近接センサ
【課題】低い電力で動作し、かつ、被検物体を高精度で検出することを可能とする近接センサを提供する。
【解決手段】近接センサ１ａは、発振器２と、発振器２の信号に基づいて交流信号Ｅａを放射する送信アンテナ３と、交流信号Ｅｂを受信する受信アンテナ４と、受信アンテナ４に接続された共振器５を備える。共振器５は、例えば水晶振動子を用いて構成される。また、近接センサ１ａは、発振器２の出力と共振器５の一方の端子とを接続するバッファ６と抵抗７を備える。共振器５は発振器２の発振周波数で予め励振される。さらに、近接センサ１ａは、共振器５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ＬＰＦ１０と、出力端子１１を備える。
【解決手段】近接センサ１ａは、発振器２と、発振器２の信号に基づいて交流信号Ｅａを放射する送信アンテナ３と、交流信号Ｅｂを受信する受信アンテナ４と、受信アンテナ４に接続された共振器５を備える。共振器５は、例えば水晶振動子を用いて構成される。また、近接センサ１ａは、発振器２の出力と共振器５の一方の端子とを接続するバッファ６と抵抗７を備える。共振器５は発振器２の発振周波数で予め励振される。さらに、近接センサ１ａは、共振器５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ＬＰＦ１０と、出力端子１１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検出する近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
図２０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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７５６２９号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００７−１７１０３１号公報（第４−６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決し、低い電力で動作し、かつ、被検物体を高精度で検出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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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、受信アンテナに接続された共振素子と、交流信号発生源の信号で、受信アンテナで受信した信号を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。
【００１１】
また、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振されることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、振動子を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、共振素子の振動子と発振器の振動子とが一体に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはＭＥＭＳ振動子であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、ＬＣ共振回路を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子の両端からの出力を差動増幅し、受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、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。
【００１４】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナであることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板を備え、送信アンテナと受信アンテナとは、透明基板上に透明電極で形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明電基板の角部に、２つの辺に跨って１／４の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明基板の辺部に、１／２の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成されたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の近接センサは、受信アンテナに接続された共振素子を備え、受信アンテナで受信した信号を用いて共振素子を励振し、共振素子に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。これにより、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、感度を増大させ、即ち高いＳ／Ｎで被検物体までの距離情報を検出することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の近接センサは、交流信号発生源から発生する信号を低周波とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】複合振導体を模式的に示す記号図である。
【図５】複合振動体の構成例を示す平面図である。
【図６】複合振動体の構成例を示す断面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】被検物体の接近距離に対するセンサの出力電圧を示す説明図である。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】従来の近接センサの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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］
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。また、水晶と云えども、−４０℃〜８５℃等の広い使用温度範囲に対しては発振のインピーダンスは１０％以上変化するので、発振振幅を安定化させるＡＧＣ回路を備えた構成とすることが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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、受信アンテナ４に接続された共振器５を備える。受信アンテナ４に接続された共振器５の他端は、基準電圧にクランプされている。共振器５は、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂにより励振される。
