(57)【要約】【課題】２つのコイル間の距離を検出する近接センサを提供する。【解決手段】基準信号生成回路部と、第１コイルと、第２コイルと、クロック信号生成回路部と、スイッチトキャパシタ回路部と、を備えており、前記基準信号生成回路部が、前記第１コイルに第１交流電圧を印加するとともに、前記第１交流電圧と同期する基準信号を前記クロック信号生成回路部に送信し、前記第１コイルと磁界結合している前記第２コイルが、前記第１コイルと前記第２コイルの結合係数と相関関係にある第２交流電圧を発生させ、前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に対応した複数のクロック信号を前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、前記スイッチトキャパシタ回路部が、複数の前記クロック信号のそれぞれが変化するタイミングで、前記第２交流電圧を取得することにより、前記第１コイルと前記第２コイルの間の距離を検出する、近接センサを提供する。【選択図】図１
2020102803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号生成回路部と、
第１コイルと、
第２コイルと、
クロック信号生成回路部と、
スイッチトキャパシタ回路部と、を備えており、
前記基準信号生成回路部が、前記第１コイルに第１交流電圧を印加するとともに、前記第１交流電圧と同期する基準信号を前記クロック信号生成回路部に送信し、
前記第１コイルと磁界結合している前記第２コイルが、前記第１コイルと前記第２コイルの結合係数と相関関係にある第２交流電圧を発生させ、
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に対応した複数のクロック信号を前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、複数の前記クロック信号のそれぞれが変化するタイミングで、前記第２交流電圧を取得することにより、
前記第１コイルと前記第２コイルの間の距離を検出する、
近接センサ。
【請求項２】
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が負側から正側に変化した直後のタイミングで変化する第１クロック信号と、前記第２交流電圧が負側から正側に変化する直前のタイミングで変化する第２クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第２クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との電圧差を取得する、
請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記スイッチトキャパシタ回路部が、
複数の充電スイッチと、
複数の放電スイッチと、
複数のサンプリングキャパシタと、
差動増幅器と、を備えている、
請求項１に記載の近接センサ。
【請求項４】
それぞれの前記充電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記充電スイッチがオンまたはオフされ、
それぞれの前記放電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記放電スイッチがオンまたはオフされ、
それぞれの前記サンプリングキャパシタが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオンされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオフされることにより、前記スイッチトキャパシタ回路部に入力された前記第２交流電圧を充電し、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオフされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオンされることにより、前記第２交流電圧を放電し、
前記差動増幅器が、それぞれの前記サンプリングキャパシタが放電した前記第２交流電圧を増幅して出力する、
請求項３に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が正側から負側に変化した直後のタイミングで変化する第３クロック信号と、前記第２交流電圧が正側から負側に変化する直前のタイミングで変化する第４クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記電圧差を第１電圧差とし、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第３クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第４クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との第２電圧差と、前記第１電圧差とを取得する、
請求項２に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１電圧差と、前記第２電圧差との差分を取得する、
請求項５に記載の近接センサ。
【請求項７】
ＡＤコンバーターをさらに備えており、
前記ＡＤコンバーターが、前記スイッチトキャパシタ回路部の出力電圧をデジタル信号に変換して、電圧信号を出力する、
請求項１に記載の近接センサ。
【請求項８】
結合係数算出部をさらに備えており、
前記結合係数算出部が、前記電圧信号に基づいて、前記第１コイルと前記第２コイルの前記結合係数を算出する、
請求項７に記載の近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検知体と検知コイルとの距離を検出する場合に、検知コイルに流れる電流等の解析により、その距離が検出できることが知られている。
【０００３】
特許文献１では、検知コイルに流れる電流の流れやすさを示すコンダクタンスが、被検知体と検知コイルの間の距離に応じて変化することが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁界結合している２つのコイル間の距離と、一方のコイルに誘起される誘導起電力のパルス波の振幅が相関関係にある。そのため、この振幅の取得による２つのコイル間の距離の検出は、理論上は可能である。
【０００６】
