JP5582986B2 - Proximity sensor - Google Patents

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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36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. 36 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.

また、図36に示すような、アンプ108への入力がアンテナ4以外に接続されていない構成では、交流信号Ebの電位が定まらず、アンプ108の出力が電源電圧範囲内に入らず、交流信号Ebは正負何れかの電源電圧に張り付いてしまう問題がある。   In the configuration in which the input to the amplifier 108 is not connected to anything other than the antenna 4 as shown in FIG. 36, the potential of the AC signal Eb is not determined, and the output of the amplifier 108 does not fall within the power supply voltage range. Eb has a problem of sticking to either a positive or negative power supply voltage.

これを避けるためには、図37に示すように、大きな抵抗7Tを用いて受信アンテナ4からの交流信号Ebをアンプの中間電位にクランプすればよい。このようにすれば受信アンテナ4からの交流信号Ebを測定することが出来る。   In order to avoid this, as shown in FIG. 37, the AC signal Eb from the receiving antenna 4 may be clamped to the intermediate potential of the amplifier using a large resistor 7T. In this way, the AC signal Eb from the receiving antenna 4 can be measured.

抵抗接続による交流信号Ebの減衰を避けるためには、図38に示すように、電気的接続が直流のみ通せばよいことを想定してインダクタ7LTを抵抗7Tと中間電位の間に直列接続すればよい。これにより交流信号が減衰するのを防ぐことが出来る。   In order to avoid the attenuation of the AC signal Eb due to the resistance connection, as shown in FIG. 38, assuming that the electrical connection only needs to pass the DC, the inductor 7LT is connected in series between the resistor 7T and the intermediate potential. Good. This can prevent the AC signal from being attenuated.

しかしながら、図37から図38に示す構成では、電波の送受信では位相に殆ど変化が起こらないので、この方法では図39に示すように位相検波は、受信アンテナ4からの交流信号Ebの受信波形とほぼ同じ検波位相を持って、図中矢印で示したように、物体Oの変化を反映する受信波形の振幅の変化のみを見ることになる。従って受信波形の振幅は抵抗7LTまたは抵抗7LT及びインダクタ7LTとアンプ8の増幅率を調整して電源電圧の範囲に調整しなければならない。もし増幅率が低すぎると波形はGNDレベルに張り付いて、しばらくこれから立ち上がれず、また高すぎると波形は電源電圧に張り付いてしまい、振幅の変化が観察できなくなるからである。ここで重要なのは抵抗7Tまたはインダクタ7LTで設定する増幅率の上下には不感帯があってこの不感帯領域では感度が取れないことである。この作業は精密に行わなければならないが、この受信波形の振幅を決める条件は、受信アンテナ4を取り巻く外部環境の変化に影響されやすく、結果として検波結果はSNが悪く、ドリフトの大きいものとなる。   However, in the configuration shown in FIGS. 37 to 38, there is almost no change in the phase when radio waves are transmitted and received. Therefore, in this method, as shown in FIG. 39, phase detection is performed with the received waveform of the AC signal Eb from the receiving antenna 4. Only the change in the amplitude of the received waveform that reflects the change in the object O is seen, as indicated by the arrows in the figure, with substantially the same detection phase. Therefore, the amplitude of the received waveform must be adjusted within the range of the power supply voltage by adjusting the amplification factor of the resistor 7LT or the resistor 7LT and the inductor 7LT and the amplifier 8. If the amplification factor is too low, the waveform will stick to the GND level and will not rise for a while, and if it is too high, the waveform will stick to the power supply voltage, making it impossible to observe changes in amplitude. What is important here is that there is a dead zone above and below the gain set by the resistor 7T or the inductor 7LT, and sensitivity cannot be obtained in this dead zone region. Although this operation must be performed precisely, the condition for determining the amplitude of the received waveform is easily influenced by changes in the external environment surrounding the receiving antenna 4, and as a result, the detection result has a poor SN and a large drift. .

また更に厄介な問題として、物体Oが帯電している場合に重畳される静電気による影響により、被検波信号である受信波形が正負の何れかの電圧レベルに非対称に波形が張り付いてしまうことがある。この現象は検波結果をドリフトさせるが、このドリフトは被検物までの距離測定結果のエラーに他ならず、披検査物体Oは帯電していてはいけない、という致命的な制限を与えてしまう。   Further, as a more troublesome problem, the waveform of the received waveform, which is the detected signal, is asymmetrically attached to either positive or negative voltage level due to the effect of static electricity superimposed when the object O is charged. is there. This phenomenon drifts the detection result, but this drift is nothing but an error in the measurement result of the distance to the test object, and gives a fatal restriction that the test object O should not be charged.

そこで、本発明は上記課題を解決し、感度を安定させ、静電気などによる外乱による計測値のエラーを回避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 provide a proximity sensor that solves the above-described problems, stabilizes sensitivity, and avoids an error in a measurement value due to disturbance due to static electricity or the like.

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、交流信号発生源からの信号を移相する第1の移相手段と、第1の移相手段で移相された信号と受信アンテナで受信した信号とを合成する合成手段と、合成手段で合成された合成信号を、交流信号発生源の信号で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。   The proximity sensor of the present invention includes an AC signal generation source, a transmission antenna that transmits a radio wave based on a signal from the AC signal generation source, a reception antenna that receives the radio wave, and a phase shift signal from the AC signal generation source. 1 phase shift means, a synthesis means for synthesizing the signal phase-shifted by the first phase shift means and the signal received by the receiving antenna, and the synthesized signal synthesized by the synthesis means And a phase detection means for detecting the phase.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、第1の移相手段として、送信アンテナと合成手段とを接続する抵抗またはインダクタ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 configuration described above, a resistor or an inductor for connecting the transmitting antenna and the combining unit is provided as the first phase shifting unit.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、第1の移相手段および受信アンテナによる移相量に応じて、交流信号発生源からの信号を移相する第2の移相手段を備え、位相検波手段は、合成手段で合成された合成信号を、第2の移相手段で移相された信号で移相検波することを特徴とする。   Further, the proximity sensor of the present invention has a second phase shift that shifts the signal from the AC signal generation source in accordance with the amount of phase shift by the first phase shift means and the receiving antenna in addition to the configuration described above. The phase detector includes a phase detector, and the phase detector detects the phase of the combined signal combined by the combiner using the signal phase-shifted by the second phase shifter.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、位相検波手段は、2値化された合成信号を、2値化された交流信号発生源の信号で位相検波することを特徴とする。 Furthermore, in the proximity sensor of the present invention, in addition to the configuration described above, the phase detection means performs phase detection on the binarized composite signal using the binarized AC signal generation source signal. And

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、受信アンテナと基準電位とを接続する抵抗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 configuration described above, a resistor for connecting the receiving antenna and the reference potential is provided.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、受信アンテナと基準電位とを接続する抵抗及びインダクタを備えることを特徴とする。   Furthermore, the proximity sensor of the present invention includes a resistor and an inductor for connecting the receiving antenna and the reference potential in addition to the above-described configuration.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、受信アンテナで受信した信号を増幅する第1の増幅器と、第1の移相手段で移相された信号を増幅する第2の増幅器と、を備え、合成手段として、第1の増幅器と第2の増幅器とで増幅された信号を加算する加算器を備えることを特徴とする。   Furthermore, the proximity sensor of the present invention has a first amplifier that amplifies the signal received by the receiving antenna and a second signal that amplifies the signal phase-shifted by the first phase-shifting means, in addition to the configuration described above. And an adder for adding the signals amplified by the first amplifier and the second amplifier as a synthesizing means.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、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, the proximity sensor of the present invention includes, in addition to the above-described configuration, a boosting unit that boosts the power supply of the circuit of the AC signal generation source between the AC signal generation source and the transmission antenna, and an AC signal generation source. And amplifying means for amplifying the signal by a power supply system boosted by the boosting means.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、交流信号発生源と送信アンテナとの間に、分周器を備えることを特徴とする。   Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized by including a frequency divider between the AC signal generation source and the transmission antenna in addition to the above-described configuration.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、交流信号発生源から発する電波を遮蔽する遮蔽手段を備えることを特徴とする。   Furthermore, the proximity sensor of the present invention is characterized by comprising shielding means for shielding radio waves emitted from the AC signal generation source in addition to the configuration described above.

更に、本発明の近接センサは、上記に記載の構成に加えて、移相検波手段の後段に、対数増幅回路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 configuration described above, a logarithmic amplifier circuit is provided at the subsequent stage of the phase shift detection means.

本発明の近接センサは、交流信号発生源からの信号を移相した信号と、受信アンテナで受信した信号とを合成し、この合成された信号を交流信号発生源の信号で位相検波する。これにより、受信アンテナで受信した信号の変化を、交流信号発生源からの信号を移相した信号と受信アンテナで受信した信号との合成信号の位相の変化として検出することができ、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、感度を安定させ、静電気などによる外乱による計測値のエラーを回避することが出来る。   The proximity sensor of the present invention combines a signal obtained by shifting the phase of the signal from the AC signal generation source and the signal received by the receiving antenna, and detects the phase of the combined signal using the signal from the AC signal generation source. As a result, a change in the signal received by the receiving antenna can be detected as a change in the phase of the combined signal of the signal obtained by shifting the signal from the AC signal source and the signal received by the receiving antenna. Compared with the prior art in which phase detection is performed using the signal as it is, the sensitivity can be stabilized and an error in the measured value due to disturbance due to static electricity or the like can be avoided.

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1の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 1 of this invention. 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. 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. 本発明の実施例5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 5 of this invention. 本発明の実施例6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 6 of this invention. 本発明の実施例7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 7 of this invention. 本発明の実施例8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 8 of this invention. 本発明の実施例9の近接センサの対数増幅回路の回路図である。It is a circuit diagram of the logarithmic amplifier circuit of the proximity sensor of Example 9 of the present invention. 本発明の実施例10及び実施例11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 10 and Example 11 of this invention. 本発明の実施例11の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 11 of this invention. 本発明の実施例11の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 11 of this invention. 本発明の実施例11の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 11 of this invention. 本発明の実施例12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 12 of this invention. 本発明の実施例12の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the proximity sensor of Example 12 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. 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説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the test object approached to the antenna, and the output voltage of the said sensor. 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. 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. 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. 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. 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. 従来の近接センサの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement 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〜図5]
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: FIGS. 1 to 5
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。発振器の回路構成は低消費電力を考慮して時計などに用いられる、一般的なコルピッツ型発回路などでよい。   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. The circuit configuration of the oscillator may be a general Colpitts type generator circuit used for a timepiece or the like in consideration of low power consumption.

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、送信アンテナ3と受信アンテナ4を電気的に接続する抵抗7を備える。   Further, the proximity sensor 1a includes a receiving antenna 4 that receives an AC signal Eb from the region to be inspected, and a resistor 7 that electrically connects the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4.

バッファ6は、発振器2へ後段の回路からの影響が及び、周波数や振幅に変化を生じるのを避ける為に設けられる。抵抗7は送信アンテナ3と受信アンテナ4の結合抵抗であり、抵抗器7の値が小さすぎると電気的結合が強くなりすぎ、一方、抵抗器7の値が大きすぎると電気的結合が弱すぎる。このため、抵抗器7の抵抗値の選択は重要である。本実施例1の場合、抵抗器9の抵抗値は0.5〜1MΩ程度が適当である。   The buffer 6 is provided in order to prevent the oscillator 2 from being affected by the circuit at the subsequent stage and causing a change in frequency and amplitude. The resistor 7 is a coupling resistance between the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4. If the value of the resistor 7 is too small, the electrical coupling becomes too strong. On the other hand, if the value of the resistor 7 is too large, the electrical coupling is too weak. . For this reason, selection of the resistance value of the resistor 7 is important. In the case of the first embodiment, the resistance value of the resistor 9 is suitably about 0.5 to 1 MΩ.

