JP3826694B2 - 近接センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LC発振回路を構成する検出コイルを備え、被検知物体の接近に伴う検出コイルの実効抵抗値変化から被検知物体を検知する近接センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、金属体(導電体)や磁性体等からなる被検知物体を検知する近接センサとして高周波発振型のものが知られている。この種の近接センサは、LC発振回路を構成する検出コイルに金属体が接近すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて検出コイルの実効抵抗値(インピーダンス)が変化することを利用したものであり、この変化を検出信号として取り出すものである。このような近接センサには、金属体の近接状態に応じて発振回路の発振振幅が跳躍的に変化して、発振又は発振停止するものがあり、発振振幅の変化から金属体の有無の判定を行うことができる(特許昭55−39109号公報参照)
図5は従来の近接センサの回路図を示し、この近接センサは、検出コイルL1とコンデンサC1とで構成されるLC発振回路11を有し、LC発振回路11には定電流源よりなるバイアス回路12から一定のバイアス電流Ibが供給される。LC発振回路11に発生する電圧VTはレベルシフト回路13により電圧レベルがシフトされて電圧V1となり、増幅回路14を構成するトランジスタQaのベースに印加される。尚、レベルシフト回路13は、ベース・コレクタ間が短絡されダイオードとして動作するNPN型トランジスタQshにより構成される。
【0003】
増幅回路14を構成するトランジスタQaのエミッタと回路のグランドとの間には帰還電流設定用の抵抗Reが接続されており、トランジスタQaのコレクタ電流は電流帰還回路15を構成するトランジスタQ0に流れる。トランジスタQ0のベース、エミッタには、n個のトランジスタQ1,Q2…Qnのベース、エミッタがそれぞれ接続され、トランジスタQ1,Q2…Qnと共にカレントミラー回路を構成しており、トランジスタQ1,Q2…Qnのコレクタ電流はそれぞれLC発振回路11に帰還される。ここに、LC発振回路11とバイアス回路12とレベルシフト回路13と増幅回路14と電流帰還回路15とで発振回路部1が構成される。
【0004】
発振回路部1の出力は、LC発振回路11の発振振幅の変化から被検知物体の有無を検出する外部回路(図示せず)に出力される。検出コイルL1に金属体が接近していない状態では、LC発振回路11が発振しており、出力VTの発振振幅は十分大きい値になっている。一方、検出コイルL1に金属体が接近すると、主として検出コイルL1の渦電流損の増大によって、LC発振回路11の損失が増大し、発振振幅が小さくなって、発振動作を停止する。而して、外部回路では発振回路部1の発振/発振停止から被検知物体の有無を検出している。
【0005】
ところで、外部回路の検出信号がチャタリングするのを防止するため、この近接センサでは、金属体が接近してくる場合に発振を停止する際の検出距離と、金属体が遠ざかる場合に発振を開始する際の検出距離との間にヒステリシスを設けている。LC発振回路11の発振振幅をVT、帰還電流をIfbとすると、負性コンダクタンスGは、
G=Ifb/VT
と表されるので、発振振幅VTに対してどれだけの帰還電流Ifbを与えるかを切り替えることによって、金属体が存在する状態では発振回路部1の負性コンダクタンスの値を小さく、金属体が存在しない状態では負性コンダクタンスの値を大きくして、検出距離にヒステリシスを設けている。
【0006】
すなわち、図5に示す近接センサでは、トランジスタQ0と共にカレントミラー回路を構成するPNP型トランジスタQofsを設けており、トランジスタQofsのコレクタと回路のグランドとの間に、外部回路によりLC発振回路の発振/発振停止に応じてオン/オフされるNPN型トランジスタQswのコレクタ・エミッタ間を接続している。そして、トランジスタQofsのコレクタとLC発振回路11との間に、ダイオードD1を接続しており、金属体が存在せずトランジスタQswがオフ状態であれば、トランジスタQofsのコレクタ電流IofsがダイオードD1を介してLC発振回路11に供給される。一方、金属体が存在しトランジスタQswがオン状態になると、トランジスタQofsのコレクタ電流はLC発振回路11に供給されず、トランジスタQswを介して流れることになる。したがって、金属体が存在しない場合と金属体が存在する場合とで、LC発振回路11に流れる帰還電流が切り替えられ、検出距離にヒステリシスが設けられる。