しかしながら、このパルス波がデューティ比等に依存して複雑に歪むため、実際にはこの振幅の取得は極めて困難である。
【０００７】
そこで、本技術は、シンプルな構成でありながら、コイルに発生する誘導起電力のパルス波の振幅を高精度に取得することにより、コイル間の距離を検出する近接センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術は、基準信号生成回路部と、第１コイルと、第２コイルと、クロック信号生成回路部と、スイッチトキャパシタ回路部と、を備えており、前記基準信号生成回路部が、前記第１コイルに第１交流電圧を印加するとともに、前記第１交流電圧と同期する基準信号を前記クロック信号生成回路部に送信し、前記第１コイルと磁界結合している前記第２コイルが、前記第１コイルと前記第２コイルの結合係数と相関関係にある第２交流電圧を発生させ、前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に対応した複数のクロック信号を前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、前記スイッチトキャパシタ回路部が、複数の前記クロック信号のそれぞれが変化するタイミングで、前記第２交流電圧を取得することにより、前記第１コイルと前記第２コイルの間の距離を検出する、近接センサを提供する。
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が負側から正側に変化した直後のタイミングで変化する第１クロック信号と、前記第２交流電圧が負側から正側に変化する直前のタイミングで変化する第２クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第２クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との電圧差を取得してもよい。
前記スイッチトキャパシタ回路部が、複数の充電スイッチと、複数の放電スイッチと、複数のサンプリングキャパシタと、差動増幅器と、を備えることができる。
それぞれの前記充電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記充電スイッチがオンまたはオフされ、それぞれの前記放電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記放電スイッチがオンまたはオフされ、それぞれの前記サンプリングキャパシタが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオンされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオフされることにより、前記スイッチトキャパシタ回路部に入力された前記第２交流電圧を充電し、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオフされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオンされることにより、前記第２交流電圧を放電し、前記差動増幅器が、それぞれの前記サンプリングキャパシタが放電した前記第２交流電圧を増幅して出力してもよい。
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が正側から負側に変化した直後のタイミングで変化する第３クロック信号と、前記第２交流電圧が正側から負側に変化する直前のタイミングで変化する第４クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、前記電圧差を第１電圧差とし、前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第３クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第４クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との第２電圧差と、前記第１電圧差と、を取得してもよい。
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１電圧差と、前記第２電圧差との差分を取得してもよい。
また、本技術は、ＡＤコンバーターをさらに備えており、前記ＡＤコンバーターが、前記スイッチトキャパシタ回路部の出力電圧をデジタル信号に変換して、電圧信号を出力する、近接センサを提供する。
また、本技術は、結合係数算出部をさらに備えており、前記結合係数算出部が、前記電圧信号に基づいて、前記第１コイルと前記第２コイルの前記結合係数を算出する、近接センサを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技術に係る近接センサの全体構成図である。
【図２】本技術に係る電圧のパルス波と信号のタイミングチャートである。
【図３】本技術に係るスイッチトキャパシタ回路の構成図である。
【図４】本技術に係る電圧のパルス波と信号のタイミングチャートである。
【図５】本技術に係るスイッチトキャパシタ回路の構成図である。
【図６】本技術に係る近接センサの全体構成図である。
【図７】本技術に係る近接センサの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．本技術に係る第１の実施形態（基本構成）
２．本技術に係る第２の実施形態（ＡＤコンバーター）
３．本技術に係る第３の実施形態（結合係数算出部）
【００１１】
１．本技術に係る第１の実施形態（基本構成）
【００１２】
本技術に係る近接センサの全体構成図を図１に示す。図１に示すように、本技術に係る近接センサは、基準信号生成回路部３０と、第１コイル１０と、第２コイル２０と、クロック信号生成回路部４０と、スイッチトキャパシタ回路部５０と、を備えている。
【００１３】
基準信号生成回路部３０と第１コイル１０が接続されている。基準信号生成回路部３０とクロック信号生成回路部４０が接続されている。クロック信号生成回路部４０とスイッチトキャパシタ回路部５０が接続されている。スイッチトキャパシタ回路部５０と第２コイル２０が接続されている。
【００１４】
基準信号生成回路部３０は、第１コイル１０に第１交流電圧ＶＲを印加する。あわせて、基準信号生成回路部３０は、第１交流電圧ＶＲと同期する基準信号Ｒをクロック信号生成回路部４０に送信する。