さらに、近接センサ1aは、受信アンテナ4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 receiving antenna 4 and a phase detector 9 that detects the phase of the signal received by the receiving antenna 4 using 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。なお、以下の説明では、動作説明を明確にする為、位相検波器9で乗算する増幅器8からの参照信号は、予め2値化回路を用いて上下電源電圧を交互に変化し、位相情報のみを持つ矩形波に加工されたものを用いる。それ以外の信号は、矩形波と正弦波のいずれであっても効果は変わらないが、本説明においては全て正弦波とする。ここで、実際に発振回路の波形を正弦波にする為には発振回路にAGCが必要である。   Next, the operation of the proximity sensor 1a having the above-described configuration will be described. In the following description, in order to clarify the operation, the reference signal from the amplifier 8 that is multiplied by the phase detector 9 changes the upper and lower power supply voltages alternately in advance using a binarization circuit, and only the phase information is obtained. The one processed into a rectangular wave with. The effects of other signals are the same regardless of whether they are a rectangular wave or a sine wave, but in this description, all signals are sine waves. Here, in order to actually change the waveform of the oscillation circuit to a sine wave, an AGC is required for the oscillation circuit.

まず、図1において、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。   First, in FIG. 1, a low frequency signal is generated by an oscillator 2, and an AC signal Ea is radiated to a region to be inspected by a transmission 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の位相と主に振幅が変化する。位相の変化は非常に小さく、主に振幅が変化する。   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 mainly the amplitude of the AC signal Eb received by the receiving antenna 4 changes. The change in phase is very small and mainly changes in amplitude.

図2は、本発明の実施例1の近接センサの動作を説明する波形図である。実施例1においては、図1に示す様に増幅器8の入力は発振回路の出力であるバッファ6の出力に大きな抵抗7を用いて接続してある。バッファ6からの出力は発振器2より電源電圧の中間電位を中心にした交流という性質を引き継いでいるので、交流の平均値はこの接続で電源電圧の中間電位へのクランプが実現する。   FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the proximity sensor according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the input of the amplifier 8 is connected to the output of the buffer 6 which is the output of the oscillation circuit using a large resistor 7. Since the output from the buffer 6 has inherited the property of alternating current centered on the intermediate potential of the power supply voltage from the oscillator 2, the average value of alternating current can be clamped to the intermediate potential of the power supply voltage by this connection.

また、この構成により、大きな値の抵抗7と実際の回路素子の持つ小さな寄生容量5とによりバッファ6の出力とアンプ8の入力の間にはローパスフィルタが形成される。この抵抗7と寄生容量5とからなるローパスフィルタが、第1の移相手段として、バッファ6の出力とアンプ8の入力の間に信号波形の位相差を生じさせる。第1の移相手段により移
相された信号を図2の移相発信波形で示す。
Also, with this configuration, a low-pass filter is formed between the output of the buffer 6 and the input of the amplifier 8 by the large value resistor 7 and the small parasitic capacitance 5 of the actual circuit element. The low-pass filter composed of the resistor 7 and the parasitic capacitance 5 serves as a first phase shift means to generate a signal waveform phase difference between the output of the buffer 6 and the input of the amplifier 8. The signal phase-shifted by the first phase-shifting means is shown by the phase-shifting transmission waveform of FIG.

一方、受信アンテナ4からの交流信号Ebは、発信アンテナ3からの交流信号Eaとの間で位相差を生じない。受信アンテナ4で受信した信号を、図2の受信波形で示す。また、抵抗7と受信アンテナ4とは接続されており、この接続により、受信アンテナ4からの交流信号Ebと、抵抗7からの出力信号とが合成される。この抵抗7と受信アンテナ4との接続は、合成手段の一例である。この合成信号の波形を図2の合成波形で示す。   On the other hand, the AC signal Eb from the receiving antenna 4 does not cause a phase difference with the AC signal Ea from the transmitting antenna 3. A signal received by the receiving antenna 4 is shown by a received waveform in FIG. Further, the resistor 7 and the receiving antenna 4 are connected, and by this connection, the AC signal Eb from the receiving antenna 4 and the output signal from the resistor 7 are combined. The connection between the resistor 7 and the receiving antenna 4 is an example of a combining unit. The waveform of this synthesized signal is shown by the synthesized waveform in FIG.

図3は、合成波形の変化の説明図である。図3に示すように、物体Oの変化を反映する受信波形の振幅の変化により、この合成波形は振幅及び位相が変化する。すなわち、物体Oの変化を反映する受信波形の振幅の変化は、合成波形が受信波形と同相の検波位置で検波されることで、合成波形の振幅及び位相の変化として検出される。   FIG. 3 is an explanatory diagram of changes in the composite waveform. As shown in FIG. 3, the amplitude and phase of this composite waveform change due to the change in amplitude of the received waveform that reflects the change in the object O. That is, a change in the amplitude of the received waveform that reflects the change in the object O is detected as a change in the amplitude and phase of the synthesized waveform by detecting the synthesized waveform at a detection position in phase with the received waveform.

抵抗7及び寄生容量5によって生成される移相発信波形を抵抗7の値またはアンプ8の増幅率を調整することによりその振幅が電源電圧を超えるように調整しておくと、移相発信波形及び合成波形は電源電圧によりその振幅を制限されて台形波形または矩形波形となり、受信波形による変化は合成波形の位相のみに反映されることになる。このような状態では各々の波形の微妙な振幅調整は不要となり、振幅を変化させる環境要因は除外されるので、結果的に検波結果のSNは向上する。   If the phase shift transmission waveform generated by the resistor 7 and the parasitic capacitance 5 is adjusted so that the amplitude exceeds the power supply voltage by adjusting the value of the resistor 7 or the amplification factor of the amplifier 8, the phase shift transmission waveform and The amplitude of the synthesized waveform is limited by the power supply voltage to become a trapezoidal waveform or a rectangular waveform, and a change due to the received waveform is reflected only in the phase of the synthesized waveform. In such a state, fine amplitude adjustment of each waveform is not necessary, and environmental factors that change the amplitude are excluded, and as a result, the SN of the detection result is improved.

また、移相発信波形に比較して受信波形の振幅を小さくなるように各々の信号を調整しておくことにより、物体Oが帯電している場合に重畳される静電気による影響により、被検波信号が正負の何れかの電圧レベルに非対称に張り付いてしまう現象を極力抑えることが出来、物体Oの帯電に影響されないロバストな近接センサを実現することが出来る。この移相発信波形に比較して受信波形の振幅を小さくなるように各々の信号を調整することは、抵抗7と寄生容量5の値を調整することにより行う。抵抗7を大きくすると受信アンテナ4からの信号の比率が大きくなる。また、寄生容量5の値を大きくすると、やはり受信アンテナ4からの信号の比率が大きくなる。全体のレベル調整はアンプ8で行う。   Further, by adjusting each signal so that the amplitude of the received waveform is smaller than that of the phase-shifted transmission waveform, the signal to be detected is affected by the effect of static electricity superimposed when the object O is charged. Can be suppressed as much as possible to a positive or negative voltage level as much as possible, and a robust proximity sensor that is not affected by the charging of the object O can be realized. Each signal is adjusted so as to reduce the amplitude of the received waveform as compared with the phase-shifted transmission waveform by adjusting the values of the resistor 7 and the parasitic capacitance 5. When the resistance 7 is increased, the ratio of the signal from the receiving antenna 4 is increased. Further, when the value of the parasitic capacitance 5 is increased, the ratio of the signal from the receiving antenna 4 is also increased. The overall level adjustment is performed by the amplifier 8.

このような構成は、図4に示す近接センサ1bのように、抵抗7の代わりにインダクタ7Lを用いたり、または図5に示す近接センサ1cのように抵抗7の代わりに抵抗7及びインダクタ7Mの直列接続を用いることでも実現できる。またこれらの構成において図1、図4および図5に破線で示した寄生容量5は、その容量値の安定の為に、想定される寄生容量よりも少し大きめの値のコンデンサを実際に回路に追加しておいても良い。   Such a configuration uses the inductor 7L instead of the resistor 7 as in the proximity sensor 1b shown in FIG. 4, or the resistors 7 and 7M instead of the resistor 7 as in the proximity sensor 1c shown in FIG. It can also be realized by using a series connection. In these configurations, the parasitic capacitance 5 shown by the broken line in FIGS. 1, 4 and 5 is actually a capacitor having a slightly larger value than the assumed parasitic capacitance in order to stabilize the capacitance value. You may add it.

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が進入すると、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 is 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.

[実施例2:図6]
次に、本発明の実施例2の近接センサの構成について説明する。図6は、実施例2の近接センサ2cの構成を示す回路図である。図6に示すように、実施例2の近接センサ2cは、図1に示す実施例1の近接センサ1aに加えて、基準電位と受信アンテナ4とを接続する抵抗7T及びインダクタ7LTを有する。
[Example 2: FIG. 6]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 2c according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the proximity sensor 2c according to the second embodiment includes a resistor 7T and an inductor 7LT that connect the reference potential and the receiving antenna 4 in addition to the proximity sensor 1a according to the first embodiment shown in FIG.

発振回路2の出力をバッファ6により増強した信号は発信アンテナ3により空中に放射され、受信アンテナ4により受信されるが、図6に示す近接センサ2cでは、この受信波形は抵抗7T及びインダクタ7LTにより基準電圧レベルが調整される。図1で説明した実施例1の近接センサ1aと同様に、この受信波形はバッファ6と接続する抵抗と寄生容量5により移相されたバッファ6からの位相発信波形と重畳された後にアンプ8に入力する。   A signal obtained by enhancing the output of the oscillation circuit 2 by the buffer 6 is radiated into the air by the transmitting antenna 3 and received by the receiving antenna 4. In the proximity sensor 2c shown in FIG. 6, this received waveform is generated by the resistor 7T and the inductor 7LT. The reference voltage level is adjusted. Similar to the proximity sensor 1 a of the first embodiment described with reference to FIG. 1, this reception waveform is superimposed on the phase transmission waveform from the buffer 6 phase-shifted by the resistance connected to the buffer 6 and the parasitic capacitance 5 and then applied to the amplifier 8. input.

この合成波形を位相検波器9によりバッファ6からの参照信号で位相検波されることによりこの信号をLPF10で平滑化した結果の出力端子11から出力される出力は受信アンテナ4からの情報が合成波形の位相変化として観測される。このような構成により、実施例1で示したSN向上と被検物の帯電による影響を取り除く効果は発揮される。図6では、受信波形のレベル調整のため、受信アンテナと基準電位を接続する上記抵抗とインダクタを備える例を示したが、受信アンテナと基準電位を抵抗だけ、または、インダクタだけ接続する構成としても良い。 This combined waveform is phase-detected with the reference signal from the buffer 6 by the phase detector 9, and the output from the output terminal 11 as a result of smoothing this signal with the LPF 10 is the combined waveform from the information from the receiving antenna 4. Observed as a phase change. With such a configuration, the effect of removing the influence of the SN improvement and the charging of the test object shown in the first embodiment is exhibited. FIG. 6 shows an example in which the resistor and the inductor for connecting the receiving antenna and the reference potential are provided for level adjustment of the receiving waveform. However, the receiving antenna and the reference potential may be connected only to the resistor or only to the inductor. good.

