(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出電極と、
前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、
前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路と、を有する静電容量型近接センサにおいて、
前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって感度を調整する電圧可変回路と、を具備することを特徴とする静電容量型近接センサ。
【請求項２】
前記検出電極及び前記発振回路を保持する検出ヘッド部と、
前記検出ヘッド部よりケーブルを介して接続され、前記信号処理回路及び前記電圧可変回路を有する信号処理部と、を具備することを特徴とする請求項１記載の静電容量型近接センサ。
【請求項３】
検出電極と、
前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、
前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路と、を有する静電容量型近接センサにおいて、
前記発振回路の周辺の温度を検知する感温素子と、
前記感温素子によって検知する温度に対応させて前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって発振条件を一定とする電圧可変回路と、を具備することを特徴とする静電容量型近接センサ。
【請求項４】
検出ヘッド部と前記検出ヘッド部よりケーブルを介して接続される信号処理部と、を有する静電容量型近接センサにおいて、
前記検出ヘッド部は、
検出電極と、
前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、
前記発振回路の周辺の温度を検知する感温素子と、
及び前記感温素子によって検知する温度に対応させて前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって発振条件を一定とする電圧可変回路と、を有するものであり、
前記信号処理部は、
前記検出ヘッド部の前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路を有するものであることを特徴とする静電容量型近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量型近接センサに関し、特にその感度調整及び温度調整に特徴を有する静電容量型近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型近接センサは図６に示すように真鍮や銅等の導電性の薄板で形成された検出電極１をケースの前面等に配置し、検出電極１と回路電源間の容量で発振条件が変化するようにして発振回路２を構成する。そして発振回路２の検出電極１付近に被検出体３が接近すると、検出電極１と回路電源間の容量値が変化する。
【０００３】
図６（ａ）は検出電極１と発振回路２及び回路電源間の容量Ｃｏを示しており、金属等の被検出体３が近接すると、検出電極と回路電源間の容量はＣｏ′となる。Ｃｏ′は検出電極１と被検出体３との静電容量Ｃ２及び電源ラインと大地間の容量をＣ１とすると、次式で示される。
Ｃｏ′＝Ｃｏ＋Ｃ２／／Ｃ１
Ｃ１がＣ２より十分大きい場合にはＣｏ′≒Ｃｏ＋Ｃ２となる。このように被検出体３の接近によって発振回路２の発振状態が変化する。
【０００４】
又誘電体が被検出体３′の場合には図６（ｃ）に示すように検出電極１と回路電源間の容量Ｃｏは検出電極１と誘電体の容量をＣ３、誘電体と大地間の容量をＣ４として次式で示される。
Ｃｏ′＝Ｃｏ＋Ｃ３／／Ｃ４
【０００５】
この発振状態の変化を後段の信号処理回路によって検出して検出信号を出力する。発振状態の変化によって静電容量型近接センサは、発振開始型、発振停止型、振幅変化型、周波数変化型等の種々の形態に分けることができる。
【０００６】
図７は振幅変化型の近接センサの一例を示すブロック図である。発振回路２は前述したように検出電極１に接続されており、発振回路２の出力を積分回路４によって積分する。そしてその振幅レベルを弁別回路５によって弁別し、弁別回路５の出力を論理処理回路６に与える。論理処理回路６は物体の近接を判別して出力回路７を介して外部に物体検知信号を出力するものである。８は各部に電圧を供給する電源回路である。
【０００７】
図８（ａ），（ｂ）はこの発振回路の２つの例を示す図である。発振回路２ａ，２ｂは検出電極１の周囲にシールド電極９が設けられる。そして検出電極１にベースが接続されたトランジスタＱ１又はＱ３とそのコレクタ電圧を電流に変換してトランジスタＱ１又はＱ３のエミッタに帰還するトランジスタＱ２又はＱ４を含んで構成されている。そして従来の静電容量型近接センサでは、可変抵抗器ＶＲ１を発振回路２内に設けており、この可変抵抗器ＶＲ１の調整によって正帰還のレベルを変え、振幅や発振開始までの物体の位置を調節するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の近接センサでは感度調整用の可変抵抗器等の調整ディバイスを発振回路の一部に設けているため、調整ディバイスやその周辺の信号ラインは外乱ノイズに対して弱く、電源ラインやその他の信号ラインの影響を受けないようにする必要があった。又近年、静電容量型近接センサの小型化，薄型化の要求が強くなっており、その要求を満足するために検出ヘッド部を分離したアンプ分離型の静電容量型近接センサが普及している。このようなアンプ分離型の静電容量型近接センサにおいては、検出電極及び発振回路を含む検出ヘッド部と弁別回路以降の回路が収納された信号処理部とが分離され、その間が多芯ケーブルで接続される。このような静電容量型近接センサでは、信号処理部で感度を調整しようとすると、図８（ａ），（ｂ）に示す可変抵抗器ＶＲ１の両端と中間点とをパターンを延長して信号処理部から調整する必要がある。この場合には可変抵抗器のみを信号処理部に設け、ケーブルを介して接続する必要があるが、ノイズ等の影響を受け易く、ケーブルの芯線数が多くなり、又線間容量が無視できないため、このように構成することが難しいという欠点があった。