【００１５】
この基準信号Ｒは、第１交流電圧ＶＲのＨｉｇｈ区間の情報を持っている。なお、基準信号Ｒのパルス波と、第１交流電圧ＶＲのパルス波が同じ形状であってもよい。
【００１６】
第１コイル１０と第２コイル２０は磁界結合している。そのため、第１コイル１０に第１交流電圧ＶＲが印加されると、第１コイル１０の内部に磁場ｆが発生する。第１コイル１０と第２コイル２０が接近していれば、第１コイル１０の磁場ｆが第２コイルに影響を与え、第１コイル１０と第２コイル２０の結合係数の大きさに応じて、第２コイル２０に誘導起電力が発生する。この誘導起電力を第２交流電圧ＶＩＮとする。
【００１７】
この結合係数と、コイル間の距離ｉが相関関係にあることが知られている。したがって、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅から、コイル間の距離ｉが導出できる。なお、具体的な導出手順は後述する。
【００１８】
なお、図１において、第１コイル１０及び第２コイル２０の内部は空洞となっているが、第２コイル２０に発生する誘導起電力を大きくするために、第１コイル１０又は第２コイル２０の内部に鉄心等を挿入してもよい。
【００１９】
クロック信号生成回路部４０は、基準信号Ｒに対応した複数のクロック信号をスイッチトキャパシタ回路部５０に送信する。スイッチトキャパシタ回路部５０は、複数のクロック信号のそれぞれが変化するタイミングで、第２交流電圧ＶＩＮを取得する。
【００２０】
さらに詳しく説明すると、クロック信号生成回路部４０は、基準信号Ｒに基づいて、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が負側から正側に変化した直後のタイミングで変化する第１クロック信号と、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が負側から正側に変化する直前のタイミングで変化する第２クロック信号とをスイッチトキャパシタ回路部５０に送信する。基準信号Ｒと第１交流電圧ＶＲは同期しており、磁界結合により第１交流電圧ＶＲと第２交流電圧ＶＩＮも同期している。そのため、これらのパルス波の同期が可能となっている。
【００２１】
そして、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第１クロック信号が変化したタイミングで取得した第２交流電圧ＶＩＮと、第２クロック信号が変化したタイミングで取得した第２交流電圧ＶＩＮとの電圧差を取得する。この電圧差が、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅である。以上の動作について、図２を参照しつつ説明する。
【００２２】
図２において、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波のイメージと、基準信号生成回路部３０が生成する基準信号Ｒのタイミングチャートと、クロック信号生成回路部４０が生成する第１クロック信号Ｐ１及び第２クロック信号Ｐ１Ａのタイミングチャートと、クロック信号生成回路部４０の出力電圧ＶＯＵＴのパルス波のイメージが示されている。
【００２３】
第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の周期をＴとし、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波のデューティ比をＤ（０＜Ｄ＜１）とし、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅が取得される間隔（サンプリング間隔）をτとする。
【００２４】
第２交流電圧ＶＩＮのパルス波は歪んだ波形となっている。また、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波は、本技術の説明のためにシンプルな波形となっているが、実際には複雑に変化する波形となりうる。
【００２５】
この第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が変化するタイミングと、基準信号Ｒが変化するタイミングが同期している。詳しく説明すると、基準信号Ｒが負側から正側に変化し、所定の時間（ＤＴ）が経過した後に、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が負側から正側に変化している。また、基準信号Ｒが正側から負側に変化し、所定の時間（ＤＴ）が経過した後に、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が正側から負側に変化している。
【００２６】
さらに、基準信号Ｒが負側から正側に変化するタイミングと、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化するタイミングが同期している。詳しく説明すると、基準信号Ｒが負側から正側に変化し、所定の時間が経過した後に、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化している。そのため、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化するタイミングは、基準信号Ｒに基づいて定めることができる。
【００２７】
この第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化するタイミングを起点（時間ｔ＝０）とし、時間ｔ＝τのタイミングで、第１クロック信号Ｐ１が正側から負側に変化している。
【００２８】
言い換えると、第２交流電圧ＶＩＮが負側から正側に変化した直後のタイミングｂで、第１クロック信号Ｐ１が正側から負側に変化している。第２交流電圧ＶＩＮが負側から正側に変化する直前のタイミングａで、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化している。
【００２９】
スイッチトキャパシタ回路部５０は、第１クロック信号Ｐ１が正側から負側に変化したタイミングｂ（時間ｔ＝τ）で、第２交流電圧ＶＩＮを取得する。同様に、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化したタイミングａ（時間ｔ＝０）で、第２交流電圧ＶＩＮを取得する。そして、スイッチトキャパシタ回路部５０は、タイミングｂにおける第２交流電圧ＶＩＮとタイミングａにおける第２交流電圧ＶＩＮの電圧差を取得する。この電圧差が、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅となる。
【００３０】
この電圧差は、スイッチトキャパシタ回路部５０の出力電圧ＶＯＵＴとして出力される。この出力電圧ＶＯＵＴは、第２交流電圧ＶＩＮが取得されるごとに増加し、時間ｔ＝ｔＲというタイミングでリセットされる。
【００３１】
なお、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第１クロック信号Ｐ１及び第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化したタイミングで、第２交流電圧ＶＩＮを取得しているが、第１クロック信号Ｐ１及び第２クロック信号Ｐ１Ａが負側から正側に変化したタイミングで、第２交流電圧ＶＩＮを取得してもよい。
【００３２】
続いて、スイッチトキャパシタ回路部５０の一実施形態の構成図を図３に示す。図３に示すように、スイッチトキャパシタ回路部５０は、複数の充電スイッチ群（５１−１、５１−２）と、複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）と、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）と、差動増幅器５５と、を備えている。
【００３３】
さらに、スイッチトキャパシタ回路部５０は、フィードバックキャパシタ群５４と、入力端子（５６−１、５６−２）と、出力端子（５７−１、５７−２）と、グランド群５８と、を備えることができる。
【００３４】
複数の充電スイッチ群（５１−１、５１−２）が、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）と入力端子（５６−１、５６−２）の間、又は複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）とグランド群５８の間に配置されている。
【００３５】
また、複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）が、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）と差動増幅器５５の間、又は複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）とグランド群５８の間に配置されている。
【００３６】
差動増幅器５５が、複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）と出力端子（５７−１、５７−２）の間に配置されている。
【００３７】
第２充電スイッチ群５１−２とフィードバックキャパシタ群５４が、差動増幅器５５と並列に配置されている。
【００３８】
続いて、複数の充電スイッチ群（５１−１、５１−２）と複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）の動作について説明する。それぞれの充電スイッチ群（５１−１、５１−２）が、複数のクロック信号のいずれか一つと対応している。そして、クロック信号が変化したタイミングで、そのクロック信号に対応した充電スイッチ群（５１−１、５１−２）がオンまたはオフされる。
【００３９】
この例では、第１充電スイッチ群５１−１が、第１クロック信号Ｐ１と対応している。第２充電スイッチ群５１−２が、第２クロック信号Ｐ１Ａと対応している。第１クロック信号Ｐ１が変化したタイミングで、第１充電スイッチ群５１−１がオンまたはオフされる。第２クロック信号Ｐ１Ａが変化したタイミングで、第２充電スイッチ群５１−２がオンまたはオフされる。
【００４０】
さらに、それぞれの放電スイッチ群（５２−１、５２−２）が、複数のクロック信号のいずれか一つと対応している。そして、クロック信号が変化したタイミングで、クロック信号に対応した放電スイッチ群（５２−１、５２−２）がオンまたはオフされる。
【００４１】
この例では、第１放電スイッチ群５２−１が、第１クロック信号Ｐ１と対応している。第２放電スイッチ群５２−２が、第２クロック信号Ｐ１Ａと対応している。第１クロック信号Ｐ１が変化したタイミングで、第１放電スイッチ群５２−１がオンまたはオフされる。第２クロック信号Ｐ１Ａが変化したタイミングで、第２放電スイッチ群５２−２がオンまたはオフされる。
【００４２】
そして、それぞれのサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）が、複数のクロック信号のいずれか一つと対応している。
【００４３】
この例では、第１サンプリングキャパシタ群５３−１が、第１クロック信号Ｐ１と対応している。第２サンプリングキャパシタ群５３−２が、第２クロック信号Ｐ１Ａと対応している。
【００４４】
続いて、スイッチトキャパシタ回路部５０の動作について説明する。スイッチトキャパシタ回路部５０は、第２交流電圧ＶＩＮ（＝ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）が入力され、出力電圧ＶＯＵＴ（＝ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）を出力する。
【００４５】
充電時においては、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）に接続された複数の充電スイッチ群（５１−１、５１−２）がオンされて、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）に接続された複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）がオフされる。このことにより、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）が、スイッチトキャパシタ回路部５０に入力された第２交流電圧ＶＩＮを充電する。
【００４６】
この例では、第１サンプリングキャパシタ群５３−１に接続された第１充電スイッチ群５１−１がオンされて、第１サンプリングキャパシタ群５３−１に接続された第１放電スイッチ群５２−１がオフされる。このことにより、第１サンプリングキャパシタ群５３−１は、スイッチトキャパシタ回路部５０に入力された第２交流電圧ＶＩＮを充電する。
【００４７】