[実施例3:図7]
次に、本発明の実施例3の近接センサの構成について説明する。図7は、実施例3の近接センサ3aの構成を示す回路図である。図1、図4〜図6に示した、回路構成においては、各々の波形の合成において抵抗7やコンデンサ8の値に制限が課せられる。
[Example 3: FIG. 7]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 3a according to the third embodiment. In the circuit configurations shown in FIGS. 1 and 4 to 6, the values of the resistor 7 and the capacitor 8 are limited in the synthesis of each waveform.

図7に示す近接センサ3aでは、受信アンテナ4からの入力信号を抵抗7Uにより基準電位に接地してレベル合わせした信号と、発振回路2からの信号を抵抗7T及びコンデンサ5Sを用いたローパスフィルタで移相した信号とを、各々増幅器6S1(第1の増幅器)及び増幅器6S2(第2の増幅器)によって任意の電圧に増幅した後に加算回路12により合成する。ここで、抵抗7S及びコンデンサ5Sを用いたローパスフィルタは第1の移相手段の一例であり、加算器12は合成手段の一例である。   In the proximity sensor 3a shown in FIG. 7, the input signal from the receiving antenna 4 is grounded to the reference potential by the resistor 7U and the level is adjusted, and the signal from the oscillation circuit 2 is a low pass filter using the resistor 7T and the capacitor 5S. The phase-shifted signals are amplified to arbitrary voltages by the amplifier 6S1 (first amplifier) and the amplifier 6S2 (second amplifier), respectively, and then synthesized by the adder circuit 12. Here, the low-pass filter using the resistor 7S and the capacitor 5S is an example of the first phase shifting means, and the adder 12 is an example of the synthesizing means.

加算器12により得られた合成信号を、検波器9を用いて発振回路2の信号で位相検波する。このような構成とすることにより、図7に示す近接センサ3aは、各々の信号の合成時の振幅に、自由度を持たせることが出来る。   The combined signal obtained by the adder 12 is phase-detected with the signal from the oscillation circuit 2 using the detector 9. By adopting such a configuration, the proximity sensor 3a shown in FIG. 7 can have a degree of freedom in the amplitude at the time of synthesis of each signal.

[実施例4:図8]
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8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8に示すように、実施例4の近接センサ1dは、実施例1の近接センサ1a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。
[Example 4: FIG. 8]
Next, a proximity sensor according to Example 4 of the present invention will be described. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1d according to the fourth embodiment. As illustrated in FIG. 8, 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 a according to the first 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.

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。   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 inspection area.

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1の近接センサ1a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。
Therefore, the proximity sensor 1d according to the fourth embodiment has a wider test area than the proximity sensor 1a according to the first embodiment even when the power supply voltage used is a low power supply voltage such as 3 V and 5 V, for example. O distance can be detected.

[実施例5:図9]
次に、本発明の実施例5の近接センサの構成について説明する。図9は、実施例5の近接センサ1Xの構成を示す回路図である。図9に示すように、実施例5の近接センサ1Xは、一つの発振器2及び送信アンテナ3と、複数の受信アンテナ4及び移相検波器9を用いて、複数の近接センサを実現したものである。
[Example 5: FIG. 9]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1X according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 9, the proximity sensor 1 </ b> X according to the fifth embodiment implements a plurality of proximity sensors using one oscillator 2 and a transmission antenna 3, a plurality of reception antennas 4, and a phase shift detector 9. is there.

図9に示す近接センサ1Xは、一つの発振回路2及び一つの発信アンテナ3を共用して発信した電波を、受信アンテナ4R、4L、4U、4Dで各々受信した場合、各々の増幅器8R、8L、8U、8Dには、各々の受信アンテナによる異なる情報を反映した信号が入力する。各アンプの出力信号を各々同じ発振器2の信号であるバッファ6からの参照信号で位相検波したとしても、各LPF10R、10L、10U、10Dで平滑化した各出力端子11R、11L、11U、11Dからは別々の出力が得られ、これらは各々受信アンテナ4R、4L、4U、4Dからの信号を反映しており、4つの近接センサを実現できる。   When the proximity sensor 1X shown in FIG. 9 receives radio waves transmitted by sharing one oscillation circuit 2 and one transmission antenna 3 by the reception antennas 4R, 4L, 4U, and 4D, respectively, the amplifiers 8R and 8L are respectively received. , 8U, and 8D are input with signals reflecting different information depending on each receiving antenna. Even if the output signal of each amplifier is phase-detected with the reference signal from the buffer 6 that is the signal of the same oscillator 2, the output terminals 11R, 11L, 11U, and 11D smoothed by the LPFs 10R, 10L, 10U, and 10D are used. Produces separate outputs, which each reflect the signal from the receiving antennas 4R, 4L, 4U, 4D and can implement four proximity sensors.

また、図9に示す近接センサ1Xは、第1の移相手段として、送信アンテナ3と各受信アンテナ4R、4L、4U、4Dとを接続する抵抗7R、7L、7U、7Dを備える。ここで、抵抗により全てのアンテナが結合されて互いの入力に影響が出ることが心配されるが、送信アンテナ3はバッファ6の出力により安定な状態に保たれるので、各受信アンテナからの信号は他のアンテナに到達するまでに抵抗により減衰するので、各受信アンテナ間の混信が発生することはなく、4つの近接センサを実現できる。また、単一の第1の移相手段を用いて移相を行ない、バッファ等を用いてこの信号を各受信アンテナに分配すれば、複数の移送手段を用いなくても、これらの混信を避ける構成を実現できる。   Further, the proximity sensor 1X shown in FIG. 9 includes resistors 7R, 7L, 7U, and 7D that connect the transmitting antenna 3 and the receiving antennas 4R, 4L, 4U, and 4D as the first phase shifting means. Here, it is feared that all the antennas are coupled by the resistors and the mutual inputs are affected. However, since the transmitting antenna 3 is kept in a stable state by the output of the buffer 6, signals from the respective receiving antennas are used. Is attenuated by resistance until it reaches the other antenna, interference between the receiving antennas does not occur, and four proximity sensors can be realized. Further, if phase shift is performed using a single first phase shift means and this signal is distributed to each receiving antenna using a buffer or the like, these interferences can be avoided without using a plurality of transfer means. The configuration can be realized.

[実施例6:図10]
次に、本発明の実施例6の近接センサの構成について説明する。図10は、実施例6の近接センサ1Yの構成を示す回路図である。図10に示すように、実施例6の近接センサ1Yは、複数の周波数の異なる発振器2及び送信アンテナ3と、一つの受信アンテナ4及び複数の移相検波器9を用いて、複数の近接センサを実現したものである。
[Example 6: FIG. 10]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1Y according to the sixth embodiment. As illustrated in FIG. 10, the proximity sensor 1 </ b> Y according to the sixth embodiment includes a plurality of proximity sensors using a plurality of oscillators 2 and transmission antennas 3 having different frequencies, a single reception antenna 4, and a plurality of phase shift detectors 9. Is realized.

図10に示す近接センサ1Yは、周波数の異なる複数の発振回路2R、2L、2U、2D及び複数の発信アンテナ3R、3L、3U、3Dを用いて発信した電波を、受信アンテナ4を共有して受信した場合、各々のアンプ8R、8L、8U、8Dには、各々のアンテナによる異なる情報を反映した信号が入力する。   The proximity sensor 1Y shown in FIG. 10 shares a reception antenna 4 with radio waves transmitted using a plurality of oscillation circuits 2R, 2L, 2U, and 2D having different frequencies and a plurality of transmission antennas 3R, 3L, 3U, and 3D. When received, signals reflecting different information from the respective antennas are input to the respective amplifiers 8R, 8L, 8U, and 8D.

同じ受信アンテナ4から入力して混合されたとはいえ、各アンプの出力信号は各々周波数の異なる複数の発振回路2R、2L、2U、2Dの信号であるバッファ6R、6L、6U、6Dからの周波数と位相の異なる参照信号で位相検波することにより、各LPF10R、10L、10U、10Dで平滑化した各出力端子11R、11L、11U、11Dからは別々の出力が得られ、これらは各々受信アンテナ4R、4L、4U、4Dからの信号を反映しており、4つの近接センサを実現できる。   Although the signals are input from the same receiving antenna 4 and mixed, the output signals of the amplifiers are the frequencies from the buffers 6R, 6L, 6U and 6D which are signals of a plurality of oscillation circuits 2R, 2L, 2U and 2D having different frequencies. Phase detection with reference signals having different phases from each other, separate outputs are obtained from the output terminals 11R, 11L, 11U, and 11D smoothed by the LPFs 10R, 10L, 10U, and 10D. The signals from 4L, 4U and 4D are reflected, and four proximity sensors can be realized.

また、図10に示す近接センサ1Yは、各出力アンテナ3R、3L、3U、3Dと受信アンテナ4が抵抗7R、7L、7U、7Dにより連結されている。ここでは抵抗による連結により全てのアンテナが結合されて互いの入力に影響が出ることが心配されるが、出力アンテナは各バッファ6R、6L、6U、6Dの出力により安定な状態に保たれ、また周波数及び位相が異なるので、各送信アンテナ間の混信が発生することはなく、この場合も
4つの近接センサを実現できる。
Further, in the proximity sensor 1Y shown in FIG. 10, the output antennas 3R, 3L, 3U, and 3D and the receiving antenna 4 are connected by resistors 7R, 7L, 7U, and 7D. Here, it is feared that all the antennas are coupled due to the connection by resistors and the mutual input is affected. However, the output antenna is kept stable by the outputs of the buffers 6R, 6L, 6U, and 6D. Since the frequency and phase are different, interference between the transmitting antennas does not occur, and in this case as well, four proximity sensors can be realized.

一般に位相検波器は極めて鋭いバンドパスフィルタと見ることが出来ると説明されており、実際に異なる周波数の交流信号を排他的に検出することが出来る。しかし、周波数差が小さい場合はやはり混信が発生する。複数の発振器の周波数が近い場合の共振現象などを含めて各々の発振器に使用する周波数差は、VLF帯を使用する場合でも100Hz程度以上離しておく必要がある。更に高周波を使用する場合も、複数の近接センサを使用する場合は、使用する周波数の1%程度以上の周波数差を各々持たせておくと良い。   In general, it is described that the phase detector can be regarded as a very sharp band-pass filter, and can actually exclusively detect AC signals of different frequencies. However, interference is still generated when the frequency difference is small. The frequency difference used for each oscillator including the resonance phenomenon when the frequencies of the plurality of oscillators are close needs to be separated by about 100 Hz or more even when the VLF band is used. Furthermore, when using a high frequency, when using a plurality of proximity sensors, it is preferable to have a frequency difference of about 1% or more of the frequency to be used.

また、図10に示す近接センサ1Yにおいて、周波数の異なる発振器2、送信アンテナ3及び複数の移相検波器9を奇数備え、各位相検波器9の出力から、多数決処理により正しい出力を決定する判定手段を更に備えても良い。この構成により、発振器2と近い周波数の雑音電波源が当該近接センサの周囲に存在する場合であっても、この雑音電波の影響を排除することが可能となる。   Further, the proximity sensor 1Y shown in FIG. 10 includes an oscillator 2, a transmission antenna 3, and a plurality of phase shift detectors 9 having different frequencies, and a determination for determining a correct output from the output of each phase detector 9 by majority processing. Means may be further provided. With this configuration, even when a noise radio wave source having a frequency close to that of the oscillator 2 is present around the proximity sensor, the influence of the noise radio wave can be eliminated.