【００２５】
この共振器５は、出来るだけエネルギー損失が小さなもので構成される。共振器５は、例えば、発振器２の周波数に近い共振周波数を持つ水晶振動子を用いて構成される。水晶振動子は振動時のエネルギー損失が少ないため、微小な電磁波の変化を減衰することなく長い時間間隔で溜め込むことが出来る。
【００２６】
水晶振動子以外では、発振器２と同様に、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共振器５を構成してもよい。
【００２７】
さらに、シリコンプロセスを用いて超小型の振動体を構成し、容量を用いて電気機械結合を実現した振動子、発振器２の周波数に近い共振周波数を持つＬＣ共振回路などを用いて共振器５を構成してもよい。小型化を考慮すれば、静電容量型ＭＥＭＳ振動子も有望である。
【００２８】
また、近接センサ１ａは、発振器２の出力と共振器５の一方の端子とを接続するバッファ６と抵抗７を備える。この構成により、共振器５は発振器２の発振周波数で予め励振される（以下、この振動を予励振と呼ぶ）。
【００２９】
ここで、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数が近い程、予励振は効率的に行われる（以下、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数の差を離調度と呼ぶ）。しかし、離調度が非常に近接しているか完全に一致していると、うなり又は共振が起こり、検波後の出力に影響を与えてしまうため望ましくない。離調度は、整流して直流電圧を出力する為には少なくとも、後述する整流用ＬＰＦ１０のカットオフ周波数より大きく取っておく必要がある。
【００３０】
バッファ６は、発振器２へ後段の回路からの影響が及ぶのを避ける為に設けられる。抵抗７は発振器２と共振器５の結合抵抗であり、共振器５を発振器２へ適度に結合させる抵抗値のものが用いられる。抵抗７の値が小さすぎると電気的結合が強くなりすぎて共振器５の振幅はバッファ６の出力で決まってしまい、受信アンテナ４からの信号を反映しなくなる。一方、抵抗７の値が大きすぎると電気的結合が弱すぎて予励振が充分に行われず共振器５の効果が失われる。このため、抵抗７の抵抗値の選択は重要である。共振器５に、共振周波数が数十ｋＨｚの水晶振動子を用いた場合、抵抗７の抵抗値は０．５〜１ＭΩ程度が適当である。
【００３１】
さらに、近接センサ１ａは、共振器５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。
【００３２】
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。
まず、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。
【００３３】
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の位相と振幅が変化する。
【００３４】
共振器５が例えば水晶振動子を備えて構成される場合、受信アンテナ４から取り込まれる交流信号Ｅｂによる電流は極めて小さいため、停止した水晶振動子を交流信号Ｅｂによる電流のみで指定した周波数に励振することは難しい。このため、上述したように本実施例では、受信アンテナ４から取り込まれる電流と同じ周波数で共振器５の水晶振動子を予励振する。
【００３５】
共振器５の水晶振動子が予励振された状態では、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂは共振器５の水晶振動子に取り込まれ、水晶振動子に蓄積される。数万のＱ値を持つ水晶振動子の場合、水晶振動子に蓄積された情報は数万倍の大きさに積分された状態となる。
【００３６】
受信アンテナ４からの情報を蓄積した共振器５の振動は、増幅器８により電気的に増幅される。増幅器８の出力は、位相検波器９により発振器２の周波数で位相検波され、ＬＰＦ１０により平滑化され、出力端子１１から直流電圧の変化として出力される。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施例の近接センサ１ａは、上述したように、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。こ
れにより、アンテナで受信した交流信号をそのまま用いて位相検波する従来技術と比較して、感度を増大させ（即ち高いＳ／Ｎで）、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。
【００４０】
また、本実施例の近接センサ１ａは、発振器２から発生する信号を低周波（例えばＶＬＦ帯）とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成と低い電力で動作させることが可能となる。
【００４１】
さらに、本実施例の近接センサ１ａは、共振器５が、例えば水晶振動子を備えて構成され、この水晶振動子が予励振されることにより、受信アンテナ４で受信する交流信号Ｅｂが微弱であっても、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の近接センサの他の実施例について説明をする。以下の説明においては、既に説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その詳細な説明は省略し、構成が異なる点についてのみ説明する。
【００４３】
［実施例２：図２］
本発明の実施例２の近接センサについて説明する。図２は実施例２の近接センサ１ｂの構成を示す回路図である。図２に示すように、実施例２の近接センサ１ｂは、共振器５の受信アンテナ４側の端子に接続された増幅器８に加えて、共振器５の他方の端子に接続された反転増幅器１２を備え、さらに増幅器８と反転増幅器１２の出力を差動増幅する差動増幅器１３を備えることを特徴とする。
【００４４】
共振器５は、共振周波数から離れた周波数の信号を入力すると、他方の端子からは、入力した信号からほぼ反転した位相の信号を出力する。従って、増幅器８と反転増幅器１２からは、ほぼ同相の交流信号が出力される。
【００４５】
増幅器８からは、受信アンテナ４で受信した信号が、予励振に応じた信号に重畳されて出力される。これに対して反転増幅器１２からは、受信アンテナ４で受信した信号の影響を受けない予励振に応じた信号が出力される。このため、増幅器８と反転増幅器１２の出力の差を取る差動増幅器１３からは、予励振による振幅は含まれず、受信アンテナ４で受信した信号のみが出力される。
【００４６】
一般に、検波前の交流の状態での電圧振幅を大きく取っておくと、検波用の参照信号と被検波信号間の位相ノイズ等に起因して検波時に発生するノイズを低く抑え、Ｓ／Ｎの高い検波が可能である。図１に示す実施例１の近接センサ１ａでは、検出信号より遥かに大きな振幅の予励振に起因する信号が、増幅器８の出力に重畳している為、検波前増幅率を大きくとる事ができないと言う問題がある。
【００４７】