同様に、この例では、第２サンプリングキャパシタ群５３−２に接続された第２充電スイッチ群５１−２がオンされて、第２サンプリングキャパシタ群５３−２に接続された第２放電スイッチ群５２−２がオフされる。このことにより、第２サンプリングキャパシタ群５３−２は、スイッチトキャパシタ回路部５０に入力された第２交流電圧ＶＩＮを充電する。
【００４８】
一方、放電時においては、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）に接続された複数の充電スイッチ群（５１−１、５１−２）がオフされて、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）に接続された複数の放電スイッチ群（５２−１、５２−２）がオンされる。このことにより、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）が、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）に充電された第２交流電圧ＶＩＮを放電する。
【００４９】
この例では、第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化したタイミング（図２の時間ｔ＝０）で、第２サンプリングキャパシタ群５３−２に接続された第２充電スイッチ群５１−２がオフされて、第２サンプリングキャパシタ群５３−２に接続された第２放電スイッチ群５２−２がオンされる。このことにより、第２サンプリングキャパシタ群５３−２が、第２サンプリングキャパシタ群５３−２に充電された第２交流電圧ＶＩＮを放電する。
【００５０】
このことにより、スイッチトキャパシタ回路部５０は、図２の時間ｔ＝０における第２交流電圧ＶＩＮ（０）が取得できる。
【００５１】
同様に、この例では、第１クロック信号Ｐ１が正側から負側に変化したタイミング（図２の時間ｔ＝τ）で、第１サンプリングキャパシタ群５３−１に接続された第１充電スイッチ群５１−１がオフされて、第１サンプリングキャパシタ群５３−１に接続された第１放電スイッチ群５２−１がオンされる。このことにより、第１サンプリングキャパシタ群５３−１が、第１サンプリングキャパシタ群５３−１に充電された第２交流電圧ＶＩＮを放電する。
【００５２】
このことにより、スイッチトキャパシタ回路部５０は、図２の時間ｔ＝τにおける第２交流電圧ＶＩＮ（τ）が取得できる。
【００５３】
放電された第２交流電圧ＶＩＮは、差動増幅器５５に入力される。差動増幅器５５は、それぞれのサンプリングキャパシタ群が放電した第２交流電圧ＶＩＮを増幅して出力する。
【００５４】
この例では、差動増幅器５５は、第１サンプリングキャパシタ群５３−１及び第２サンプリングキャパシタ群５３−２が放電した第２交流電圧ＶＩＮを増幅して出力する。
【００５５】
このときのスイッチトキャパシタ回路部５０の出力電圧ＶＡ（図２参照）は、下式（１）で表すことができる。ＣＳは、サンプリングキャパシタ群（５３−１、５３−２）の容量である。ＣＦは、フィードバックキャパシタ群５４の容量である。
【００５６】
ＶＡ＝｛ＶＩＮ（τ）−ＶＩＮ（０）｝×ＣＳ／ＣＦ  ・・・（１）
【００５７】
この｛ＶＩＮ（τ）−ＶＩＮ（０）｝が、第１クロック信号Ｐ１が変化したタイミング（時間ｔ＝τ）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（τ）と、第２クロック信号Ｐ１Ａが変化したタイミング（時間ｔ＝０）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（０）との電圧差であり、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅である。
【００５８】
また、このＣＳ／ＣＦは、スイッチトキャパシタ回路５０の電圧増幅率である。
【００５９】
なお、本実施形態においては、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち上がりエッジ（負側から正側への変化）の振幅を取得したが、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち下がりエッジ（正側から負側への変化）の振幅を取得してもよい。
【００６０】
第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのいずれか一方の振幅のみでもコイル間の距離ｉの検出は可能であるが、より好ましくは、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方の振幅を取得するのがよい。
【００６１】
図１を再び参照すると、クロック信号生成回路部４０は、上述した第１クロック信号と第２クロック信号に加えて、基準信号Ｒに基づいて、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が正側から負側に変化した直後のタイミングで変化する第３クロック信号と、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波が正側から負側に変化する直前のタイミングで変化する第４クロック信号とをスイッチトキャパシタ回路部５０に送信する。つまり、クロック信号生成回路部４０は、第１〜４クロック信号をスイッチトキャパシタ回路部５０に送信する。
【００６２】
そして、上述した電圧差｛ＶＩＮ（τ）−ＶＩＮ（０）｝を第１電圧差と定義する。スイッチトキャパシタ回路部５０は、第３クロック信号が変化したタイミングで取得した第２交流電圧ＶＩＮと、第４クロック信号が変化したタイミングで取得した第２交流電圧ＶＩＮとの電圧差である第２電圧差と、第１電圧差とを取得する。以上の動作について、図４を参照しつつ説明する。なお、図４と図２の重複箇所については説明を割愛する。
【００６３】
図４において、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波のイメージと、基準信号生成回路部３０が生成する基準信号Ｒのタイミングチャートと、クロック信号生成回路部４０が生成する第１クロック信号Ｐ１、第２クロック信号Ｐ１Ａ、第３クロック信号Ｐ２、及び第４クロック信号Ｐ２Ａのタイミングチャートと、クロック信号生成回路部４０の出力電圧ＶＯＵＴのパルス波のイメージが示されている。
【００６４】