図9および図10では、第1の移相手段として、送信アンテナ3と受信アンテナ4とを接続する抵抗を備える例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図9および図10に示す近接センサにおいて、図4および図5に示すように、第1の移相手段として、インダクタ又は、インダクタ及び抵抗をくみあわせたものを備えても良い。   In FIG. 9 and FIG. 10, the example provided with the resistance which connects the transmission antenna 3 and the receiving antenna 4 was shown as a 1st phase shift means. However, the present invention is not limited to this, and in the proximity sensor shown in FIGS. 9 and 10, as shown in FIGS. 4 and 5, an inductor or an inductor and a resistor are used as the first phase shift means. You may prepare a combination.

また、図9および図10に示す近接センサにおいて、図6(実施例2)に示すように、受信アンテナ4と基準電位とを接続する抵抗およびインダクタを備えても良い。更に、図9および図10に示す近接センサにおいて、図7(実施例3)に示すように、受信アンテナで受信した信号を増幅する第1の増幅器と、第1の移相手段で移相された信号を増幅する第2の増幅器と、を備え、第1の増幅器と第2の増幅器とで増幅された信号を加算する加算器を備えた構成としても良い。更に、図9および図10に示す近接センサにおいて、図8(実施例4)に示すように、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構成としても良い。   Further, the proximity sensor shown in FIGS. 9 and 10 may include a resistor and an inductor for connecting the receiving antenna 4 and the reference potential, as shown in FIG. 6 (Example 2). Further, in the proximity sensor shown in FIG. 9 and FIG. 10, as shown in FIG. 7 (Example 3), the phase is shifted by the first amplifier that amplifies the signal received by the receiving antenna and the first phase shift means. A second amplifier that amplifies the received signal, and an adder that adds the signals amplified by the first amplifier and the second amplifier. Further, in the proximity sensor shown in FIGS. 9 and 10, as shown in FIG. 8 (Embodiment 4), the 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 amplifying means for amplifying the signal of the AC signal generation source by the power supply system boosted by the boosting means.

[実施例7:図11]
次に、本発明の実施例7の近接センサの構成について説明する。図11は、実施例7の近接センサ1Zの構成を示す回路図である。前述したように、一般に位相検波器は極めて鋭いバンドパスフィルタと見ることができ、異なる周波数の交流信号を排他的に検出することが出来る。しかし、周波数差が小さい場合は混信が発生する。複数の発振器の周波数が近い場合の共振現象などを含めて各々の発振器に使用する周波数差は、VLF帯を使用する場合でも100Hz程度以上離しておく必要があるが、前述した各実施例の近接センサの近辺に、使用する発振器と近い周波数の電波発信源が存在すると、当該近接センサは誤動作を生じてしまう。実施例7の近接センサ1Zは、この問題を解決するための構成である。
[Example 7: FIG. 11]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1Z according to the seventh embodiment. As described above, in general, the phase detector can be regarded as a very sharp band-pass filter and can exclusively detect AC signals having different frequencies. However, interference occurs when the frequency difference is small. The frequency difference used for each oscillator including the resonance phenomenon when the frequencies of a plurality of oscillators are close needs to be separated by about 100 Hz or more even when using the VLF band. If a radio wave transmission source having a frequency close to that of the oscillator to be used is present in the vicinity of the sensor, the proximity sensor will malfunction. The proximity sensor 1Z according to the seventh embodiment is configured to solve this problem.

実施例7の近接センサ1Zでは、発振器2は、位相検波で使用する周波数帯よりも一桁以上高い発振周波数を持つものとする。例えば数MHzの発振周波数を持つATカット水晶振動子などを用いたコルピッツ発振回路などで良い。例えばインバータ等で構成したバッファ6を通した出力は矩形波であるが、これを分周器13Aに入力し、数十KHz程度の周波数として、送信アンテナ3より放出し、受信アンテナ4で受信した信号を分周器13Aで分周した信号を参照信号として位相検波器9により検出する構成とする。   In the proximity sensor 1Z of the seventh embodiment, the oscillator 2 is assumed to have an oscillation frequency that is one digit higher than the frequency band used for phase detection. For example, a Colpitts oscillation circuit using an AT-cut crystal resonator having an oscillation frequency of several MHz may be used. For example, the output through the buffer 6 constituted by an inverter or the like is a rectangular wave, which is input to the frequency divider 13A, emitted from the transmitting antenna 3 as a frequency of about several tens of KHz, and received by the receiving antenna 4. The phase detector 9 detects a signal obtained by dividing the signal by the frequency divider 13A as a reference signal.

実施例7の近接センサ1Zでは、分周器13Aの分周比を任意に設定できるようにしておくことで外部環境に存在する電波の周波数と近接センサ1Zの使用する周波数を離すこ
とができる。これにより、外部の電波環境による影響を避ける機能を持たせるものである。
In the proximity sensor 1Z according to the seventh embodiment, the frequency of the radio wave existing in the external environment can be separated from the frequency used by the proximity sensor 1Z by allowing the frequency dividing ratio of the frequency divider 13A to be set arbitrarily. Thus, a function for avoiding the influence of the external radio wave environment is provided.

また、消費電力が問題となる場合は、低周波発振器を用いて参照パルスを発生しておき、RC発振器で発生させた周波数を参照パルスの整数倍に合わせる、所謂PLLで任意周波数を発生させても良い。何れの場合も、発振器及び分周器の部分を接地した導体で囲む等の、発振器2の発振部分から発生する電波を遮断するシールド(遮断手段)を備え、この周波数が外部の電波に影響されない構造を取ることができる。これにより、発振器2の原発振の電波による影響を抑えることが可能となる。   In addition, when power consumption becomes a problem, a reference pulse is generated using a low-frequency oscillator, and an arbitrary frequency is generated by a so-called PLL in which the frequency generated by the RC oscillator is adjusted to an integral multiple of the reference pulse. Also good. In any case, a shield (blocking means) for blocking radio waves generated from the oscillating portion of the oscillator 2, such as surrounding the oscillator and the frequency divider with a grounded conductor, is provided, and this frequency is not affected by external radio waves. Can take structure. As a result, the influence of the original oscillation of the oscillator 2 due to the radio wave can be suppressed.

[実施例8:図12]
次に、本発明の実施例8の近接センサの構成について説明する。図12は、実施例8の近接センサ1Uの構成を示す回路図である。実施例8の近接センサ1Uは、複数の近接センサ及びアンテナを用いて、電波環境による影響を避ける機能を持たせるものである。近接センサが自動機に組み込まれている場合などには、実施例7で説明したような、外部電波に影響されないための周波数の退避が、自動的に行われる必要がある。
[Example 8: FIG. 12]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1U according to the eighth embodiment. The proximity sensor 1U according to the eighth embodiment uses a plurality of proximity sensors and antennas and has a function of avoiding the influence of the radio wave environment. When a proximity sensor is incorporated in an automatic machine, it is necessary to automatically save a frequency so as not to be affected by external radio waves as described in the seventh embodiment.

図12に示す実施例8の近接センサ1Uでは、発振回路2で発生させた周波数を、分周器13Bによって3つの分周比に分周させ、各々の周波数に対して近接センサを構成している。また、図12に示す近接センサ1Uにおいて、各位相検波器9X、9Y,9Zの出力から、多数決処理により正しい出力を決定する判定手段を更に備えても良い。この構成により、発振器2と近い周波数の雑音電波源が当該近接センサの周囲に存在する場合であっても、この雑音電波の影響を排除することが可能となる。ここで、実施例5で説明したように、これら3つの近接センサの送信アンテナ3X、3Y、3Zは同一のものであっても構わず、受信アンテナ4X、4Y、4Zは同一のものであっても構わない。   In the proximity sensor 1U of the eighth embodiment shown in FIG. 12, the frequency generated by the oscillation circuit 2 is divided into three division ratios by the frequency divider 13B, and a proximity sensor is configured for each frequency. Yes. In addition, the proximity sensor 1U shown in FIG. 12 may further include a determination unit that determines a correct output by majority processing from the outputs of the phase detectors 9X, 9Y, and 9Z. With this configuration, even when a noise radio wave source having a frequency close to that of the oscillator 2 is present around the proximity sensor, the influence of the noise radio wave can be eliminated. Here, as described in the fifth embodiment, the transmission antennas 3X, 3Y, and 3Z of these three proximity sensors may be the same, and the reception antennas 4X, 4Y, and 4Z are the same. It doesn't matter.

[実施例9:図13]
次に、本発明の実施例9の近接センサの構成について説明する。図13は、実施例9の近接センサで用いられる対数増幅回路の回路図である。上述した実施例8の構成は、自動機械に組み込まれ、その信頼性を改善することを想定している。このような場合出力端子11からの出力11はADコンバータによってデジタル化した後に利用されることが多い。しかしながら後述する図22のように、アンテナの形状を点状とリング状として感度をアンテナと被検物体との距離のみに依存させた場合、その感度は距離に反比例する。
[Example 9: FIG. 13]
Next, the configuration of the proximity sensor according to the ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a circuit diagram of a logarithmic amplifier circuit used in the proximity sensor of the ninth embodiment. The configuration of the above-described eighth embodiment is assumed to be incorporated in an automatic machine and improve its reliability. In such a case, the output 11 from the output terminal 11 is often used after being digitized by an AD converter. However, as shown in FIG. 22 described later, when the antenna is shaped like a dot and a ring and the sensitivity is dependent only on the distance between the antenna and the object to be examined, the sensitivity is inversely proportional to the distance.

距離に反比例する出力は距離が小さい地点、即ちアンテナ近傍で出力が非常に大きくなる。一方アンテナから距離の大きな領域では出力は小さくなる。従ってアンテナから遠方の領域での距離分解能を確保して電位を均等にAD変換すると、全体として非常に高い分解能のADコンバータを使用しなければならない。   The output inversely proportional to the distance becomes very large at a point where the distance is small, that is, near the antenna. On the other hand, the output is small in the region where the distance from the antenna is large. Therefore, if the distance resolution in a region far from the antenna is ensured and the potential is uniformly AD converted, an AD converter having a very high resolution as a whole must be used.

高分解能のADコンバータは回路規模が大きく、歩留まりよく製造することが困難なので、実施例9においては、近接センサの出力を図13に示すような対数増幅回路を用いて増幅した後にAD変換して使用する。これにより高い電圧を発生するアンテナ近傍の領域の電圧はその変化率が小さくなり、結果として分解能の低い低精度のAD変換器を使用する事ができる。   Since the high-resolution AD converter has a large circuit scale and is difficult to manufacture with high yield, in Example 9, the output of the proximity sensor is amplified using a logarithmic amplifier circuit as shown in FIG. use. As a result, the rate of change in the voltage in the vicinity of the antenna that generates a high voltage decreases, and as a result, a low-precision AD converter with low resolution can be used.

