求項５】 検出しようとする物理現象に伴って微小
容量キャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検
出するセンサ回路であって、所定の高周波スイッチング
信号で駆動されるスイッチング回路によって前記キャパ
シタの一方の電極に電圧対称な正電源と負電源とを交互
に繰り返し接続するとともに、前記スイッチング回路に
同期するサンプルホールド回路の入力に前記キャパシタ
の他方の電極を接続し、かつ前記サンプルホールド回路
の出力を前記スイッチング回路に同期する同期検波回路
に入力し、前記キャパシタの容量変化を前記同期検波回
路の出力電圧変化として検出することを特徴とするスイ
ッチドキャパシタ型超高感度センサ回路。 - 【請求項６】 検出しようとする物理現象に伴って２つ
の微小容量キャパシタに微弱な容量変化が相補的に生じ
るように構成するとともに両キャパシタを直列接続し、
所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチン
グ回路によって前記直列キャパシタの両端に電圧対称な
正電源と負電源とを交互に繰り返し接続するとともに、
前記スイッチング回路に同期するサンプルホールド回路
の入力に前記直列キャパシタの中点を接続し、かつ前記
サンプルホールド回路の出力を前記スイッチング回路に
同期する同期検波回路に入力し、前記両キャパシタの差
動的容量変化を前記同期検波回路の出力電圧変化として
検出することを特徴とするスイッチドキャパシタ型超高
感度センサ回路。 - 【請求項７】 請求項３または請求項４または請求項６
に記載のスイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路を
用いたパチンコ玉通過検出器であって、パチンコ玉が通
過する非金属製の筒体の外周面に３つの電極Ａ・Ｂ・Ｃ
を近接して並べて薄膜形成し、中央の電極Ｂと隣の電極
Ａとの間の静電容量と、中央の電極Ｂと隣の電極Ｃとの
間の静電容量とを前記２つのキャパシタとすることを特
徴とするパチンコ玉通過検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000137004A JP3350662B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路およびパチンコ玉通過検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000137004A JP3350662B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路およびパチンコ玉通過検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001318162A JP2001318162A (ja) | 2001-11-16 |
| JP3350662B2 true JP3350662B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=18644863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000137004A Expired - Fee Related JP3350662B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路およびパチンコ玉通過検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350662B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004059343A1 (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-15 | Act Elsi Inc. | 静電容量検出型近接センサ |
-
2000
- 2000-05-10 JP JP2000137004A patent/JP3350662B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004059343A1 (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-15 | Act Elsi Inc. | 静電容量検出型近接センサ |
| JPWO2004059343A1 (ja) * | 2002-12-25 | 2006-04-27 | 株式会社エーシーティー・エルエスアイ | 静電容量検出型近接センサ |
| US7545153B2 (en) | 2002-12-25 | 2009-06-09 | ACT · LSI Inc. | Capacitance detecting proximity sensor |
| JP4578980B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2010-11-10 | 株式会社エーシーティー・エルエスアイ | 静電容量検出型近接センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001318162A (ja) | 2001-11-16 |
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