基準信号Ｒが正側から負側に変化するタイミングと、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化するタイミングが同期している。詳しく説明すると、基準信号Ｒが正側から負側に変化し、所定の時間が経過した後に、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化している。また、基準信号Ｒが正側から負側に変化するタイミングは、デューティ比Ｄに基づいて定めることができる。したがって、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化するタイミングは、基準信号Ｒとデューティ比Ｄに基づいて定めることができる。
【００６５】
第２クロック信号Ｐ１Ａが正側から負側に変化するタイミングを起点（時間ｔ＝０）とし、時間ｔ＝ＤＴのタイミングで、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化している。さらに、時間ｔ＝ＤＴ＋τのタイミングで、第３クロック信号Ｐ２が正側から負側に変化している。
【００６６】
言い換えると、第２交流電圧ＶＩＮが正側から負側に変化した直後のタイミングｄで、第３クロック信号Ｐ２が正側から負側に変化している。第２交流電圧ＶＩＮが正側から負側に変化する直前のタイミングｃで、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化している。
【００６７】
なお、時間ＤＴはデューティ比Ｄに依存する。また、時間ＤＴ＋τは、時間ＤＴにサンプリング間隔τを加えた時間である。
【００６８】
スイッチトキャパシタ回路部５０は、第３クロック信号Ｐ２が正側から負側に変化したタイミングｄ（時間ｔ＝ＤＴ＋τ）で、第２交流電圧ＶＩＮを取得する。同様に、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化したタイミングｃ（時間ｔ＝ＤＴ）で、第２交流電圧ＶＩＮを取得する。そして、スイッチトキャパシタ回路部５０は、タイミングｄにおける第２交流電圧ＶＩＮとタイミングｃにおける第２交流電圧ＶＩＮの電圧差（第２電圧差）を取得する。
【００６９】
なお、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第３クロック信号Ｐ２及び第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化したタイミングで、第２交流電圧ＶＩＮを取得しているが、第３クロック信号Ｐ２及び第４クロック信号Ｐ２Ａが負側から正側に変化したタイミングで、第２交流電圧ＶＩＮを取得してもよい。
【００７０】
続いて、スイッチトキャパシタ回路部５０の一実施形態の構成図を図５に示す。なお、図５と図３の重複箇所については説明を割愛する。
【００７１】
図５に示すように、スイッチトキャパシタ回路部５０は、複数の充電スイッチ群（５１−１〜４）と、複数の放電スイッチ群（５２−１〜４）と、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）と、差動増幅器５５と、を備えている。
【００７２】
さらに、スイッチトキャパシタ回路部５０は、フィードバックキャパシタ群５４と、入力端子（５６−１、５６−２）と、出力端子（５７−１、５７−２）と、グランド群５８と、を備えることができる。
【００７３】
複数の充電スイッチ群（５１−１〜４）が、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）と入力端子（５６−１、５６−２）の間、又は複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）とグランド群５８の間に配置されている。
【００７４】
また、複数の放電スイッチ群（５２−１〜４）が、複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）と差動増幅器５５の間、又は複数のサンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）とグランド群５８の間に配置されている。
【００７５】
差動増幅器５５が、複数の放電スイッチ群（５２−１〜４）と出力端子（５７−１、５７−２）の間に配置されている。
【００７６】
第２充電スイッチ群５１−２とフィードバックキャパシタ群５４が、差動増幅器５５と並列に配置されている。
【００７７】
続いて、複数の充電スイッチ群（５１−１〜４）と複数の放電スイッチ群（５２−１〜４）の動作について説明する。
【００７８】
第３充電スイッチ群５１−３が、第３クロック信号Ｐ２と対応している。第４充電スイッチ群５１−４が、第４クロック信号Ｐ２Ａと対応している。第３クロック信号Ｐ２が変化したタイミングで、第３充電スイッチ群５１−３がオンまたはオフされる。第４クロック信号Ｐ２Ａが変化したタイミングで、第４充電スイッチ群５１−４がオンまたはオフされる。
【００７９】
第３放電スイッチ群５２−３が、第３クロック信号Ｐ２と対応している。第４放電スイッチ群５２−４が、第４クロック信号Ｐ２Ａと対応している。第３クロック信号Ｐ２が変化したタイミングで、第３放電スイッチ群５２−３がオンまたはオフされる。第４クロック信号Ｐ２Ａが変化したタイミングで、第４放電スイッチ群５２−４がオンまたはオフされる。
【００８０】
第３サンプリングキャパシタ群５３−３が、第３クロック信号Ｐ２と対応している。第４サンプリングキャパシタ群５３−４が、第４クロック信号Ｐ２Ａと対応している。
【００８１】
続いて、スイッチトキャパシタ回路部５０の動作について説明する。
【００８２】
充電時においては、第３サンプリングキャパシタ群５３−３に接続された第３充電スイッチ群５１−３がオンされて、第３サンプリングキャパシタ群５３−３に接続された第３放電スイッチ群５２−３がオフされる。このことにより、第３サンプリングキャパシタ群５３−３が、スイッチトキャパシタ回路部５０に入力された第２交流電圧ＶＩＮを充電する。
【００８３】
同様に、第４サンプリングキャパシタ群５３−４に接続された第４充電スイッチ群５１−４がオンされて、第４サンプリングキャパシタ群５３−４に接続された第４放電スイッチ群５２−４がオフされる。このことにより、第４サンプリングキャパシタ群５３−４が、スイッチトキャパシタ回路部５０に入力された第２交流電圧ＶＩＮを充電する。
【００８４】