図13に示す対数増幅回路の動作について説明する。図13にはオペアンプ18、入力抵抗19及び帰還抵抗の代わりのトランジスタ17の接続を示してある。基本的な動作はオペアンプ18による反転増幅であり、オペアンプの反転入力端子には抵抗19が、そしてオペアンプ18の出力端子と反転入力端子の間には帰還率を変更するためにトランジスタのエミッタとコレクタが接続してある。オペアンプ18の基準電位を与える正入力端子
は設置してある。この回路で、抵抗19を流れる電流I19はバーチャルショートにより、入力電圧を∨19とすると、I19=∨19/R19になる。この電流はオペアンプの帰還電流としてトランジスタ18に流れるので,トランジスタの性質として、トランジスタのベースエミッタ間電圧∨BEは一般に定数をKとして、∨BE=KlogI19、即ち∨BE=Klog(∨19/R19)となる。出力電圧∨Oは、バーチャルショートから見た電位なので、∨O=―Klog(∨19/R19)となり、入力電圧∨19の対数がVOとして出力される。
The operation of the logarithmic amplifier circuit shown in FIG. 13 will be described. FIG. 13 shows the connection of an operational amplifier 18, an input resistor 19 and a transistor 17 instead of a feedback resistor. The basic operation is inverting amplification by the operational amplifier 18, a resistor 19 is provided at the inverting input terminal of the operational amplifier, and an emitter and a collector of the transistor are provided between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 18 in order to change the feedback rate. Is connected. A positive input terminal for providing a reference potential of the operational amplifier 18 is provided. In this circuit, the current I19 flowing through the resistor 19 is I19 = ∨19 / R19 due to a virtual short, assuming that the input voltage is ∨19. Since this current flows through the transistor 18 as a feedback current of the operational amplifier, the base-emitter voltage ∨BE of the transistor is generally a constant K, and ∨BE = KlogI19, that is, ∨BE = Klog (∨19 / R19). It becomes. Since the output voltage ∨O is a potential seen from the virtual short, ∨O = −Klog (∨19 / R19), and the logarithm of the input voltage ∨19 is output as VO.

[実施例10:図14]
次に、本発明の実施例10の近接センサの構成について説明する。図14は、実施例10の近接センサ1Vの構成を示す回路図である。図14に示すように、実施例10の近接センサ1Vは、検波器9に用いる位相検波用の参照信号の位相を抵抗7B,コンデンサ5B及びアンプ8Bを用いて移相して使用する。
[Example 10: FIG. 14]
Next, the configuration of the proximity sensor according to Example 10 of the present invention will be described. FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1V according to the tenth embodiment. As shown in FIG. 14, the proximity sensor 1V of the tenth embodiment uses the phase of the reference signal for phase detection used for the detector 9 by shifting the phase using a resistor 7B, a capacitor 5B, and an amplifier 8B.

図1に示す実施例1では受信アンテナ4からの情報を、発振波形を抵抗7及びコンデンサ5を用いて移相して受信アンテナ4からの信号に合成して合成波形の移相変化情報に直して使用しているが、この移相操作の為のローパスフィルタに用いる抵抗7及びコンデンサ5は温度特性を持っており各々の電気的定数が変化する。これら定数の温度変化は前記移相量を変化させる為、実施例1のセンサの出力は結果として温度ドリフト特性を持ち、センサの精度を低下させる。実施例10は、この温度ドリフトを低減させる構成を説明するものであり、センサとしての実用的な性能を向上させる構成について説明する。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the information from the receiving antenna 4 is phase-shifted from the oscillation waveform using the resistor 7 and the capacitor 5 and synthesized with the signal from the receiving antenna 4 to recover the phase shift change information of the synthesized waveform. However, the resistor 7 and the capacitor 5 used in the low-pass filter for this phase shift operation have temperature characteristics, and their electrical constants change. Since these constant temperature changes change the phase shift amount, the output of the sensor of the first embodiment has a temperature drift characteristic as a result, and the accuracy of the sensor is lowered. Example 10 describes a configuration for reducing this temperature drift, and describes a configuration for improving practical performance as a sensor.

さて、実施例1で受信アンテナ4からの情報が無い場合、発振波形を抵抗7及びコンデンサ5を用いて移相した信号のみが検波器9に送られる。従ってこの移相した発振波形の検波結果がセンサ出力の出力が0の点を与えることになる。本実施例が問題にしている温度ドリフトとは、このセンサ0点出力の温度ドリフトのことであるが、発振波形を用いて移相した発振波形を検波する本構成では、ドリフトの原因の殆どは、移相の過程で発生する。具体的な要因は上述したように、移相操作の為のローパスフィルタに用いる抵抗7及びコンデンサ5は温度特性を持っており各々の電気的定数が変化する為である。   When there is no information from the receiving antenna 4 in the first embodiment, only a signal whose phase is shifted by using the resistor 7 and the capacitor 5 is sent to the detector 9. Therefore, the detection result of the phase-shifted oscillation waveform gives a point where the output of the sensor output is zero. The temperature drift which is a problem in this embodiment is the temperature drift of the sensor 0 point output. In the present configuration in which the oscillation waveform shifted in phase using the oscillation waveform is detected, most of the causes of the drift are Occurs in the process of phase shift. As described above, the specific factor is that, as described above, the resistor 7 and the capacitor 5 used in the low-pass filter for the phase shift operation have temperature characteristics, and their electric constants change.

そこで、実施例10では検波用の参照信号を移相して使用することとする。即ち参照信号を第2の移相手段として抵抗7B及びコンデンサ5Bを用いてローパスフィルタを形成することにより移相した後、アンプ8Bを通して波形を整形することとする。更に受信部では、アンテナ4を設置するにあたり、アンテナ4自身及びアンテナ4設置場所までの電気的接続部のシールド線の持つ容量成分による位相の変化が発生しているので、本補正はこれらの容量と同量の容量付加を行うことにより完全なものとなる。即ち、図には示していないが、抵抗7及びコンデンサ5の連結部からアンテナ4までの電気的結線に使用する同軸ケーブルと同じものを、抵抗7B及びコンデンサ5Bの連結部に接続しておくとよい。またこの先端にアンテナ4と同等の容量を持つダミーアンテナを接続しておくとより補正の完成度が向上する。   Therefore, in the tenth embodiment, the reference signal for detection is used after being phase-shifted. That is, the reference signal is phase-shifted by forming a low-pass filter using the resistor 7B and the capacitor 5B as the second phase shift means, and then the waveform is shaped through the amplifier 8B. Furthermore, in the receiving unit, when the antenna 4 is installed, a phase change occurs due to the capacitive component of the antenna 4 itself and the shield wire of the electrical connection unit to the antenna 4 installation location. It becomes complete by adding the same amount of capacity. That is, although not shown in the drawing, if the same coaxial cable used for the electrical connection from the connecting portion of the resistor 7 and the capacitor 5 to the antenna 4 is connected to the connecting portion of the resistor 7B and the capacitor 5B. Good. Further, if a dummy antenna having a capacity equivalent to that of the antenna 4 is connected to the tip, the completeness of correction is further improved.

アンテナ部の容量が小さい場合は、アンプ移相用に用いる抵抗7B及びコンデンサ5Bに使用する素子は抵抗7及びコンデンサ5に用いるものとほぼ同じものを使用する。アンテナ部の容量が大きい場合は、アンテナ4と同等の容量を持ち、外部からシールドされた図示しないアンテナ4Bを抵抗7Bとコンデンサ5Bの接合部に接続するか、コンデンサ5Bの容量を調整して、検波部の移相量をアンテナ4による位相量に合わせるとよい。このような構成を用いることにより、受信波形に合成する移相発振波形と検波用に使用する移相発振波形はほぼ同じ信号となり、各々の回路素子の温度特性により各々の信号に発生する温度変化はほぼ同等となり、検波器9により検波された結果は各々の素子の温度変化に影響されず、結果として実施例10では温度ドリフトの少ないセンサを実現することが
できる。
When the capacity of the antenna unit is small, elements used for the resistor 7B and the capacitor 5B used for the amplifier phase shift are substantially the same as those used for the resistor 7 and the capacitor 5. When the capacity of the antenna part is large, the antenna 4B (not shown) having the same capacity as the antenna 4 and shielded from the outside is connected to the junction between the resistor 7B and the capacitor 5B, or the capacity of the capacitor 5B is adjusted, The amount of phase shift of the detector may be matched with the amount of phase by the antenna 4. By using such a configuration, the phase-shifted oscillation waveform combined with the received waveform and the phase-shifted oscillation waveform used for detection are substantially the same signal, and the temperature change that occurs in each signal due to the temperature characteristics of each circuit element Are substantially the same, and the result detected by the detector 9 is not affected by the temperature change of each element, and as a result, in the tenth embodiment, a sensor with little temperature drift can be realized.

[実施例11:図14〜図17]
次に、本発明の実施例11の近接センサの構成について説明する。実施例11の近接センサは、図20に示す実施例10の近接センサにおいて、発振器2からの信号を補強するバッファ6に使用するアンプの増幅率を非常に大きく取り、電源電圧を充分超えるまで増幅し、本実施例ではコンパレータとして使用する。
[Example 11: FIGS. 14 to 17]
Next, the configuration of the proximity sensor according to Example 11 of the present invention will be described. The proximity sensor according to the eleventh embodiment is the same as the proximity sensor according to the tenth embodiment shown in FIG. In this embodiment, it is used as a comparator.

コンパレータにより矩形波を生成して使用するのであれば、発振器2はAGC回路を付加して予め正弦波にする必要もなく、使用する電源により電力が制限されるため自動的に擬似的なレシオメトリックが実現し、本センサの出力をADコンバータを用いてデジタル化して使用する場合などは電源を共有することにより電源電圧変動の影響をキャンセルすることができる。   If a rectangular wave is generated and used by a comparator, the oscillator 2 does not need to be added with an AGC circuit to make a sine wave in advance, and the power is limited by the power source used, so that the pseudo ratiometric is automatically set. When the output of this sensor is digitized using an AD converter, the influence of the power supply voltage fluctuation can be canceled by sharing the power supply.

また、発振波形が矩形波ならば、周波数が高いが、安価で周波数の温度特性に優れた例えば水晶のATカット振動子を用いた発振器を用いることができ、FF等のデジタル回路を使用することにより周波数を分周すれば1つの発振器で様々な周波数を使用できる。   Also, if the oscillation waveform is a rectangular wave, the frequency is high, but it is possible to use an oscillator using, for example, a quartz AT-cut resonator that is inexpensive and excellent in frequency temperature characteristics, and uses a digital circuit such as an FF. If the frequency is divided by the above, various frequencies can be used by one oscillator.

発振波形を矩形波としてしまうことにより、波形の持つ振幅情報は失われ、温度特性として考慮する必要はなくなるので、温度の影響は位相情報だけに反映されることとなり、本実施例11に於いては実施例10の場合に比べて更に温度特性の向上が期待できる。   By making the oscillation waveform a rectangular wave, the amplitude information of the waveform is lost and there is no need to consider it as a temperature characteristic. Therefore, the influence of temperature is reflected only in the phase information. As compared with the case of Example 10, the temperature characteristics can be further improved.