これに対して、図２に示す実施例２の近接センサ１ｂでは、予励振による信号を、差動増幅器１３により取り除いているので、差動増幅器１３からの出力信号の振幅は、受信アンテナ４から入力し、共振器５で積分した信号のみであり、予励振により振幅が嵩上げされていない。
従って、検出信号は、予励振の振幅の飽和を気にせずに、その後段で増幅することが可能であり、原理的には検波前増幅率を最大に採る事ができる。その結果更に高いＳ／Ｎを持つ近接センサを構成することができる。
【００４８】
図２では、差動増幅器１３に入力する参照用の信号を生成するために、反転増幅器１２を用いる例を示した。しかし、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数とが接近している場合（即ち離調度が小さい場合）、共振器５の性質等によって、共振器５の両端か
らの出力の位相差が１８０度とならない。この場合は、反転増幅器１２の代わりに移相器を用いて増幅器８の出力と該移相器の位相をほぼ一致させておく必要がある。
【００４９】
実施例２の近接センサ１ｂの被検物体Ｏの距離検出の動作は、上述した実施例１と同様である。実施例２の近接センサ１ｂは、実施例１の近接センサ１ａと同様に、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器２から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【００５０】
［実施例３：図３〜図６］
次に、本発明の実施例３の近接センサについて説明する。図３は実施例３の近接センサ１ｃの構成を示す回路図である。実施例３の近接センサ１ｃは、発振器２による共振器５の予励振を機械的に行うことを特徴する。図２に示す抵抗７と同様な働きをすることを示すため、図３では、発振器２により共振器５を予励振させる機械結合１４を、回路に置き換えて模式的に示している。
【００５１】
以下では、発振器２による共振器５の予励振を機械的に行う構成として、発振器２と共振器５がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器２と共振器５の水晶振動子が一体に形成された例を示す。
【００５２】
図４は、発振器２と共振器５の水晶振動子が機械的に結合して一体に形成された複合振動体２０を模式的に示す電気的記号図である。図４に示すように、複合振動体２０は、発振器２を構成する振動子２１と共振器５を構成する振動子２２とが、機械的結合２３で結合される。図４の機械的結合２３は、図３の機械的結合１４と同等の概念である。
図４に示す複合振動体２０は４端子の素子であり、振動子２１に電極２１１、２２２が形成され、振動子２２に電極２２１、２２２が形成される。
【００５３】
図４に示した複合振動体の具体的な形状の例を、複合振動体２０ａとして、図５および図６に示す。図５は、複合振動体２０ａの平面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。複合振動体２０ａは、例えば、厚さ１００μｍから２００μｍ程度のＺカット水晶板からウエットエッチング操作で加工される。
【００５４】
図５に示すように、複合振動体２０ａは、幅、断面形状など、形状が互いにわずかに異なる脚２１ａＬと脚２１ａＲを有する。また複合振動体２０ａは、脚２１ａＬと脚２１ａＲの間に位置する中央脚２２ａを有する。中央脚２２ａは、脚２１ａＬ、２１ａＲと異なる幅で設計されている。脚２１ａＬ、２１ａＲおよび中央脚２２ａは一方の端部で基部２４に接合されており、複合振動体２０ａは、水晶の光学軸即ちＺ軸の方向から眺めるとアルファベットのＥのような形状をしている。
【００５５】
図６に示すように、脚２１ａＬの光学軸方向に垂直な両側面と、脚２１ａＲの電気軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極２１１が形成される。また、脚２１ａＬの電気軸方向に垂直な両側面と、脚２１ａＲの光学軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極２１２が形成される。脚２１ａＬと脚２１ａＲは、図４に示す振動子２１を構成する。
また、中央の脚２２ａの電気軸方向に垂直な両側面に電極２２１が形成され、中央脚２２ａの光学軸方向に垂直な両側面に電極２２２が形成される。脚２２ａは図４に示す振動子２２を構成する。
【００５６】
Ｚカットで切り出された水晶振動子は、電気軸方向に電界をかけると機械軸方向に脚が伸び縮みし、機械軸方向に脚を伸び縮みさせると電気軸方向に電界を生じる。よって、複
合振動体２０ａは、電極２１１および電極２１２間に交流を印加すると、図５の矢印Ｂに示すように脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動を行う。この屈曲振動の固有周波数は、脚２１ａＬと脚２１ａＲの幅と長さでおよそ定まる。また、脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動をするとき、電極２１１と電極２１２間には、交流電流が発生する。
【００５７】
脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動をするとき、脚２１ａＬと脚２１ａＲは互いにわずかに形状が異なるためバランスせず、複合振動体２０ａは全体が僅かな振動を行う。この複合振動体２０ａ全体の振動の影響で、中央の脚２２ａは、図５の矢印Ｃに示すように、全ての脚を含む平面内で脚の伸びた方向と直交する方向に僅かに振動する。
【００５８】
この脚２２ａの僅かな振動が、上述した機械的結合１４、２３により引き起こされた振動である。脚２２ａが僅かに振動することにより、電極２２１と電極２２２の間に、脚２１ａＬと脚２１ａＲの発振周波数で微弱電流が発生する。これが予励振である。この現象は次のように言うことが出来る。複合振動体２０ａにおいて、両側の脚２１ａＬと脚２１ａＲは振動子２１を構成し、この振動は弱い機械結合により別の振動体２２（脚２２ａ）を励振する。脚２１ａＬと脚２１ａＲの幅と、脚２２ａの幅は、例えば、その固有周波数の差である離調度が数百Ｈｚになるように設計する。
【００５９】
また上記では、脚２１ａＬと脚２１ａＲは形状が互いにわずかに異なるとしたが、脚２１ａＬと脚２１ａＲを互いに同じ長さ・太さになるように設計しても、水晶の音叉形状の工作精度には限界があるため、脚２１ａＬと脚２１ａＲは形状が互いにわずかに異なる。このため上述したように、脚２１ａＬと脚２１ａＲの振動は互いにバランスせず、複合振動体２０ａ全体が振動し、この振動の影響で中央の脚２２ａが振動する。
【００６０】
さらに注意をしておかなければならないのは、振動子２１（脚２１ａＬ、脚２１ａＲ）が発振している状態で複合振動体２０ａを光学軸方向に回転すると、コリオリ力により回転速度に比例した励振が振動子２２（脚２２ａ）の振動に重畳し、近接センサの出力が誤ったものとなってしまう。これを避ける為に、光学軸の回転する方向のモーメントが小さくなるように各々の脚（脚２１ａＬ、脚２１ａＲ、脚２２ａ）の間隔を狭めて構成し、基部２４をしっかりと固定する。
【００６１】