【０００９】
又被検出体が誘電体の場合には誘電率は温度によって変化し、検出する静電容量に影響を与えるため、静電容量型近接センサの温度特性が悪く、温度によって検出距離が変化する。従って何らかの温度補償をする必要があった。更にアンプ分離型の近接センサは、検出ヘッド部と信号処理部との周囲温度が異なる可能性があり、検出ヘッド部で温度補償をする必要があった。
【００１０】
本願の請求項１，２の発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、発振回路内に発振調整用素子を設けることなく感度を調整できるようにようにすることを目的とする。又請求項２の発明では、この課題に加えて、アンプ分離型の静電容量型近接センサにおいて、信号処理部側で感度調整を行う際にもノイズ等の影響を受けずに感度調整できるようにすることを目的とする。又請求項３，４の発明では、温度によって発振状態の変化が受けにくい静電容量型近接センサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、検出電極と、前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路と、を有する静電容量型近接センサにおいて、前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって感度を調整する電圧可変回路と、を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項２の発明は、請求項１の静電容量型近接センサにおいて、前記検出電極及び前記発振回路を保持する検出ヘッド部と、前記検出ヘッド部よりケーブルを介して接続され、前記信号処理回路及び前記電圧可変回路を有する信号処理部と、を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項３の発明は、検出電極と、前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路と、を有する静電容量型近接センサにおいて、前記発振回路の周辺の温度を検知する感温素子と、前記感温素子によって検知する温度に対応させて前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって発振条件を一定とする電圧可変回路と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項４の発明は、検出ヘッド部と前記検出ヘッド部よりケーブルを介して接続される信号処理部と、を有する静電容量型近接センサにおいて、前記検出ヘッド部は、検出電極と、前記検出電極と回路電源間との容量に応じた発振をする発振回路と、前記発振回路の周辺の温度を検知する感温素子と、及び前記感温素子によって検知する温度に対応させて前記発振回路に供給する電圧を変化させることによって発振条件を一定とする電圧可変回路と、を有するものであり、前記信号処理部は、前記検出ヘッド部の前記発振回路の発振状態を検出する信号処理回路を有することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態による静電容量型近接センサの全体構成を示すブロック図である。この実施の形態において前述した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では検出電極１に接続された発振回路１１の発振出力を積分回路４によって積分し、弁別回路５によって弁別する。そして論理処理回路６を介して出力回路７より物体検知信号を出力することは従来例と同様である。この実施の形態では電源回路８は積分回路４，弁別回路５，論理処理回路６及び出力回路７に一定の電圧を供給している。そして電源回路８の定電圧出力は電圧可変回路１２を介して発振回路１１に供給する。電圧可変回路１２は感度調整素子として可変抵抗ＶＲ２が接続されており、可変抵抗ＶＲ２の調整によって発振回路１１に供給する電圧を変化し、発振回路１１の発振状態を変化させるものである。
【００１６】
図２は発振回路１１の構成を示す回路図である。発振回路１１は前述した従来例の発振回路とほぼ同様であり、検出電極１の周囲にシールド電極９が設けられ、検出電極１がトランジスタＱ１のベースに接続される。トランジスタＱ１はその発振出力が抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧されてベースに入力されており、トランジスタＱ１のコレクタ側は抵抗Ｒ３を介して電源に接続され、更にトランジスタＱ２のベースに接続される。エミッタ側は抵抗Ｒ４を介して接地されている。トランジスタＱ２はエミッタフォロワ型トランジスタであって、エミッタ抵抗Ｒ５を介して接地され、又トランジスタＱ１との間に帰還用コンデンサＣ１が接続される。又この発振回路１１は従来例と異なり、発振調整用の可変抵抗器はなく、電源として供給される電圧＋Ｖによって発振状態が変化する。