一方、放電時においては、第４クロック信号Ｐ２Ａが正側から負側に変化したタイミング（図４の時間ｔ＝ＤＴ）で、第４サンプリングキャパシタ群５３−４に接続された第４充電スイッチ群５１−４がオフされて、第４サンプリングキャパシタ群５３−４に接続された第４放電スイッチ群５２−４がオンされる。このことにより、第４サンプリングキャパシタ群５３−４が、第４サンプリングキャパシタ群５３−４に充電された第２交流電圧ＶＩＮを放電する。
【００８５】
このことにより、スイッチトキャパシタ回路部５０は、図４の時間ｔ＝ＤＴにおける第２交流電圧ＶＩＮ（ＤＴ）が取得できる。
【００８６】
同様に、第３クロック信号Ｐ２が正側から負側に変化したタイミング（図４の時間ｔ＝ＤＴ＋τ）で、第３サンプリングキャパシタ群５３−３に接続された第３充電スイッチ群５１−３がオフされて、第３サンプリングキャパシタ群５３−３に接続された第３放電スイッチ群５２−３がオンされる。このことにより、第３サンプリングキャパシタ群５３−３は、第３サンプリングキャパシタ群５３−３に充電された第２交流電圧ＶＩＮを放電する。
【００８７】
このことにより、スイッチトキャパシタ回路部５０は、図４の時間ｔ＝ＤＴ＋τにおける第２交流電圧ＶＩＮ（ＤＴ＋τ）が取得できる。
【００８８】
差動増幅器５５は、第１〜第４サンプリングキャパシタ群（５３−１〜４）が放電した第２交流電圧ＶＩＮを増幅して出力する。
【００８９】
このときのスイッチトキャパシタ回路部５０の出力電圧ＶＡ（図４参照）は、下式（２）で表すことができる。
【００９０】
ＶＡ＝［｛ＶＩＮ（τ）−ＶＩＮ（０）｝−｛ＶＩＮ（ＤＴ＋τ）−ＶＩＮ（ＤＴ）｝］×ＣＳ／ＣＦ  ・・・（２）
【００９１】
この｛ＶＩＮ（τ）−ＶＩＮ（０）｝が、第１クロック信号Ｐ１が変化したタイミング（時間ｔ＝τ）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（τ）と、第２クロック信号Ｐ１Ａが変化したタイミング（時間ｔ＝０）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（０）との電圧差（第１電圧差）である。
【００９２】
この｛ＶＩＮ（ＤＴ＋τ）−ＶＩＮ（ＤＴ）｝が、第３クロック信号Ｐ２が変化したタイミング（時間ｔ＝ＤＴ＋τ）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（ＤＴ＋τ）と、第４クロック信号Ｐ２Ａが変化したタイミング（時間ｔ＝ＤＴ）で取得した第２交流電圧ＶＩＮ（ＤＴ）との電圧差（第２電圧差）であり、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の振幅である。
【００９３】
つまり、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第１電圧差と、第２電圧差との差分を取得している。言い換えると、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち上がりエッジ（負側から正側への変化）の振幅と、第２交流電圧ＶＩＮのパルス波の立ち下がりエッジ（正側から負側への変化）の振幅の両方を取得している。
【００９４】
一般的に、寄生抵抗、寄生容量、あるいはデューティ比Ｄに依存する第２交流電圧ＶＩＮの波形の歪みによって、この電圧差は変動する。しかしながら、本技術では、スイッチトキャパシタ回路部５０は、第２交流電圧ＶＩＮの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方の電圧を取得するため、この依存を軽減できる。
【００９５】
さらに、本技術では、スイッチトキャパシタ回路部５０が、第２交流電圧ＶＩＮの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方の電圧を取得するため、出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧である第２交流電圧ＶＩＮの約２倍となる。そのため、ＳＮ比が大きくなり、ＤＣオフセットやノイズの影響を削減できる。
【００９６】
２．本技術に係る第２の実施形態（ＡＤコンバーター）
【００９７】
本技術に係る近接センサの全体構成図を図６に示す。なお、図６と図１の重複箇所については説明を割愛する。
【００９８】
図６に示すように、本技術に係る近接センサは、ＡＤコンバーター６０をさらに備えることができる。ＡＤコンバーター６０は、スイッチトキャパシタ回路部５０の出力電圧ＶＯＵＴをデジタル信号に変換して、電圧信号を出力する。
【００９９】
ＡＤコンバーター６０が出力電圧ＶＯＵＴをデジタル信号に変換することにより、結合係数の算出が可能となる。
【０１００】
３．本技術に係る第３の実施形態（結合係数算出部）
【０１０１】
本技術に係る近接センサの全体構成図を図７に示す。なお、図７と図１の重複箇所については説明を割愛する。
【０１０２】
図７に示すように、本技術に係る近接センサは、結合係数算出部７０をさらに備えることができる。結合係数算出部７０は、ＡＤコンバーター６０が出力した電圧信号に基づいて、第１コイル１０と第２コイル２０の結合係数ｋを算出する。
【０１０３】
この結合係数ｋの算出方法について説明する。誘導起電力（第２交流電圧ＶＩＮ）は、第１コイル１０と第２コイル２０の相互インダクタンスＭと相関関係にある。第１コイル１０に流れる電流をΔＩ１、電流ΔＩ１が流れる時間をΔｔとすると、第２交流電圧ＶＩＮは、下式（３）で算出できる。
ＶＩＮ＝Ｍ×ΔＩ１／Δｔ  ・・・（３）
【０１０４】
第１コイル１０の自己インダクタンスをＬ１、第２コイル２０の自己インダクタンスをＬ２とすると、結合係数ｋは、下式（４）で算出できる。
【０１０５】
ｋ＝Ｍ／√（Ｌ１×Ｌ２）  ・・・（４）
【０１０６】
したがって、結合係数ｋと誘導起電力ＶＩＮの関係は下式（５）で表すことができる。
【０１０７】
ｋ＝ＶＩＮ×Δｔ／ΔＩ１×√（Ｌ１×Ｌ２）  ・・・（５）
【０１０８】
この結合係数ｋは、第１コイル１０と第２コイル２０の間の距離ｉと相関関係にある。したがって、誘導起電力（第２交流電圧ＶＩＮ）に基づいて、第１コイル１０と第２コイル２０の間の距離ｉが検出できる。
【０１０９】
なお、スイッチトキャパシタ回路部５０が、ＡＤ変換機能を有してもよいし、結合係数算出機能を有してもよい。また、ＡＤコンバーター６０が、結合係数算出機能を有してもよい。
【０１１０】
なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【０１１１】