実施例３の近接センサ１ｃの被検物体Ｏの距離検出の動作は、上述した実施例１と同様である。実施例３の近接センサ１ｃも、実施例１の近接センサ１ａと同様に、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器２から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【００６２】
また、実施例３の近接センサ１ｃは、上述したように、共振器５の予励振を機械的に行う構成であり、受信アンテナ４と発振器２とは電気的に結合していない。このため、受信アンテナ４と発振器２とが電気的に結合している実施例１、２と比較して、発振器２の出力信号により受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂが阻害されることなく、高い感度で被検物体Ｏまでの距離情報を検出することが可能となる。
【００６３】
また、実施例３の近接センサ１ｃは、発振器２を構成する振動子２１と共振器５を構成する振動子２２とが、複合振動体２０として一体に構成されるため、装置を小型化することが可能となる。
【００６４】
図４から図６では、発振器２と共振器５がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器２と共振器５の水晶振動子が複合振動体２０として一体に形成された例を示
した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、発振器２と共振器５が、それぞれセラミック振動子、ＭＥＭＳ振動子等の水晶振動子以外の振動子を備えて構成されるとともに、発振器２と共振器５の振動子が複合振動体として一体に形成されても良い。
【００６５】
［実施例４：図７］
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７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７に示すように、実施例４の近接センサ１ｄは、実施例３の近接センサ１ｃ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。
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。
【００６６】
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３の近接センサ１ｃ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。
なお、図７に示す実施例４では、実施例３の近接センサ１ｃの構成において昇圧回路３０を備える例示したが、実施例１の近接センサ１ａまたは実施例２の近接センサ１ｂの構成において、発振器２と送信アンテナ３の間に昇圧回路３０を備える構成でもよい。
【００６７】
［送信アンテナおよび受信アンテナの構成例：図８〜図１９］
次に、上述した各実施例の近接センサ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８から図１３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。
【００６８】
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８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９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。
【００６９】
しかしながら、図８および図９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１０から図１３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。
【００７０】
図１０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。
【００７１】
図１０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１０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１０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。
【００７２】
図１１に示す構成のアンテナは、図１０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１２に示す構成のアンテナは、図１０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１１、図１２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。
【００７３】
図１３に示す構成のアンテナは、図１２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１０から図１２に示す受信アンテナ４ｃ、４ｄとを組み合わせても良い。
【００７４】
図１４は、図１３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１４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１４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。
【００７５】
この実験に用いた近接センサの出力は直流である。図１４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１４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。
【００７６】
また図１４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。
【００７７】
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。
【００７８】
図１０から図１３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８から図１３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。
【００７９】
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し、この被検物体の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。
【００８０】
以下に、このような入力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１５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。
【００８１】