【0007】
ところで、上述した近接センサではトランジスタQ0とn個のトランジスタQ1、Q2…、Qnとでカレントミラー回路を構成しているが、図6に示すように、2個のトランジスタQ0,Q1からなるカレントミラー回路で電流帰還回路15を構成し、トランジスタQ1のコレクタ電流をLC発振回路11に帰還するような回路構成の近接センサも従来より提供されている。なお、トランジスタQ0,Q1,Qofsのエミッタには、抵抗R0,R1,Rofsがそれぞれ接続されており、抵抗R0,R1,Rofsの抵抗値によってトランジスタQ0,Q1,Qofsのコレクタ電流がそれぞれ設定される。
【0008】
また従来より、図7に示すような回路構成を有する近接センサも知られている(特開昭55−88226号公報参照)。上述した図6の近接センサでは、トランジスタQ1のコレクタ電流I1に、トランジスタQofsのコレクタ電流Iofsを加えることにより、LC発振回路11への帰還電流Ifbを変化させているが、図7の近接センサでは、トランジスタQ0のコレクタ電流I0を変化させることにより帰還電流Ifbを変化させている。尚、近接センサの基本的な回路構成は図6と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0009】
本回路では、トランジスタQaのコレクタに抵抗Rofsを介してトランジスタQswのコレクタを接続しており、トランジスタQswのエミッタはトランジスタQcのコレクタに接続されている。また、トランジスタQcはベース・コレクタ間が電気的に接続され、エミッタには電圧Vccが印加されている。ここに、トランジスタQsw,Qcと抵抗Rofsとで、トランジスタQaのコレクタ電流Iaを分流する分流回路18が構成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した近接センサの内、図5に示す近接センサでは、金属体が存在する場合の帰還電流Ifbは、
Ifb=I0+I1+I2+…+In=n×I0=n×VT/2re
となり、負性コンダクタンスG=n/2reとなる。但し、reは抵抗Reの抵抗値である。一方、金属体が存在しない場合の帰還電流Ifbは、
となり、負性コンダクタンスG=(n+1)/2reとなる。
【0011】
したがって、金属体が存在する場合と存在しない場合の負性コンダクタンスGの差ΔGは1/2reとなり、両者の差ΔGを金属体が存在しない場合の負性コンダクタンスで除した値(以下、この値を負性コンダクタンスGの変化率と言う。)は1/(n+1)となる。この近接センサをIC化する場合、変化率の値がばらつきにくいので、検出距離のヒステリシスが安定するという利点がある。しかしながら、検出距離のヒステリシスは一般に10%程度とするのが望ましく、上述の回路構成でヒステリシスを10%程度にするためには、カレントミラー回路を構成するトランジスタの数を9個とする必要があり、ICのチップ面積が増加して、コストアップとなるという問題があった。
【0012】
また、図6に示す近接センサでは、金属体が存在する場合の帰還電流Ifbは、
Ifb=I1=(r0/r1)×I0=(r0/r1)×VT/2re
となり、負性コンダクタンスG=(r0/r1)/2reとなる。但し、r0、r1はそれぞれ抵抗R0、R1の抵抗値である。一方、金属体が存在しない場合の帰還電流Ifbは、
となり、G=(r0×(r1+rofs)/(r1×rofs))/2reとなる。但し、rofsは抵抗Rofsの抵抗値である。
【0013】
したがって、金属体が存在する場合と存在しない場合の負性コンダクタンスGの差ΔGはr0/(2×rofs×re)となり、その変化率はr1/(r1+rofs)となる。ここで、検出距離のヒステリシスを10%程度に設定するためには、r1/(r1+rofs)の値が10%程度となるように、抵抗R1,Rofsの抵抗値r1,rofsを設定すれば良い。
【0014】