発振波形以下全ての信号を矩形波にした場合の動作を以下詳細に説明する。図15に示すようにコンパレータ6により発振器の生成する発振波形が電圧レベルで制限される矩形波となると、移相発振波形はローパスフィルタの出口でノコギリ状の波形となるが、受信波形と合成後に再度アンプ8により充分な振幅まで増幅すると、移相発振波形は検波位置を示す発振波形を数十度移相した矩形波となる。また、受信波形が0でない場合に移相発振波形と合成後にアンプ8により充分な振幅まで増幅すると、合成波形は移相発振波形が受信波形の影響で更に移相された矩形波となる。   The operation when all signals below the oscillation waveform are rectangular waves will be described in detail below. As shown in FIG. 15, when the oscillation waveform generated by the oscillator by the comparator 6 becomes a rectangular wave limited by the voltage level, the phase-shifted oscillation waveform becomes a sawtooth waveform at the exit of the low-pass filter. When the amplifier 8 amplifies again to a sufficient amplitude, the phase-shifted oscillation waveform becomes a rectangular wave obtained by shifting the oscillation waveform indicating the detection position by several tens of degrees. Further, when the received waveform is not 0 and is amplified to a sufficient amplitude by the amplifier 8 after being combined with the phase-shifted oscillation waveform, the combined waveform becomes a rectangular wave in which the phase-shifted oscillation waveform is further phase-shifted due to the influence of the received waveform.

次に検波の実態を図16を用いて説明する。図16には、6段に亘って矩形波の波形を示してある。矩形波の下端はGND電位を示す0レベル、上端は電源電圧を示す1レベルを表すものとする。まず、最上段には、検波位置を示す発振波形を記す。2段目には移相発振波形を示すが、移相発振波形は発振波形か位相が例えば右方向に数十度ずれた、即ち遅れた波形として示してある。3段目には移相発振波形に受信波形を合成した合成波形を示すが、ここでは数度程度左に移相し、受信波形により位相が進んだ様子を示してある。   Next, the actual state of detection will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows the waveform of a rectangular wave over six stages. The lower end of the rectangular wave represents the 0 level indicating the GND potential, and the upper end represents the 1 level indicating the power supply voltage. First, an oscillation waveform indicating a detection position is shown in the uppermost stage. In the second stage, a phase-shifted oscillation waveform is shown. The phase-shifted oscillation waveform is shown as an oscillation waveform or a waveform whose phase is shifted by, for example, several tens of degrees in the right direction, that is, delayed. The third stage shows a composite waveform obtained by synthesizing the received waveform with the phase-shifted oscillation waveform. Here, the phase is shifted to the left by several degrees and the phase is advanced by the received waveform.

4段目には、初段の検波位置を示す発振波形により2段目の移相発振波形が検波された結果を示す。検波は発振波形による移相発振波形の論理積操作と同じであり、1レベルの区間が減少した様子が示されている。センサの0点はこの信号をLPFに通して直流とした電圧レベルで示される。5段目には、初段の検波位置を示す発振波形により3段目の合成波形が検波された結果を示す。検波は発振波形による合成波形の論理積操作と同じであり、4段目に示した受信波形が無い場合に比べて、この信号をLPFに通して直流とした電圧レベルが上昇するであろう様子が示されている。6段目には4段目に示した検波後の移相発振波形と検波後の合成波形の差異を示した。受信波形による影響はこの6段目の波形をLPFで平滑化して得られる電圧レベルとして捉えることができる。   The fourth stage shows the result of detecting the second-stage phase-shifted oscillation waveform using the oscillation waveform indicating the first-stage detection position. The detection is the same as the logical product operation of the phase-shifted oscillation waveform by the oscillation waveform, and the state in which the one-level section is reduced is shown. The zero point of the sensor is indicated by a voltage level in which this signal is passed through the LPF and converted into a direct current. The fifth stage shows the result of detection of the third-stage composite waveform using the oscillation waveform indicating the first-stage detection position. The detection is the same as the logical product operation of the synthesized waveform by the oscillation waveform, and the voltage level that makes this signal DC through the LPF will increase compared to the case where there is no received waveform shown in the fourth stage. It is shown. The sixth stage shows the difference between the phase-shifted oscillation waveform after detection shown in the fourth stage and the synthesized waveform after detection. The influence of the received waveform can be grasped as a voltage level obtained by smoothing the waveform at the sixth stage with the LPF.

ここで述べた移相発振波形の移相は上述の抵抗7及びコンデンサ5により成されたものであるが、この移相量は数十度と大きい。大きな移相を実現できることは、回路素子の温度変化の影響が大きいことを意味している。   The phase shift of the phase shift oscillation waveform described here is performed by the resistor 7 and the capacitor 5 described above, and the amount of phase shift is as large as several tens of degrees. Realization of a large phase shift means that the influence of the temperature change of the circuit element is large.

次に図17を用いて、検波用の参照信号を移相した場合について説明する。図17には、図16と同様に6段に亘って矩形波の波形を示してある。矩形波の下端はGND電位を示す0レベル、上端は電源電圧を示す1レベルを表すものとする。まず、最上段には、検波位置用の発振波形を抵抗7B及びコンデンサ5Bにより移相し、アンプ8Bにより2値化した様子を記す。2段目には移相発振波形を示すが、移相発振波形は発振波形を抵抗7及びコンデンサ5により移相し、アンプ8により2値化したものだが、これは1段目に示した移相検波位置とほぼ同じものになる。3段目には移相発振波形に受信波形を合成した合成波形を示すが、ここでは数度程度左に移相し、受信波形により位相が進んだ様子を示してある。   Next, the case where the phase of the reference signal for detection is shifted will be described with reference to FIG. FIG. 17 shows the waveform of a rectangular wave over six stages as in FIG. The lower end of the rectangular wave represents the 0 level indicating the GND potential, and the upper end represents the 1 level indicating the power supply voltage. First, in the uppermost stage, a state in which the oscillation waveform for the detection position is phase-shifted by the resistor 7B and the capacitor 5B and binarized by the amplifier 8B is described. The phase shift oscillation waveform is shown in the second stage. The phase shift oscillation waveform is a phase shift of the oscillation waveform by the resistor 7 and the capacitor 5 and binarized by the amplifier 8. This is the phase shift oscillation waveform shown in the first stage. It is almost the same as the phase detection position. The third stage shows a composite waveform obtained by synthesizing the received waveform with the phase-shifted oscillation waveform. Here, the phase is shifted to the left by several degrees and the phase is advanced by the received waveform.

4段目には、初段の検波位置を示す発振波形により2段目の移相発振波形が検波された結果を示す。検波は発振波形による移相発振波形の論理積操作と同じであり、双方がほぼ同等の移相を受けたため双方とほぼ同じになる様子が示されている。センサの0点はこの信号をLPFに通して直流とした電圧レベルで示される。5段目には、初段の検波位置を示す発振波形により3段目の合成波形が検波された結果を示す。検波は発振波形による合成波形の論理積操作と同じであり、4段目に示した受信波形が無い場合に比べて、この信号をLPFに通して直流とした電圧レベルが下降するであろう様子が示されている。6段目には4段目に示した検波後の移相発振波形と検波後の合成波形の差異を示した。受信波形による影響はこの6段目の波形をLPFで平滑化して得られる電圧レベルとして捉えることができるが、この量は検波用の波形の移相によって変化しないことが示される。   The fourth stage shows the result of detecting the second-stage phase-shifted oscillation waveform using the oscillation waveform indicating the first-stage detection position. The detection is the same as the logical product operation of the phase-shift oscillation waveform by the oscillation waveform, and it is shown that both are substantially the same because both have undergone the same phase shift. The zero point of the sensor is indicated by a voltage level in which this signal is passed through the LPF and converted into a direct current. The fifth stage shows the result of detection of the third-stage composite waveform using the oscillation waveform indicating the first-stage detection position. The detection is the same as the logical product operation of the composite waveform by the oscillation waveform, and the voltage level that makes this signal DC by passing this signal through the LPF will be lower than when there is no reception waveform shown in the fourth stage. It is shown. The sixth stage shows the difference between the phase-shifted oscillation waveform after detection shown in the fourth stage and the synthesized waveform after detection. The influence of the received waveform can be grasped as a voltage level obtained by smoothing the waveform of the sixth stage with the LPF, but this amount is not changed by the phase shift of the waveform for detection.

ここで述べた移相発振波形の移相は上述の抵抗7及びコンデンサ5により成されたものであるが、この移相量は数十度と大きい。一方、検波用の移相発振波形の移相は上述の抵抗7B及びコンデンサ5Bにより成されたものであるが、この移相量も数十度と大きい。大きな移相を実現できることは、回路素子の温度変化の影響が大きいことを意味しているが、双方同等の移相量としたことで、回路素子の温度変化による位相ズレの影響は互いに打ち消され、検波結果に殆ど影響しなくなる。また検波用波形の移相により受信波形の影響が検波結果の電圧出力の方向に影響することには注意を要する。   The phase shift of the phase shift oscillation waveform described here is performed by the resistor 7 and the capacitor 5 described above, and the amount of phase shift is as large as several tens of degrees. On the other hand, the phase shift of the phase-shift oscillation waveform for detection is performed by the resistor 7B and the capacitor 5B, and the amount of phase shift is as large as several tens of degrees. Realizing a large phase shift means that the influence of the temperature change of the circuit element is large, but by setting both phase shift amounts to the same, the influence of the phase shift due to the temperature change of the circuit element cancels each other out. The detection result is hardly affected. It should be noted that the influence of the received waveform on the phase of the detection waveform affects the direction of the voltage output of the detection result.

[実施例12:図18〜図19]
次に、本発明の実施例12の近接センサの構成について説明する。本実施例に於いてもバッファ6にはコンパレータの機能を持たせ、これ以降の信号には矩形波信号を用いている。図18は、実施例12の近接センサ1Wの構成を示す回路図である。本回路に於いては位相検波に乗算素子を用いず、排他的論理和素子を用いている。これまでの説明で示したように、矩形波信号においてはデジタル回路に於ける演算が適用できる。位相検波には通常乗算素子を想定しているが、実施例11に於いては論理積素子を用いた。本実施例を説明する図18に於いて使用する素子として実施例11の説明に用いた図14に示した構成と異なるのは、この位相検波用の論理積素子が排他的論理和素子99に置き換わったことだけである。
[Example 12: FIGS. 18 to 19]
Next, the configuration of the proximity sensor according to Example 12 of the present invention will be described. Also in this embodiment, the buffer 6 has a function of a comparator, and a rectangular wave signal is used for the subsequent signals. FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a configuration of the proximity sensor 1W according to the twelfth embodiment. In this circuit, an exclusive OR element is used for phase detection without using a multiplication element. As shown in the description so far, the calculation in the digital circuit can be applied to the rectangular wave signal. In the phase detection, a multiplication element is normally assumed. In the eleventh embodiment, an AND element is used. The element used in FIG. 18 for explaining the present embodiment is different from the structure shown in FIG. 14 used for the explanation of the eleventh embodiment. This logical product element for phase detection is changed to an exclusive OR element 99. It has only been replaced.

図19を用いて本実施例の動作を説明する。図19には、図17と類似に5段に亘って矩形波の波形を示してある。矩形波の下端はGND電位を示す0レベル、上端は電源電圧を示す1レベルを表すものとする。まず、最上段には、検波位置用の発振波形を抵抗7B及びコンデンサ5Bにより移相し、アンプ8Bにより2値化した様子を記す。2段目には移相発振波形を示すが、移相発振波形は発振波形を抵抗7及びコンデンサ5により移相し、アンプ8により2値化したものだが、これは1段目に示した移相検波位置とほぼ同じものになる。3段目には移相発振波形に受信波形を合成した合成波形を示すが、ここでは数度程度左に移相し、受信波形により位相が進んだ様子を示してある。   The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows the waveform of a rectangular wave over five stages, similar to FIG. The lower end of the rectangular wave represents the 0 level indicating the GND potential, and the upper end represents the 1 level indicating the power supply voltage. First, in the uppermost stage, a state in which the oscillation waveform for the detection position is phase-shifted by the resistor 7B and the capacitor 5B and binarized by the amplifier 8B is described. The phase shift oscillation waveform is shown in the second stage. The phase shift oscillation waveform is a phase shift of the oscillation waveform by the resistor 7 and the capacitor 5 and binarized by the amplifier 8. This is the phase shift oscillation waveform shown in the first stage. It is almost the same as the phase detection position. The third stage shows a composite waveform obtained by synthesizing the received waveform with the phase-shifted oscillation waveform. Here, the phase is shifted to the left by several degrees and the phase is advanced by the received waveform.