図１５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１０から図１３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。
【００８２】
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１５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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
しかし、図１５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１５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。
【００８６】
図１６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１６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。
【００８７】
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。
【００８８】
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１６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。
【００８９】
図１６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。
【００９０】
また、図１６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。
【００９１】
図１７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１７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。
【００９２】
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１７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。
【００９３】
図１７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。
【００９４】
これにより、図１７に示す構成のアンテナでは、図１６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。
【００９５】
図１８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１８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。
【００９６】
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１８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。
【００９７】
図１８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１８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。
【００９８】
図１９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１９に示すアンテナの構成では、図１８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。
【００９９】
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１９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。
【０１００】
図１９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。
【０１０１】
図１９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１６−図１８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１９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１５から図１９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。
【０１０２】
本発明の近接センサにおいて、図１５から図１９に示すような、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し、この被検物体の３次元の位置情報に応じて機器への入力を制御する入力装置を構成することが出来る。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 近接センサ
２ 発振器
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ、３ｇ１−３ｇ４、３ｈ１−３ｈ４、３ｉ１−３ｉ
４、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 共振器
６ バッファ
７ 抵抗
８ 増幅器
９ 位相検波器
１０ ＬＰＦ
１１ 出力端子
１２ 反転増幅器
１３ 差動増幅器
１４、２３ 機械結合
１５、１６ シールド
２０、２０ａ 複合振動体
２１、２２ 振動子
２１１、２１２、２２１、２２２ 電極
２１ａＬ、２１ａＲ、２２ａ 脚
２４ 基部
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検出する近接センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
図２０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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７５６２９号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００７−１７１０３１号公報（第４−６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決し、低い電力で動作し、かつ、被検物体を高精度で検出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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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、受信アンテナに接続された共振素子と、交流信号発生源の信号で、受信アンテナで受信した信号を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。