しかしながら、この近接センサでは金属体が存在する場合と存在しない場合の負性コンダクタンスGが両方共に抵抗比で決定されており、この近接センサをIC化する場合、IC内に形成される抵抗の抵抗比には2〜5%程度のばらつきが存在するため、負性コンダクタンスGの値に2〜5%程度のばらつきが生じ、近接センサの検出距離が大きくなっていた。また近接センサの特性としては、金属体を検知していない状態から金属体を検知する状態に切り替わる際の検出距離が特に重要になるが、金属体を検知していない状態での負性コンダクタンスも2〜5%程度ばらつくため、非検知状態から検知状態に切り替わる際の検出距離のばらつきが大きくなるという問題がある。
【0015】
一方、図7に示す近接センサでは、金属体が存在する場合の帰還電流Ifbは、
Ifb=I0=Ia=VT/2re
となり、負性コンダクタンスG=VT/2reとなる。また、金属体が存在しない場合の帰還電流Ifbは、トランジスタQswがオン状態となるので、
Ifb=I0=Ia−Iofs=Ia−(r0/rofs)×I0
となる。上式を変形すると、
となるから、負性コンダクタンスG=(rofs/(r0+rofs))/2reとなる。
【0016】
したがって、金属体が存在する場合と存在しない場合の負性コンダクタンスGの差ΔGは(r0/(r0+rofs))/2reとなり、その変化率はr0/(r0+rofs)となる。ここで、この近接センサをIC化する場合、金属体が存在する状態での負性コンダクタンスはIC内部の抵抗比のばらつきの影響を受けるものの、金属体が存在しない状態での負性コンダクタンスはIC内部の抵抗比のばらつきの影響を受けることがない。しかしながら、金属体が存在する状態での負性コンダクタンスが上述の式で与えられるのは、スイッチング素子Qswがオンした場合のコレクタ・エミッタ間飽和電圧VCEを理想的に0とした場合であり、実際には少なくとも100〜200mVの飽和電圧VCEが発生する。そのため、負性コンダクタンスGの変化率は上式のような抵抗比では与えられなくなり、特に発振振幅VTの値が小さい場合や検出コイルL1の定数によって外付けの抵抗Reの抵抗値が大きくなった場合には、電圧VCEの影響が相対的に無視できなくなり、上式から求めた値とのずれが大きくなる。しかも、トランジスタQswの飽和電圧VCEは素子によるばらつきが大きく、温度変化による電圧変動も大きいので、検出距離のヒステリシスが大きくばらついたり、温度変化による変動が大きくなるという問題があった。
【0017】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、被検知物体の検出距離のばらつきを低減した近接センサを提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、LC発振回路を含む発振回路部と、被検知物体の接近に伴って発生するLC発振回路の発振振幅の変化から被検知物体の存否を検知する検知回路部とを備える近接センサにおいて、発振回路部を、LC発振回路にバイアス電流を供給するバイアス回路と、少なくとも増幅用の第1のトランジスタを有しLC発振回路の出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力電流に応じた電流をLC発振回路に帰還する電流帰還回路と、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時に電流帰還回路の帰還電流を低下させる電流切換回路とで構成し、電流帰還回路は、一端が第1のトランジスタの出力端に接続された帰還電流設定用抵抗と、第1のトランジスタのコレクタ電流が流れる第2のトランジスタと、第2のトランジスタの入力端と第1のトランジスタとの間に接続された入力電流設定用の第1の抵抗と、第2のトランジスタと共にカレントミラー回路を構成しコレクタ電流をLC発振回路に帰還する第3のトランジスタとを備え、電流切換回路は、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時にオンされるスイッチ素子と、一端がスイッチ素子に接続されたオフセット電流設定用の第2の抵抗と、オフセット電流設定用抵抗及びスイッチ素子の接続点から第1のトランジスタ及び帰還電流設定用抵抗の接続点に電流が流れる向きに接続されたダイオードと、カレントミラー回路による電圧降下分を相殺して第1及び第2の抵抗の両端電圧を略同じ電圧にする電圧補償手段とを備えて成ることを特徴とし、スイッチ素子は検知回路部の検知信号に応じてオン/オフされており、被検知物体の非検知時にスイッチ素子がオンになると、第2の抵抗に流れる電流がスイッチ素子を介してバイパスされるから、第1の抵抗に流れる電流と帰還電流設定用抵抗に流れる電流とが略等しくなって、電流帰還回路からLC発振回路に帰還される帰還電流は第1の抵抗で決定される電流値となる。