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］基準信号生成回路部３０と、
第１コイルと、
第２コイルと、
クロック信号生成回路部と、
スイッチトキャパシタ回路部と、を備えており、
前記基準信号生成回路部３０が、前記第１コイルに第１交流電圧を印加するとともに、前記第１交流電圧と同期する基準信号を前記クロック信号生成回路部に送信し、
前記第１コイルと磁界結合している前記第２コイルが、前記第１コイルと前記第２コイルの結合係数と相関関係にある第２交流電圧を発生させ、
前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に対応した複数のクロック信号を前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、複数の前記クロック信号のそれぞれが変化するタイミングで、前記第２交流電圧を取得することにより、
前記第１コイルと前記第２コイルの間の距離を検出する、
近接センサ。
［２］前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が負側から正側に変化した直後のタイミングで変化する第１クロック信号と、前記第２交流電圧が負側から正側に変化する直前のタイミングで変化する第２クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第２クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との電圧差を取得する、
［１］に記載の近接センサ。
［３］前記スイッチトキャパシタ回路部が、
複数の充電スイッチと、
複数の放電スイッチと、
複数のサンプリングキャパシタと、
差動増幅器と、を備えている、
［１］又は［２］に記載の近接センサ。
［４］それぞれの前記充電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記充電スイッチがオンまたはオフされ、
それぞれの前記放電スイッチが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記クロック信号が変化したタイミングで、前記クロック信号に対応した前記放電スイッチがオンまたはオフされ、
それぞれの前記サンプリングキャパシタが、複数の前記クロック信号のいずれか一つと対応しており、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオンされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオフされることにより、前記スイッチトキャパシタ回路部に入力された前記第２交流電圧を充電し、前記サンプリングキャパシタに接続された前記充電スイッチがオフされて、前記サンプリングキャパシタに接続された前記放電スイッチがオンされることにより、前記第２交流電圧を放電し、
前記差動増幅器が、それぞれの前記サンプリングキャパシタが放電した前記第２交流電圧を増幅して出力する、
［３］に記載の近接センサ。
［５］前記クロック信号生成回路部が、前記基準信号に基づいて、前記第２交流電圧が正側から負側に変化した直後のタイミングで変化する第３クロック信号と、前記第２交流電圧が正側から負側に変化する直前のタイミングで変化する第４クロック信号とを前記スイッチトキャパシタ回路部に送信し、
前記電圧差を第１電圧差とし、
前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第３クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧と、前記第４クロック信号が変化したタイミングで取得した前記第２交流電圧との第２電圧差と、前記第１電圧差とを取得する、
［１］〜［４］のいずれか一つに記載の近接センサ。
［６］前記スイッチトキャパシタ回路部が、前記第１電圧差と、前記第２電圧差との差分を取得する、
［５］に記載の近接センサ。
［７］ＡＤコンバーターをさらに備えており、
前記ＡＤコンバーターが、前記スイッチトキャパシタ回路部の出力電圧をデジタル信号に変換して、電圧信号を出力する、
［１］〜［６］のいずれか一つに記載の近接センサ。
［８］結合係数算出部をさらに備えており、
前記結合係数算出部が、前記電圧信号に基づいて、前記第１コイルと前記第２コイルの前記結合係数を算出する、
［７］に記載の近接センサ。
【符号の説明】
【０１１２】
１０      第１コイル
２０      第２コイル
３０      基準信号生成回路部
４０      クロック信号生成回路部
５０      スイッチトキャパシタ回路部
５１−１  第１充電スイッチ群
５１−２  第２充電スイッチ群
５１−３  第３充電スイッチ群
５１−４  第４充電スイッチ群
５２−１  第１放電スイッチ群
５２−２  第２放電スイッチ群
５２−３  第３放電スイッチ群
５２−４  第４放電スイッチ群
５３−１  第１サンプリングキャパシタ群
５３−２  第２サンプリングキャパシタ群
５３−３  第３サンプリングキャパシタ群
５３−４  第４サンプリングキャパシタ群
５４      フィードバックキャパシタ群
５５      差動増幅器
５６−１  入力端子
５６−２  入力端子
５７−１  出力端子
５７−２  出力端子
５８      グランド
６０      ＡＤコンバーター
７０      結合係数算出部
ＶＲ        第１交流電圧
ＶＩＮ      第２交流電圧
ＶＯＵＴ      出力電圧
ｆ        磁場
ｋ        結合係数
ｉ        コイル間の距離
Ｒ        基準信号
Ｐ１      第１クロック信号
Ｐ１Ａ    第２クロック信号
Ｐ２      第３クロック信号
Ｐ２Ａ    第４クロック信号
Ｔ        周期
Ｄ        デューティ比
τ        サンプリング間隔
ａ〜ｄ    タイミング
ＣＳ          サンプリングキャパシタ容量
ＣＦ          フィードバックキャパシタの容量
【図１】
2020102803.tif 000003
【図２】
2020102803.tif 000004
【図３】
2020102803.tif 000005
【図４】
2020102803.tif 000006
【図５】
2020102803.tif 000007
【図６】
2020102803.tif 000008
【図７】
2020102803.tif 000009