【００１１】
また、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振されることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、振動子を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、共振素子の振動子と発振器の振動子とが一体に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはＭＥＭＳ振動子であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子は、ＬＣ共振回路を備えて構成されることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、共振素子の両端からの出力を差動増幅し、受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、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。
【００１４】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナであることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板を備え、送信アンテナと受信アンテナとは、透明基板上に透明電極で形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明電基板の角部に、２つの辺に跨って１／４の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、透明基板は矩形状であり、送信アンテナと受信アンテナは、透明基板の辺部に、１／２の円弧状に形成されたことを特徴とする。
さらに、本発明の近接センサは、前述した構成に加えて、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成されたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の近接センサは、受信アンテナに接続された共振素子を備え、受信アンテナで受信した信号を用いて共振素子を励振し、共振素子に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。これにより、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、感度を増大させ、即ち高いＳ／Ｎで被検物体までの距離情報を検出することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の近接センサは、交流信号発生源から発生する信号を低周波とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】複合振導体を模式的に示す記号図である。
【図５】複合振動体の構成例を示す平面図である。
【図６】複合振動体の構成例を示す断面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】被検物体の接近距離に対するセンサの出力電圧を示す説明図である。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】従来の近接センサの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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］
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。また、水晶と云えども、−４０℃〜８５℃等の広い使用温度範囲に対しては発振のインピーダンスは１０％以上変化するので、発振振幅を安定化させるＡＧＣ回路を備えた構成とすることが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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、受信アンテナ４に接続された共振器５を備える。受信アンテナ４に接続された共振器５の他端は、基準電圧にクランプされている。共振器５は、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂにより励振される。
【００２５】
この共振器５は、出来るだけエネルギー損失が小さなもので構成される。共振器５は、例えば、発振器２の周波数に近い共振周波数を持つ水晶振動子を用いて構成される。水晶振動子は振動時のエネルギー損失が少ないため、微小な電磁波の変化を減衰することなく長い時間間隔で溜め込むことが出来る。
【００２６】
水晶振動子以外では、発振器２と同様に、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共振器５を構成してもよい。
【００２７】
さらに、シリコンプロセスを用いて超小型の振動体を構成し、容量を用いて電気機械結合を実現した振動子、発振器２の周波数に近い共振周波数を持つＬＣ共振回路などを用いて共振器５を構成してもよい。小型化を考慮すれば、静電容量型ＭＥＭＳ振動子も有望である。
【００２８】
また、近接センサ１ａは、発振器２の出力と共振器５の一方の端子とを接続するバッファ６と抵抗７を備える。この構成により、共振器５は発振器２の発振周波数で予め励振される（以下、この振動を予励振と呼ぶ）。
【００２９】
ここで、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数が近い程、予励振は効率的に行われる（以下、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数の差を離調度と呼ぶ）。しかし、離調度が非常に近接しているか完全に一致していると、うなり又は共振が起こり、検波後の出力に影響を与えてしまうため望ましくない。離調度は、整流して直流電圧を出力する為には少なくとも、後述する整流用ＬＰＦ１０のカットオフ周波数より大きく取っておく必要がある。
【００３０】
バッファ６は、発振器２へ後段の回路からの影響が及ぶのを避ける為に設けられる。抵抗７は発振器２と共振器５の結合抵抗であり、共振器５を発振器２へ適度に結合させる抵抗値のものが用いられる。抵抗７の値が小さすぎると電気的結合が強くなりすぎて共振器５の振幅はバッファ６の出力で決まってしまい、受信アンテナ４からの信号を反映しなくなる。一方、抵抗７の値が大きすぎると電気的結合が弱すぎて予励振が充分に行われず共振器５の効果が失われる。このため、抵抗７の抵抗値の選択は重要である。共振器５に、共振周波数が数十ｋＨｚの水晶振動子を用いた場合、抵抗７の抵抗値は０．５〜１ＭΩ程度が適当である。
【００３１】