したがって、非検知時におけるLC発振回路の負荷コンダクタンスは第1の抵抗の抵抗値により決定されるから、従来の近接センサのように負荷コンダクタンスが抵抗比で決まる場合に比べて、負荷コンダクタンスのばらつきが小さくなり、非検知状態から検知状態に切り換わる際の検出距離のばらつきを低減できる。また、被検知物体の検知時にスイッチ素子がオフになると、第2の抵抗に流れる電流が帰還電流設定用抵抗に流れ込むから、第1の抵抗に流れる電流は帰還電流設定用抵抗に流れる電流から第2の抵抗に流れる電流を引いた電流となり、LC発振回路に帰還される帰還電流が減少するからLC発振回路の負荷コンダクタンスが変化して、検出距離にヒステリシスを設けることができる。しかも、電圧補償手段により第1及び第2の抵抗の両端電圧が略等しい電圧となっているので、第2の抵抗に流れる電流は第1の抵抗と第2の抵抗の抵抗比で決定され、LC発振回路に帰還される電流も抵抗比によって決まり、且つ、第2の抵抗に流れる電流が帰還電流設定用抵抗に流れ込む経路にスイッチ素子が存在しないから、スイッチ素子の損失を考慮する必要がなく、負荷コンダクタンス(検出距離)のばらつきを抵抗比のばらつき程度に抑えることができる。さらに、被検知物体の検知時における負荷コンダクタンスが抵抗比によって決定され、従来の近接センサのようにトランジスタの個数で負荷コンダクタンスを変化させる場合に比べて回路の規模を小さくでき、コストアップを招くことはない。
【0019】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタで構成したことを特徴とし、請求項1の発明と同様の作用を奏する。
【0020】
請求項3の発明では、請求項2の発明において、上記カレントミラー回路はウィルソン型カレントミラー回路であり、上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタと、コレクタ・ベース間が電気的に接続され、一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタとで構成したことを特徴とし、ウィルソン型の電流ミラー回路では入力電流と出力電流の電流比がトランジスタの直流増幅率の影響を受けにくいため、LC発振回路に流れる帰還電流のばらつきをさらに低減できる。
【0021】
請求項4の発明では、請求項1の発明において、上記電流切換回路は、増幅回路の出力電流を増幅してオフセット電流を発生する電流増幅部を有し、上記電圧補償手段を、コレクタ・ベース間が電気的に接続され一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタで構成したことを特徴とし、増幅回路から電流増幅部の入力段に流れ込む電流は小さいので、電流帰還回路の入力電流の減少分を小さくでき、LC発振回路に帰還される帰還電流のばらつきをさらに低減できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0023】
(実施形態1)
本発明の実施形態1を図1及び図2を参照して説明する。図2は本実施形態の近接センサのブロック図であり、この近接センサは、LC発振回路11を含む発振回路部1と、LC発振回路11の発振振幅を検波する検波回路部2と、検波回路部2の出力に応じて金属体の有無を示す検出信号を発生する出力回路部3とで構成される。
【0024】
図1は発振回路部1の回路図を示しており、検出コイルL1とコンデンサC1とで構成されるLC発振回路11を備えている。LC発振回路11には定電流源よりなるバイアス回路12から一定のバイアス電流Ibが供給される。LC発振回路11に発生する電圧VTは、レベルシフト回路13によって電圧レベルがシフトされて電圧V1となり、増幅回路14を構成するトランジスタQaのベースに印加される。尚、レベルシフト回路13は、ベース・コレクタ間が短絡されダイオードとして動作するNPN型トランジスタQshにより構成される。
【0025】