4段目には、初段の検波位置を示す発振波形により2段目の移相発振波形が排他的論理和された結果を示す。排他的論理和操作は2つの信号に相違がなければ出力は0になるので、この操作により、出力が全て0になる様子が示してある。5段目には、初段の検波位置を示す発振波形により3段目の合成波形が排他的論理和された結果を示す。排他的論理和により受信波形により位相の変化した合成波形は、この位相の変化分だけ初段に示した参照信号と異なり、4段目に示した全く差異が無い場合に比べて、位相ズレの発生を反映する信号の全てのエッジに1の信号が発生する。5段目に示した受信波形を反映する排他的論理和の波形は、実施例11に示した受信波形を反映する論理積波形に比べて1となる量が丁度2倍になっている。これは論理積に於いては矩形波信号の変化における立ち上がりもしくは立ち下がりの一方の情報のみ捉えるのに対して、排他的論理和ではその双方の情報を捉えることができることを反映している。別の言い方では、実施例11の構成が半波整流だったのに対して本実施例の構成では全波整流を実現していることになる。   The fourth stage shows the result of exclusive ORing the second-stage phase-shifted oscillation waveform with the oscillation waveform indicating the detection position of the first stage. In the exclusive OR operation, if there is no difference between the two signals, the output becomes 0, so that the output becomes all 0 by this operation. The fifth stage shows the result of exclusive OR of the synthesized waveform of the third stage with the oscillation waveform indicating the detection position of the first stage. Compared to the reference signal shown in the first stage, the synthesized waveform whose phase is changed by the received waveform due to exclusive OR is different from the reference signal shown in the first stage by the amount of this phase change. 1 signal is generated at all edges of the signal reflecting. The exclusive OR waveform reflecting the received waveform shown in the fifth stage is exactly twice as much as the logical product waveform reflecting the received waveform shown in the eleventh embodiment. This reflects that only one of the rising and falling information in the change of the rectangular wave signal can be grasped in the logical product, whereas both information can be grasped in the exclusive logical sum. In other words, the configuration of the eleventh embodiment is half-wave rectification, whereas the configuration of the present embodiment realizes full-wave rectification.

このように本実施例では論理積による矩形波検波を排他的論理和による矩形波検波に置き換えただけで、2倍の情報が取れる全波整流を実現している。   As described above, in this embodiment, full-wave rectification capable of taking twice as much information is realized only by replacing rectangular wave detection by logical product with rectangular wave detection by exclusive OR.

[送信アンテナおよび受信アンテナの構成例:図20〜図35]
次に、上述した近接センサの各実施例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20から図35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. 20 to 35]
Next, the configuration of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 used in each embodiment of the proximity sensor described above will be described. 20 to 35 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20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21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. 20, 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20および図21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22から図25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. 20 and 21, even if the distance between the test object and the antenna is the same, the output of the proximity sensor differs if the direction of movement of the test object with respect to the antenna is different. End up.
Hereinafter, with reference to FIGS. 22 to 25, the configuration of the transmitting antenna 3 and the receiving 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22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. 22 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22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22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22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. 22, 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. 22, 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 separated by a predetermined distance. Can do.
Therefore, the antenna configured as shown in FIG. 22 can be configured such that the output of the proximity sensor does not depend on the moving direction of the test object with respect to the antenna but depends on the distance between the antenna and the test object.

図23に示す構成のアンテナは、図22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24に示す構成のアンテナは、図22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23、図24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. 23 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. 24 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. 23 and 24, it is possible to improve the reception sensitivity of the antenna. The reception sensitivity of the antenna increases with the number of rings.

図25に示す構成のアンテナは、図24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22から図24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. 25 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26は、図25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26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26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. 26 illustrates an experiment using the proximity sensor 1c according to the third embodiment including the antenna having the configuration illustrated in FIG. 25. As a result of the experiment, the test object close to the antenna and the output voltage of the sensor are measured. Show the relationship. A human finger is used as the test object. In FIG. 26, 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. 26 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26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26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. 26, 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. As shown in FIG. 26, the output is buried in the noise at a distance exceeding 5 cm, and measurement becomes impossible.

また図26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. 26, 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22から図25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20から図25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。
22 to 25 show an example in which the rod-shaped transmission antenna 3 and the ring-shaped reception antenna 4 are provided. However, 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. 20 to 25 are antenna configurations optimized for sensitivity when the installation environment is not so limited.

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の異なる位置に配置すれば、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する位置検出装置を構成することが出来る。この位置検出装置による被検物体の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 transmission antenna and the reception antenna of the proximity sensor of the present invention are arranged at different positions on the display, it is possible to configure a position detection device that detects the position of the test object located in the three-dimensional region on the display. The input device can be configured by controlling the input to the device in accordance with the three-dimensional position information of the object to be examined by this position detection device.

以下に、このような位置検出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27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 a position detection device will be described. FIG. 27 is a first configuration example of the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate.

図27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22から図25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. 27 includes a transmitting antenna 3f and a receiving antenna 4f formed on a transparent substrate 25 such as glass or resin in a ring shape by transparent wiring using a transparent electrode such as ITO. The pattern of the receiving antenna 4f is formed concentrically around the pattern of the transmitting antenna 3f. By forming the transmitting antenna and the receiving 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27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.
In FIG. 27, an example in which the transmission antenna and the reception antenna are formed in one ring-shaped pattern is shown, but one or both of the transmission antenna and the reception antenna may be formed in 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27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27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. 27 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. 27 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28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28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. 28 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. 28, a 1/4 arc transmission antenna 3g1 and a reception antenna 4g1 are connected to the transparent substrate 25 by transparent wiring using a transparent electrode such as ITO at the corner 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28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. 28, only wiring from the transmitting antenna 3g1 and the receiving antenna 4g1 is shown.

図28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. 28, by forming the transmitting antenna and the receiving antenna in a quarter arc shape, the vicinity of the center of the ring that is not suitable for detection can be positioned at the corner of the rectangular region. This makes it possible to correctly detect an object located in the three-dimensional space on the display area.

また、図28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. 28, 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29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29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. 29 shows a third configuration example of the transmission antenna 3 and the reception antenna 4 formed using a transparent electrode on a transparent substrate. In the antenna configuration shown in FIG. 29, arc-shaped transmitting antennas 3h1-3h4 and receiving 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29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. 29, only wiring from the transmitting antenna 3h1 and the receiving antenna 4h1 is shown.

図29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. 29, 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29に示す構成のアンテナでは、図28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。   Thus, in the antenna having the configuration shown in FIG. 29, compared to the antenna formed by the ¼ arc shown in FIG. It becomes possible to detect.

図30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30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. 30 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. 30, the transmitting antenna 3 i 1-3 i 4 and the receiving antenna 4 i 1-4 i 4 each have a double 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30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。   The transmitting antenna 3i1 and the receiving antenna 4i1, the transmitting antenna 3i2 and the 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. 30, only the wiring from the transmitting antenna 3i1 and the receiving antenna 4i1 is shown.

図30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30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. 30, the transmission antennas 3i1-3i4 and the reception antennas 4i1-4i4 are each formed in a double ¼ arc-shaped pattern, so that the reception 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.
FIG. 30 shows an example in which both the transmission antenna and the reception antenna are formed with a double arc pattern. However, 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31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31に示すアンテナの構成では、図30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. 31 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. 31, similarly to FIG. 30, 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31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. 31, only the wiring from the transmitting antenna 3j1 and the receiving antenna 4j1 is shown.

図31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. 31 further includes transmission antennas 3j5-3j6 and reception antennas 4j5-4j6 formed in a double half arc pattern on the side of the transparent substrate 25. 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31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27〜図30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31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27から図31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. 31, it is possible to detect an object in a wider inspection region as compared with the configurations of FIGS. 27 to 30 in which the antennas are arranged only at the corners of the transparent substrate. Become. FIG. 31 shows an example in which both the transmitting antenna and the receiving antenna are formed with a double arc pattern, but either one or both antennas may be formed with one arc pattern. 27 to 31 show an example in which the reception antenna 4 is formed surrounding the transmission antenna 3, the transmission antenna 3 may be formed surrounding the reception antenna 4.

図32に示すアンテナ構成は、送信アンテナ3D、3L、3U,3Rを、分割されたリング状に配置し、これらに対向する位置に、点状の受信アンテナ4D、4L、4U,4Rを配置したものである。図1に示すような近接センサを4組用いることで、図28等に示すアンテナ構成と同様に、位置検出装置を構成することができる。   In the antenna configuration shown in FIG. 32, the transmission antennas 3D, 3L, 3U, and 3R are arranged in a divided ring shape, and the point-shaped reception antennas 4D, 4L, 4U, and 4R are arranged at positions facing these. Is. By using four sets of proximity sensors as shown in FIG. 1, the position detection device can be configured similarly to the antenna configuration shown in FIG.

ここで、図1に示した回路に対して、図22に示すリング状アンテナ4と点状アンテナ3のセットの感度の中心位置について詳細な実験を行うと、当然ながら感度の中心は点状アンテナ3の位置である。   Here, when a detailed experiment is performed on the center position of the sensitivity of the set of the ring antenna 4 and the point antenna 3 shown in FIG. 22 with respect to the circuit shown in FIG. 3 position.

さて、このリング状と点状の送受信アンテナは、リングの半径が大きいほど近接センサとしての感度が向上する。逆にリングの大きさを小さくすると近接センサとしての感度が低下する。従ってリングの大きさは、あまり小さくすることができない。実施例4において、図22に示した単純なリングと点状のアンテナを用いた実験結果によると、5V電源で運用する近接センサでは、リングの半径を1cmとした場合、図26に示したように5cm程度の有効な感度距離を実現できた。もしもこの有効感度距離を必要とする場合は、リング状アンテナの直径は1cm程度必要である。   In the ring-shaped and point-shaped transmission / reception antennas, the sensitivity as a proximity sensor improves as the radius of the ring increases. Conversely, if the size of the ring is reduced, the sensitivity as a proximity sensor decreases. Therefore, the size of the ring cannot be made too small. In Example 4, according to the experimental results using the simple ring and the pointed antenna shown in FIG. 22, in the proximity sensor operated with the 5V power source, when the radius of the ring is 1 cm, as shown in FIG. An effective sensitivity distance of about 5 cm can be realized. If this effective sensitivity distance is required, the ring antenna needs to have a diameter of about 1 cm.