さらに、近接センサ１ａは、共振器５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。
【００３２】
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。
まず、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。
【００３３】
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の位相と振幅が変化する。
【００３４】
共振器５が例えば水晶振動子を備えて構成される場合、受信アンテナ４から取り込まれる交流信号Ｅｂによる電流は極めて小さいため、停止した水晶振動子を交流信号Ｅｂによる電流のみで指定した周波数に励振することは難しい。このため、上述したように本実施例では、受信アンテナ４から取り込まれる電流と同じ周波数で共振器５の水晶振動子を予励振する。
【００３５】
共振器５の水晶振動子が予励振された状態では、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂは共振器５の水晶振動子に取り込まれ、水晶振動子に蓄積される。数万のＱ値を持つ水晶振動子の場合、水晶振動子に蓄積された情報は数万倍の大きさに積分された状態となる。
【００３６】
受信アンテナ４からの情報を蓄積した共振器５の振動は、増幅器８により電気的に増幅される。増幅器８の出力は、位相検波器９により発振器２の周波数で位相検波され、ＬＰＦ１０により平滑化され、出力端子１１から直流電圧の変化として出力される。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施例の近接センサ１ａは、上述したように、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行う。こ
れにより、アンテナで受信した交流信号をそのまま用いて位相検波する従来技術と比較して、感度を増大させ（即ち高いＳ／Ｎで）、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。
【００４０】
また、本実施例の近接センサ１ａは、発振器２から発生する信号を低周波（例えばＶＬＦ帯）とすることができるため、高周波信号を用いる必要のある従来技術と比較して、簡単な回路構成と低い電力で動作させることが可能となる。
【００４１】
さらに、本実施例の近接センサ１ａは、共振器５が、例えば水晶振動子を備えて構成され、この水晶振動子が予励振されることにより、受信アンテナ４で受信する交流信号Ｅｂが微弱であっても、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の近接センサの他の実施例について説明をする。以下の説明においては、既に説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その詳細な説明は省略し、構成が異なる点についてのみ説明する。
【００４３】
［実施例２：図２］
本発明の実施例２の近接センサについて説明する。図２は実施例２の近接センサ１ｂの構成を示す回路図である。図２に示すように、実施例２の近接センサ１ｂは、共振器５の受信アンテナ４側の端子に接続された増幅器８に加えて、共振器５の他方の端子に接続された反転増幅器１２を備え、さらに増幅器８と反転増幅器１２の出力を差動増幅する差動増幅器１３を備えることを特徴とする。
【００４４】
共振器５は、共振周波数から離れた周波数の信号を入力すると、他方の端子からは、入力した信号からほぼ反転した位相の信号を出力する。従って、増幅器８と反転増幅器１２からは、ほぼ同相の交流信号が出力される。
【００４５】
増幅器８からは、受信アンテナ４で受信した信号が、予励振に応じた信号に重畳されて出力される。これに対して反転増幅器１２からは、受信アンテナ４で受信した信号の影響を受けない予励振に応じた信号が出力される。このため、増幅器８と反転増幅器１２の出力の差を取る差動増幅器１３からは、予励振による振幅は含まれず、受信アンテナ４で受信した信号のみが出力される。
【００４６】
一般に、検波前の交流の状態での電圧振幅を大きく取っておくと、検波用の参照信号と被検波信号間の位相ノイズ等に起因して検波時に発生するノイズを低く抑え、Ｓ／Ｎの高い検波が可能である。図１に示す実施例１の近接センサ１ａでは、検出信号より遥かに大きな振幅の予励振に起因する信号が、増幅器８の出力に重畳している為、検波前増幅率を大きくとる事ができないと言う問題がある。
【００４７】
これに対して、図２に示す実施例２の近接センサ１ｂでは、予励振による信号を、差動増幅器１３により取り除いているので、差動増幅器１３からの出力信号の振幅は、受信アンテナ４から入力し、共振器５で積分した信号のみであり、予励振により振幅が嵩上げされていない。
従って、検出信号は、予励振の振幅の飽和を気にせずに、その後段で増幅することが可能であり、原理的には検波前増幅率を最大に採る事ができる。その結果更に高いＳ／Ｎを持つ近接センサを構成することができる。
【００４８】
図２では、差動増幅器１３に入力する参照用の信号を生成するために、反転増幅器１２を用いる例を示した。しかし、発振器２の発振周波数と共振器５の共振周波数とが接近している場合（即ち離調度が小さい場合）、共振器５の性質等によって、共振器５の両端か
らの出力の位相差が１８０度とならない。この場合は、反転増幅器１２の代わりに移相器を用いて増幅器８の出力と該移相器の位相をほぼ一致させておく必要がある。
【００４９】
実施例２の近接センサ１ｂの被検物体Ｏの距離検出の動作は、上述した実施例１と同様である。実施例２の近接センサ１ｂは、実施例１の近接センサ１ａと同様に、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器２から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【００５０】
［実施例３：図３〜図６］
次に、本発明の実施例３の近接センサについて説明する。図３は実施例３の近接センサ１ｃの構成を示す回路図である。実施例３の近接センサ１ｃは、発振器２による共振器５の予励振を機械的に行うことを特徴する。図２に示す抵抗７と同様な働きをすることを示すため、図３では、発振器２により共振器５を予励振させる機械結合１４を、回路に置き換えて模式的に示している。
【００５１】
以下では、発振器２による共振器５の予励振を機械的に行う構成として、発振器２と共振器５がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器２と共振器５の水晶振動子が一体に形成された例を示す。
【００５２】
図４は、発振器２と共振器５の水晶振動子が機械的に結合して一体に形成された複合振動体２０を模式的に示す電気的記号図である。図４に示すように、複合振動体２０は、発振器２を構成する振動子２１と共振器５を構成する振動子２２とが、機械的結合２３で結合される。図４の機械的結合２３は、図３の機械的結合１４と同等の概念である。