トランジスタQaのエミッタと回路のグランドとの間には帰還電流設定用の抵抗Reが接続されており、トランジスタQaのコレクタ電流に比例した電流Ifbが電流帰還回路15によってLC発振回路11に帰還される。ここで、電流帰還回路15はベース同士、エミッタ同士がそれぞれ接続されたNPN型トランジスタQ0,Q1と抵抗R0とで構成され、トランジスタQ0,Q1のエミッタには電圧Vccが印加される。また、トランジスタQ0のベース・コレクタ間は短絡されており、トランジスタQ0のコレクタは抵抗R0を介してトランジスタQaのコレクタに接続されている。また、トランジスタQ1のコレクタはLC発振回路11とトランジスタQshの接続点に接続されている。
【0026】
ここで、金属体(被検知物体)が接近してくる場合にLC発振回路11が発振を停止する際の検出距離と、金属体が遠ざかる場合にLC発振回路11が発振を開始する際の検出距離との間にヒステリシスを設けるため、本回路では金属体が存在する場合と存在しない場合とで、帰還電流Ifbの電流値を切り替える電流切換回路16を設けている。
【0027】
電流切換回路16は、検波回路2の出力に応じてオン/オフされるNPN型トランジスタQswと、コレクタがトランジスタQswのコレクタに接続されると共に、ベースがトランジスタQaのコレクタに接続されたPNP型トランジスタQofsと、トランジスタQofsのコレクタにアノードが接続されると共に、トランジスタQa及び抵抗Reの接続点にカソードが接続されたダイオードD1とで構成され、トランジスタQofsのエミッタには抵抗Rofsを介して制御電圧Vccが印加されている。
【0028】
ところで、電流帰還回路15からLC発振回路11に帰還される帰還電流Ifbは、トランジスタQ0とQ1とがカレントミラー回路を構成しているから、抵抗R0に流れる電流I0と略等しくなる。ここで、トランジスタQswは検知回路部2又は出力回路部3の検出信号に応じてオン/オフされ、金属体が存在しない場合はオンとなり、金属体が存在する場合はオフとなる。
【0029】
金属体が存在しない場合(すなわちトランジスタQswのオン時)には、トランジスタQofsに流れる電流IofsがトランジスタQswを介してバイパスされるため、抵抗R0に流れる電流I0がトランジスタQaのコレクタ電流Iaに略等しくなり、帰還電流は、
Ifb=I0=IRe=VT/2re
となって、負性コンダクタンスGは1/2reとなる。
【0030】
一方、金属体が存在する場合(すなわち、トランジスタQswのオフ時)には、トランジスタQofsに流れる電流IofsがダイオードD1を介して抵抗Reに流れ込むため、帰還電流Ifbは、
Ifb=I0=IRe−Iofs …(1)
となる。ここで、トランジスタQofsのベース電位Vpは、電圧VccからトランジスタQ0のベース・エミッタ間電圧VBEと、抵抗R0の両端電圧とを引いた電圧となるので、電圧Vp=Vcc−VBE−r0×I0と表される。またベース電位Vpは、電圧Vccから抵抗Rofsの両端電圧と、トランジスタQofsのベース・エミッタ間電圧VBEとを引いた電圧でもあるので、電圧Vp=Vcc−rofs×Iofs−VBEとも表される。このように、カレントミラー回路を構成するトランジスタQ0による電圧降下分が、電圧補償手段としてのトランジスタQofsのベース・エミッタ電圧により相殺され、抵抗Rofsの両端電圧が抵抗R0の両端電圧と略同じ電圧に補正されているので、rofs×Iofs=r0×I0となり、トランジスタQofsに流れる電流Iofsは、Iofs=(r0/rofs)×I0と表される。
【0031】
而して、金属体が存在する場合の帰還電流Ifbは、
Ifb=IRe−(r0/rofs)×I0 …(2)
となる。式(1)(2)より、
となるから、帰還電流Ifbは、
Ifb=(1−r0/(r0+rofs))×VT/2re
となり、負性コンダクタンスGは次式で与えられる。
【0032】
G=(rofs/(r0+rofs))/2re…(3)
したがって、金属体が存在する場合と存在しない場合の負性コンダクタンスGの差ΔGは(r0/(r0+rofs))/2reとなり、その変化率はr0/(r0+rofs)となる。ここで、この近接センサをIC化する場合、金属体が存在する状態での負性コンダクタンスは抵抗比で表されるため、IC内部の抵抗比のばらつきの影響を受けるものの、金属体が存在しない状態での負性コンダクタンスはIC内部の抵抗比のばらつきの影響を受けることがないから、非検知状態から検知状態へ切り替わる際の検出距離が安定する。
【0033】