一方、図33に示すようにリング状アンテナ4に相対的な点状アンテナ3の位置をリン
グ状アンテナ4の中心位置から移動したところ、感度は殆ど変化なく、感度の中心は点状アンテナ3の位置に移動した。このことは、リング状アンテナ4の位置を変えなくても、点状アンテナ3の位置を変えるだけでアンテナセットの配置を変更できることを示している。このリング状のアンテナに対して、内側に位置する点状のアンテナの位置を変更することでアンテナセット配置を変更できることを利用したアンテナの構成を以下に説明する。
On the other hand, when the position of the point antenna 3 relative to the ring antenna 4 is moved from the center position of the ring antenna 4 as shown in FIG. Moved to position. This indicates that the arrangement of the antenna set can be changed only by changing the position of the point antenna 3 without changing the position of the ring antenna 4. The configuration of the antenna using the fact that the antenna set arrangement can be changed by changing the position of the point-like antenna located inside the ring-shaped antenna will be described below.

図34は、図9に示す実施例5の位近接センサ1Xに用いるアンテナ構成の例である。図34に示す構成では、送信アンテナ3をリングアンテナとし、各々の受信アンテナ4R,4L,4U,4Dを点状アンテナとし、各々上下左右に対向するもの同士の間隔をdとして配置した様子を示した。この構成においては、図9の回路の場合、dの値をリングアンテナ3の直径に近づけることにより、4セットの近接センサの送受信アンテナを1cm程度離して配置するにもかかわらず、アンテナが占有するのは直径1cm程度の領域で足りることになる。   FIG. 34 shows an example of an antenna configuration used for the proximity sensor 1X of the fifth embodiment shown in FIG. The configuration shown in FIG. 34 shows a state in which the transmitting antenna 3 is a ring antenna, the receiving antennas 4R, 4L, 4U, and 4D are dot antennas, and the distance between the vertically opposing left and right is set as d. It was. In this configuration, in the case of the circuit of FIG. 9, the antenna occupies despite the fact that the transmission / reception antennas of the four sets of proximity sensors are arranged approximately 1 cm apart by bringing the value of d close to the diameter of the ring antenna 3. The area of about 1 cm in diameter is sufficient.

図35は、図10に示す実施例6の位近接センサ1Yに用いるアンテナ構成の例である。図35に示す構成では、受信アンテナ4をリングアンテナとし、各々の送信アンテナ4R、4L、4U、4Dを点状アンテナとし、各々上下左右に対向するもの同士の間隔をdとして配置した様子を示した。この構成においては、図10の回路の場合、dの値をリングアンテナ4の直径に近づけることにより、4セットの近接センサの送受信アンテナを1cm程度離して配置するにもかかわらず、アンテナが占有するのは直径1cm程度の領域で足りることになる。   FIG. 35 is an example of an antenna configuration used for the proximity sensor 1Y of the sixth embodiment shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 35, the reception antenna 4 is a ring antenna, the transmission antennas 4R, 4L, 4U, and 4D are dot antennas, and the distance between each of the antennas facing each other vertically and horizontally is shown as d. It was. In this configuration, in the case of the circuit of FIG. 10, the antenna occupies despite the fact that the transmission / reception antennas of the four sets of proximity sensors are arranged approximately 1 cm apart by bringing the value of d close to the diameter of the ring antenna 4. The area of about 1 cm in diameter is sufficient.

図32に示すアンテナ構成では、各々のアンテナの感度の対称性が充分でなく、近接センサの感度が距離だけに依存するという条件を満たすことができない。しかし、図34及び図35に示すアンテナ構成により、狭い領域に、感度出力の対称性の良い複数のアンテナを互いに離して配置し、近接センサの感度が距離だけに依存する構成を実現することができる。   In the antenna configuration shown in FIG. 32, the sensitivity of each antenna is not sufficiently symmetrical, and the condition that the sensitivity of the proximity sensor depends only on the distance cannot be satisfied. However, with the antenna configuration shown in FIGS. 34 and 35, a plurality of antennas having good symmetry of sensitivity output can be arranged apart from each other in a narrow region, and a configuration in which the sensitivity of the proximity sensor depends only on the distance can be realized. it can.

図34及び図35に示すアンテナ構成を用いた位置検出装置により、一つの非接触のボタンに空間入力装置として、方向指示もしくは入力機能を持たせることが可能となる。ボタンという概念は、一般にその存在領域を限定された小さな領域と規定している。本実施例5に於いてはこの領域として1平方cm程度の大きさと想定する。   With the position detection device using the antenna configuration shown in FIGS. 34 and 35, it is possible to give a direction instruction or input function to one non-contact button as a spatial input device. The concept of a button generally defines its existence area as a limited small area. In the fifth embodiment, it is assumed that this area has a size of about 1 square cm.

リング状アンテナの直径を1cmとし、縦横2方向の動作検出に必要な近接センサの個数を4個とすると、4個のリングアンテナを一つのボタン内に収納しなければならないので、これら4個のリングアンテナの中心を正方形の頂点に配置したとしても、ボタンの大きさは最低2cm角が必要となる。そして、この場合の4組の各近接センサのアンテナセットの仮想中心間距離は1cm程度である。   If the diameter of the ring antenna is 1 cm and the number of proximity sensors required for motion detection in the two directions is four, the four ring antennas must be housed in one button. Even if the center of the ring antenna is arranged at the apex of the square, the size of the button needs to be at least 2 cm square. In this case, the distance between the virtual centers of the antenna sets of the four proximity sensors is about 1 cm.

本発明の近接センサにおいて、図27から図31に示すような構成で、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する位置検出装置を構成することが出来る。この位置検出装置による被検物体の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。また、図33から図35に示すような構成によりボタンという概念で示されるような小さな領域に複数の、ほぼ距離だけに依存する感度をもたらすアンテナを備えたことによる位置検出装置を構成することができる。   In the proximity sensor of the present invention, a transmission antenna and a reception antenna formed with transparent electrodes on a transparent substrate are used as shown in FIG. 27 to FIG. It is possible to configure a position detection device that detects the position of the test object located in the three-dimensional region. The input device can be configured by controlling the input to the device in accordance with the three-dimensional position information of the object to be examined by this position detection device. In addition, a position detecting device having a plurality of antennas that provide sensitivity depending almost only on a distance in a small region as indicated by the concept of a button can be configured by the configuration shown in FIGS. 33 to 35. it can.

1a、1b、1c、1d、1X、1Y、1Z、1U、1V、1W、2a、2b、2c、2d 近接センサ
2 発振器
3、3a、3b、3c、3d、3f、3g1−3g4、3h1−3h4、3i1−3i4、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、5S 寄生容量またはコンデンサ
6、6D、6L、6R、6U バッファ
6S1、6S2 増幅器
7、7D、7L、7R、7U、7T 抵抗
7M、7LT インダクタ
8、8D,8L,8R、8U 増幅器
9 位相検波器
10 LPF
11 出力端子
12 加算回路
13A、13B 分周器
14 対数増幅回路
15、16 シールド
17 トランジスタ
18 オペアンプ
19 抵抗
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
102 発振器
103 送信アンテナ
104 受信アンテナ
107 抵抗
108 コンデンサ
109 位相検波器
110 LPF
111 出力端子
1a, 1b, 1c, 1d, 1X, 1Y, 1Z, 1U, 1V, 1W, 2a, 2b, 2c, 2d proximity sensor 2 oscillator 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3f, 3g1-3g4, 3h1-3h4 3i1-3i4, 3j1-3j6 Transmitting antenna 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g1-4g4, 4h1-4h4, 4i1-4i4, 4j1-4j6 Receiving antenna 5, 5S Parasitic capacitance or capacitor 6, 6D, 6L, 6R, 6U Buffer 6S1, 6S2 Amplifier 7, 7D, 7L, 7R, 7U, 7T Resistor 7M, 7LT Inductor 8, 8D, 8L, 8R, 8U Amplifier 9 Phase detector 10 LPF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Output terminal 12 Adder circuit 13A, 13B Frequency divider 14 Logarithmic amplifier circuit 15, 16 Shield 17 Transistor 18 Operational amplifier 19 Resistance 25 Transparent substrate 27 Connection terminal 28 Connection terminal 30 Booster circuit 31 Amplification circuit 102 Oscillator 103 Transmission antenna 104 Reception antenna 107 Resistor 108 Capacitor 109 Phase detector 110 LPF
111 Output terminal

Claims (11)

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、
前記交流信号発生源からの信号を移相する第1の移相手段と、
前記第1の移相手段で移相された信号と前記受信アンテナで受信した信号とを合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された合成信号を、前記交流信号発生源の信号で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,
First phase-shifting means for phase-shifting a signal from the AC signal source;
Combining means for combining the signal phase-shifted by the first phase-shifting means and the signal received by the receiving antenna;
And a phase detection means for detecting a phase of the synthesized signal synthesized by the synthesis means using a signal of the AC signal generation source.
前記第1の移相手段として、前記送信アンテナと前記合成手段とを接続する抵抗またはインダクタを備える
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, further comprising: a resistor or an inductor that connects the transmitting antenna and the combining unit as the first phase shifting unit.
前記第1の移相手段および前記受信アンテナによる移相量に応じて、前記交流信号発生源からの信号を移相する第2の移相手段を備え、
前記位相検波手段は、前記合成手段で合成された合成信号を、前記第2の移相手段で移相された信号で移相検波する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の近接センサ。
In accordance with the amount of phase shift by the first phase shift means and the receiving antenna, the second phase shift means for phase shifting the signal from the AC signal generation source,
3. The proximity sensor according to claim 1 , wherein the phase detection unit performs phase shift detection on the synthesized signal synthesized by the synthesis unit using the signal phase-shifted by the second phase shifting unit. .
前記位相検波手段は、2値化された前記合成信号を、2値化された前記交流信号発生源の信号で位相検波する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の近接センサ。
Said phase detecting means, the binarized said composite signal, as claimed in any one of claims 1 to 3, characterized in that the phase detection in the binarized signal of the AC signal generating source Proximity sensor.
前記受信アンテナと基準電位とを接続する抵抗を備える
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a resistor that connects the receiving antenna and a reference potential.
前記受信アンテナと基準電位とを接続する抵抗及びインダクタを備える
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の近接センサ。
Proximity sensor according to claim 1, any one of 5, characterized in that it comprises a resistor and an inductor connecting the receiving antenna and the reference potential.
前記受信アンテナで受信した信号を増幅する第1の増幅器と、
前記第1の移相手段で移相された信号を増幅する第2の増幅器と、を備え、
前記合成手段として、前記第1の増幅器と前記第2の増幅器とで増幅された信号を加算する加算器を備える
ことを特徴とする請求項またはに記載の近接センサ。
A first amplifier for amplifying a signal received by the receiving antenna;
A second amplifier for amplifying the signal phase-shifted by the first phase-shifting means,
As the combining means, the proximity sensor according to claim 5 or 6, characterized in that it comprises an adder for adding the signal amplified by said first amplifier and said second amplifier.
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からのいずれか一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 any one of claims 1 to 7 , further comprising: an amplifying unit that amplifies a signal of the AC signal generation source by a power supply system boosted by the boosting unit.
前記交流信号発生源と前記送信アンテナとの間に、分周器を備える
ことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a frequency divider between the AC signal generation source and the transmission antenna.
前記交流信号発生源から発する電波を遮蔽する遮蔽手段を備える
ことを特徴とする請求項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to claim 9 , further comprising shielding means for shielding radio waves emitted from the AC signal generation source.
前記移相検波手段の後段に、対数増幅回路を備える
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の近接センサ。
The proximity sensor according to any one of claims 1 to 10 , further comprising a logarithmic amplifier circuit in a subsequent stage of the phase shift detection means.
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