【００１７】
図３は発振回路１１への供給電圧を変化させたときの被検出体までの距離と発振開始電圧の変化を示すグラフである。本図に示すように発振回路１１への供給電圧を４〜６．５Ｖの範囲で変化したときに、発振を開始する被検出体までの距離は１ｍｍから約１０ｍｍと大幅に変化する。そのため電源として供給する電圧を変化させることによって感度調整を行うことができる。この場合には電源電圧を直接変化させているため、発振回路１１に供給する電源ラインをプリント基板のパターン上で延長した場合にもノイズ等の影響がなく、感度調整用の可変抵抗器ＶＲ２を近接センサの任意の位置に実装することができる。
【００１８】
次に本発明の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。この実施の形態は検出ヘッド部２１と信号処理部２２とを接続ケーブルによって分離するようにしたアンプ分離型の近接センサであり、前述の第１の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態においては検出ヘッド部２１に発振回路１１と積分回路４とを設け、信号処理部２２に弁別回路５，論理処理回路６及び出力回路７，電源回路８を設ける。そして電源回路８の定電圧を電圧可変回路２３に与え検出ヘッド部２１に供給する電圧を変化する。この電圧可変回路２３は感度調整用の電圧可変回路であり、図示のように感度調整素子として可変抵抗器ＶＲ３が接続されている。又検出ヘッド部２１内には電圧可変回路２４と感温素子２５とを設ける。感温素子２５は検出ヘッド部２１、とりわけ発振回路１１の周囲温度に応じてその抵抗値を変化させる素子、例えばサーミスタによって構成されている。電圧可変回路２４はこの感温素子２５に基づいて検出ヘッド部２１の温度によって発振回路１１に供給する電圧を変化させ、発振状態を温度に依存しないようにするものである。
【００１９】
図５はこの検出ヘッド部２１の構成を示す回路図である。この実施の形態において、電圧可変回路２４は抵抗Ｒ６〜Ｒ８によって構成されており、抵抗Ｒ８に並列に感温素子２５が接続され、温度に応じた電圧を発振回路１１と積分回路４に供給している。そしてあらかじめ電圧可変回路２４を用いず、温度補償なく静電容量型近接センサの温度に対する検出感度ドリフトを設定し、それを打ち消すように発振回路に供給する電圧を求める。そして周囲温度によってこのような特性が得られるように、抵抗Ｒ６〜Ｒ８と感温素子２５の特性を合わせる。こうすれば検出ヘッド部２１が設置される周囲温度が変化しても、検出距離に影響を与えないように感度を調整することができる。又この実施の形態では検出ヘッド部２１と信号処理部２２とを接続するケーブルのライン数は、電圧を可変する電源＋Ｖと０Ｖ及び出力ラインの３本でよく、従来のアンプ分離型近接センサのように感度調整用のラインを設ける必要がなくなる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１の発明によれば、発振回路に供給する電圧を変化することによって感度を調整するようにしている。従って検出電極を含む発振回路自体の配線を可能な限り短くすることができ、他の影響を受けにくい信号ラインから分離することができる。又電圧可変回路の電圧可変素子自体は任意の位置に設けることが可能となる。又請求項２の発明では、検出ヘッド部と信号処理部とを分離した静電容量型近接センサにおいて、電圧可変回路を信号処理部側に設けても外乱の影響を受けることはない。又信号処理部で感度調整をする場合も従来のアンプ分離型近接センサと異なり、電源ライン＋Ｖ，ＯＶと出力ラインの３本のラインを介して接続すればよく、ケーブルやコネクタの構成を容易にすることができる。又請求項３の発明では、感温素子によって検出された発振回路の周囲温度に応じた電圧を発振回路に供給することによって、温度によって検出距離に影響を与えないように調整することができるという効果が得られる。更に請求項４の発明では、このような感温素子と電圧可変回路を検出ヘッド部側に設けておくことによって、アンプ分離型近接センサにおいても同様の効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による静電容量型近接センサの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態による静電容量型近接センサの発振回路の一例を示す回路図である。
【図３】この実施の形態による静電容量型近接センサの供給電圧に対する発振開始距離の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態による静電容量型近接センサの構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施の形態による静電容量型近接センサのヘッド部の構成を示す回路図である。
【図６】静電容量型近接センサの検出原理を示す図である。
【図７】従来の静電容量型近接センサの構成を示すブロック図である。
【図８】従来の静電容量型近接センサの発振回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  検出電極
２，１１  発振回路
１２  電圧可変回路
２１  検出ヘッド部
２２  信号処理部
２３，２４  電圧可変回路
２５  感温素子
【図１】
0003728878.tif 000002
【図２】
0003728878.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003728878.tif 000009