しかも、電圧補償手段により抵抗Rofsの両端電圧が抵抗R0の両端電圧と略同じ電圧に補正され、且つ、トランジスタQofsに流れる電流Iofsが帰還電流設定用の抵抗Reに流れ込む経路にトランジスタQswが存在しないから、トランジスタQswのコレクタ・ベース間の飽和電圧VCEの影響を受けることがなく、抵抗Rofsに流れる電流Iofsが抵抗R0と抵抗Rofsの抵抗比で表され、金属体が存在する場合の負性コンダクタンスが抵抗比で表されるから、近接センサをIC化する場合でもヒステリシスのばらつきをIC内部の抵抗比のばらつき程度に抑制することができ、且つ、抵抗比の設定によって10%程度のヒステリシスを得ることができるから、従来の近接センサのようにトランジスタの数によりヒステリシスを設定する場合に比べて回路の規模を小さくできる。また、トランジスタQofsの電流Iofsが帰還電流設定用の抵抗Reに流れ込む経路にトランジスタQswが存在すると、負荷コンダクタンスがトランジスタQswのコレクタ・ベース間飽和電圧VCEの影響を受け、温度変化が大きくなるという問題があるが、本実施形態の近接センサでは、トランジスタQofsの電流Iofsが抵抗Reに流れ込む経路にトランジスタQswが存在しないため、負荷コンダクタンスの温度変化を低減することができる。
【0034】
(実施形態2)
本発明の実施形態2を図3を参照して説明する。本実施形態の近接センサでは、電流帰還回路15として高精度のウィルソン型カレントミラー回路を用いている。尚、電流帰還回路15以外の回路構成は実施形態1と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0035】
本実施形態では、トランジスタQ1のベース・コレクタ間を電気的に接続し、トランジスタQ1のコレクタをPNP型トランジスタQ11のエミッタに接続している。また、トランジスタQ11のベースをトランジスタQ0のコレクタに接続すると共に、コレクタをLC発振回路11に接続している。そして、トランジスタQ0,Q1,Q11によりウィルソン型のカレントミラー回路を構成している。ウィルソン型のカレントミラー回路では、トランジスタQ0に流れる電流I0と、トランジスタQ1に流れる電流I1との電流比が、トランジスタQ1の直流電流増幅率hfeのばらつきによる影響を受けにくいため、LC発振回路11に帰還される帰還電流Ifbが直流電流増幅率hfeのばらつきによって変動する虞はなく、負荷コンダクタンスのばらつきを低減して、検出距離や検出距離のヒステリシスをさらに安定させることができる。
【0036】
また、本回路では抵抗Rofsの一端にPNP型トランジスタQcのコレクタを接続し、トランジスタQcのエミッタに電圧Vccを印加している。トランジスタQcはベース・コレクタ間が電気的に接続され、ダイオードとして動作しており、トランジスタQc,Qofsにより、カレントミラー回路による電圧降下分を相殺して、抵抗Rofsの両端電圧を抵抗R0の両端電圧と略同じ電圧に補正する電圧補償手段が構成される。
【0037】
(実施形態3)
本発明の実施形態3を図4を参照して説明する。実施形態1の近接センサでは、トランジスタQaのコレクタ電流Iaと、トランジスタQofsのベース電流との和が抵抗R0に流れる電流I0となるため、電流帰還回路15の帰還電流IfbがトランジスタQofsのベース電流だけ減少する。それに対して本実施形態ではトランジスタQaのコレクタを、トランジスタ及び抵抗からなる増幅回路17の入力端に接続すると共に、増幅回路17の出力端をトランジスタQofsのベースに接続している。尚、増幅回路17以外の構成は実施形態1と略同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0038】
本回路では抵抗R0及びトランジスタQaの接続点を、増幅回路17を構成するトランジスタQ21のベースに接続しているので、トランジスタQaのコレクタ電流Iaと、トランジスタQ21のベース電流との和が抵抗R0に流れる電流I0となる。ここで、トランジスタQ21のコレクタ電流はトランジスタQofsのコレクタ電流よりも小さくなるので、トランジスタQ21のベース電流はトランジスタQofsのベース電流よりも十分小さい値になる。したがって、電流帰還回路15の帰還電流Ifbの減少分が小さくなり、負性コンダクタンスGの値を高精度に設定することができ、検出距離のヒステリシスのばらつきを低減できる。
【0039】
また本回路では、抵抗Rofsの一端にトランジスタQcのコレクタを接続し、トランジスタQcのエミッタをトランジスタQ0のエミッタに接続してある。ここで、トランジスタQcは、ベース・コレクタ間が電気的に接続されダイオードとして動作しており、抵抗R0及びトランジスタQaの接続点の電位Vpと、抵抗Rofs及びトランジスタQofsの接続点の電位Vp’とを略同じ電位とし、抵抗Rofsの両端電圧を抵抗R0の両端電圧と略同じ電圧に補正している。
【0040】
【発明の効果】
上述のように、請求項1の発明は、LC発振回路を含む発振回路部と、被検知物体の接近に伴って発生するLC発振回路の発振振幅の変化から被検知物体の存否を検知する検知回路部とを備える近接センサにおいて、発振回路部を、LC発振回路にバイアス電流を供給するバイアス回路と、少なくとも増幅用の第1のトランジスタを有しLC発振回路の出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力電流に応じた電流をLC発振回路に帰還する電流帰還回路と、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時に電流帰還回路の帰還電流を低下させる電流切換回路とで構成し、電流帰還回路は、一端が第1のトランジスタの出力端に接続された帰還電流設定用抵抗と、第1のトランジスタのコレクタ電流が流れる第2のトランジスタと、第2のトランジスタの入力端と第1のトランジスタとの間に接続された入力電流設定用の第1の抵抗と、第2のトランジスタと共にカレントミラー回路を構成しコレクタ電流をLC発振回路に帰還する第3のトランジスタとを備え、電流切換回路は、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時にオンされるスイッチ素子と、一端がスイッチ素子に接続されたオフセット電流設定用の第2の抵抗と、オフセット電流設定用抵抗及びスイッチ素子の接続点から第1のトランジスタ及び帰還電流設定用抵抗の接続点に電流が流れる向きに接続されたダイオードと、カレントミラー回路による電圧降下分を相殺して第1及び第2の抵抗の両端電圧を略同じ電圧にする電圧補償手段とを備えて成ることを特徴とし、スイッチ素子は検知回路部の検知信号に応じてオン/オフされており、被検知物体の非検知時にスイッチ素子がオンになると、第2の抵抗に流れる電流がスイッチ素子を介してバイパスされるから、第1の抵抗に流れる電流と帰還電流設定用抵抗に流れる電流とが略等しくなって、電流帰還回路からLC発振回路に帰還される帰還電流は第1の抵抗で決定される電流値となる。したがって、非検知時におけるLC発振回路の負荷コンダクタンスは第1の抵抗の抵抗値により決定されるから、従来の近接センサのように負荷コンダクタンスが抵抗比で決まる場合に比べて、負荷コンダクタンスのばらつきが小さくなり、非検知状態から検知状態に切り換わる際の検出距離のばらつきを低減できるという効果がある。また、被検知物体の検知時にスイッチ素子がオフになると、第2の抵抗に流れる電流が帰還電流設定用抵抗に流れ込むから、第1の抵抗に流れる電流は帰還電流設定用抵抗に流れる電流から第2の抵抗に流れる電流を引いた電流となり、LC発振回路に帰還される帰還電流が減少するからLC発振回路の負荷コンダクタンスが変化して、検出距離にヒステリシスを設けることができる。しかも、電圧補償手段により第1及び第2の抵抗の両端電圧が略等しい電圧となっているので、第2の抵抗に流れる電流は第1の抵抗と第2の抵抗の抵抗比で決定され、LC発振回路に帰還される電流も抵抗比によって決まり、且つ、第2の抵抗に流れる電流が帰還電流設定用抵抗に流れ込む経路にスイッチ素子が存在しないから、スイッチ素子の損失を考慮する必要がなく、負荷コンダクタンス(検出距離)のばらつきを抵抗比のばらつき程度に抑えることができるという効果がある。さらに、被検知物体の検知時における負荷コンダクタンスが抵抗比によって決定され、従来の近接センサのようにトランジスタの個数で負荷コンダクタンスを変化させる場合に比べて回路の規模を小さくでき、コストアップを招くことはないという効果もある。
【0041】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタで構成したことを特徴とし、請求項1の発明と同様の効果を奏する。
【0042】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、上記カレントミラー回路はウィルソン型カレントミラー回路であり、上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタと、コレクタ・ベース間が電気的に接続され、一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタとで構成したことを特徴とし、ウィルソン型の電流ミラー回路では入力電流と出力電流の電流比がトランジスタの直流増幅率の影響を受けにくいため、LC発振回路に流れる帰還電流のばらつきをさらに低減できるという効果がある。
【0043】
請求項4の発明は、請求項1の発明において、上記電流切換回路は、増幅回路の出力電流を増幅してオフセット電流を発生する電流増幅部を有し、上記電圧補償手段を、コレクタ・ベース間が電気的に接続され一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタで構成したことを特徴とし、増幅回路から電流増幅部の入力段に流れ込む電流は小さいので、電流帰還回路の入力電流の減少分を小さくでき、LC発振回路に帰還される帰還電流のばらつきをさらに低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の近接センサの要部回路図である。
【図2】同上のブロック図である。
【図3】実施形態2の近接センサの要部回路図である。
【図4】実施形態3の近接センサの要部回路図である。
【図5】従来の近接センサの要部回路図である。
【図6】同上の別の近接センサの要部回路図である。
【図7】同上のまた別の近接センサの要部回路図である。
【符号の説明】
1 発振回路部
11 LC発振回路
13 レベルシフト回路
14 増幅回路
15 電流帰還回路
16 電流切換回路
D1 ダイオード
Ifb,Iofs 電流
Qsw トランジスタ
Re 抵抗
Claims (4)
- LC発振回路を含む発振回路部と、被検知物体の接近に伴って発生するLC発振回路の発振振幅の変化から被検知物体の存否を検知する検知回路部とを備える近接センサにおいて、
発振回路部を、LC発振回路にバイアス電流を供給するバイアス回路と、少なくとも増幅用の第1のトランジスタを有しLC発振回路の出力信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力電流に応じた電流をLC発振回路に帰還する電流帰還回路と、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時に電流帰還回路の帰還電流を低下させる電流切換回路とで構成し、
電流帰還回路は、一端が第1のトランジスタの出力端に接続された帰還電流設定用抵抗と、第1のトランジスタのコレクタ電流が流れる第2のトランジスタと、第2のトランジスタの入力端と第1のトランジスタとの間に接続された入力電流設定用の第1の抵抗と、第2のトランジスタと共にカレントミラー回路を構成しコレクタ電流をLC発振回路に帰還する第3のトランジスタとを備え、
電流切換回路は、検知回路部の検知信号に基づいて被検知物体の検知時にオンされるスイッチ素子と、一端がスイッチ素子に接続されたオフセット電流設定用の第2の抵抗と、オフセット電流設定用抵抗及びスイッチ素子の接続点から第1のトランジスタ及び帰還電流設定用抵抗の接続点に電流が流れる向きに接続されたダイオードと、カレントミラー回路による電圧降下分を相殺して第1及び第2の抵抗の両端電圧を略同じ電圧にする電圧補償手段とを備えて成ることを特徴とする近接センサ。 - 上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタで構成したことを特徴とする請求項1記載の近接センサ。
- 上記カレントミラー回路はウィルソン型カレントミラー回路であり、上記電圧補償手段を、第2の抵抗とスイッチ素子との間にエミッタ・コレクタ間が接続され、第1の抵抗と第1のトランジスタの接続点にベースが接続された第4のトランジスタと、コレクタ・ベース間が電気的に接続され、一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタとで構成したことを特徴とする請求項2記載の近接センサ。
- 上記電流切換回路は、増幅回路の出力電流を増幅してオフセット電流を発生する電流増幅部を有し、上記電圧補償手段を、コレクタ・ベース間が電気的に接続され一端が第2の抵抗に接続された第5のトランジスタで構成したことを特徴とする請求項1記載の近接センサ。
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