図４に示す複合振動体２０は４端子の素子であり、振動子２１に電極２１１、２２２が形成され、振動子２２に電極２２１、２２２が形成される。
【００５３】
図４に示した複合振動体の具体的な形状の例を、複合振動体２０ａとして、図５および図６に示す。図５は、複合振動体２０ａの平面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。複合振動体２０ａは、例えば、厚さ１００μｍから２００μｍ程度のＺカット水晶板からウエットエッチング操作で加工される。
【００５４】
図５に示すように、複合振動体２０ａは、幅、断面形状など、形状が互いにわずかに異なる脚２１ａＬと脚２１ａＲを有する。また複合振動体２０ａは、脚２１ａＬと脚２１ａＲの間に位置する中央脚２２ａを有する。中央脚２２ａは、脚２１ａＬ、２１ａＲと異なる幅で設計されている。脚２１ａＬ、２１ａＲおよび中央脚２２ａは一方の端部で基部２４に接合されており、複合振動体２０ａは、水晶の光学軸即ちＺ軸の方向から眺めるとアルファベットのＥのような形状をしている。
【００５５】
図６に示すように、脚２１ａＬの光学軸方向に垂直な両側面と、脚２１ａＲの電気軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極２１１が形成される。また、脚２１ａＬの電気軸方向に垂直な両側面と、脚２１ａＲの光学軸方向に垂直な両側面には、それぞれ電極２１２が形成される。脚２１ａＬと脚２１ａＲは、図４に示す振動子２１を構成する。
また、中央の脚２２ａの電気軸方向に垂直な両側面に電極２２１が形成され、中央脚２２ａの光学軸方向に垂直な両側面に電極２２２が形成される。脚２２ａは図４に示す振動子２２を構成する。
【００５６】
Ｚカットで切り出された水晶振動子は、電気軸方向に電界をかけると機械軸方向に脚が伸び縮みし、機械軸方向に脚を伸び縮みさせると電気軸方向に電界を生じる。よって、複
合振動体２０ａは、電極２１１および電極２１２間に交流を印加すると、図５の矢印Ｂに示すように脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動を行う。この屈曲振動の固有周波数は、脚２１ａＬと脚２１ａＲの幅と長さでおよそ定まる。また、脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動をするとき、電極２１１と電極２１２間には、交流電流が発生する。
【００５７】
脚２１ａＬと脚２１ａＲが音叉型屈曲振動をするとき、脚２１ａＬと脚２１ａＲは互いにわずかに形状が異なるためバランスせず、複合振動体２０ａは全体が僅かな振動を行う。この複合振動体２０ａ全体の振動の影響で、中央の脚２２ａは、図５の矢印Ｃに示すように、全ての脚を含む平面内で脚の伸びた方向と直交する方向に僅かに振動する。
【００５８】
この脚２２ａの僅かな振動が、上述した機械的結合１４、２３により引き起こされた振動である。脚２２ａが僅かに振動することにより、電極２２１と電極２２２の間に、脚２１ａＬと脚２１ａＲの発振周波数で微弱電流が発生する。これが予励振である。この現象は次のように言うことが出来る。複合振動体２０ａにおいて、両側の脚２１ａＬと脚２１ａＲは振動子２１を構成し、この振動は弱い機械結合により別の振動体２２（脚２２ａ）を励振する。脚２１ａＬと脚２１ａＲの幅と、脚２２ａの幅は、例えば、その固有周波数の差である離調度が数百Ｈｚになるように設計する。
【００５９】
また上記では、脚２１ａＬと脚２１ａＲは形状が互いにわずかに異なるとしたが、脚２１ａＬと脚２１ａＲを互いに同じ長さ・太さになるように設計しても、水晶の音叉形状の工作精度には限界があるため、脚２１ａＬと脚２１ａＲは形状が互いにわずかに異なる。このため上述したように、脚２１ａＬと脚２１ａＲの振動は互いにバランスせず、複合振動体２０ａ全体が振動し、この振動の影響で中央の脚２２ａが振動する。
【００６０】
さらに注意をしておかなければならないのは、振動子２１（脚２１ａＬ、脚２１ａＲ）が発振している状態で複合振動体２０ａを光学軸方向に回転すると、コリオリ力により回転速度に比例した励振が振動子２２（脚２２ａ）の振動に重畳し、近接センサの出力が誤ったものとなってしまう。これを避ける為に、光学軸の回転する方向のモーメントが小さくなるように各々の脚（脚２１ａＬ、脚２１ａＲ、脚２２ａ）の間隔を狭めて構成し、基部２４をしっかりと固定する。
【００６１】
実施例３の近接センサ１ｃの被検物体Ｏの距離検出の動作は、上述した実施例１と同様である。実施例３の近接センサ１ｃも、実施例１の近接センサ１ａと同様に、受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂを用いて共振器５を励振し、共振器５に溜め込まれた信号を用いて位相検波を行うことにより、被検物体Ｏまでの距離情報を高精度で検出することが可能となる。また、発振器２から発生する信号を低周波とすることができるため、簡単な回路構成で、低い電力で動作させることが可能となる。
【００６２】
また、実施例３の近接センサ１ｃは、上述したように、共振器５の予励振を機械的に行う構成であり、受信アンテナ４と発振器２とは電気的に結合していない。このため、受信アンテナ４と発振器２とが電気的に結合している実施例１、２と比較して、発振器２の出力信号により受信アンテナ４で受信した交流信号Ｅｂが阻害されることなく、高い感度で被検物体Ｏまでの距離情報を検出することが可能となる。
【００６３】
また、実施例３の近接センサ１ｃは、発振器２を構成する振動子２１と共振器５を構成する振動子２２とが、複合振動体２０として一体に構成されるため、装置を小型化することが可能となる。
【００６４】
図４から図６では、発振器２と共振器５がそれぞれ水晶振動子を用いて構成されるとともに、発振器２と共振器５の水晶振動子が複合振動体２０として一体に形成された例を示
した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、発振器２と共振器５が、それぞれセラミック振動子、ＭＥＭＳ振動子等の水晶振動子以外の振動子を備えて構成されるとともに、発振器２と共振器５の振動子が複合振動体として一体に形成されても良い。
【００６５】
［実施例４：図７］
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７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７に示すように、実施例４の近接センサ１ｄは、実施例３の近接センサ１ｃ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。
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。
【００６６】
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３の近接センサ１ｃ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。
なお、図７に示す実施例４では、実施例３の近接センサ１ｃの構成において昇圧回路３０を備える例示したが、実施例１の近接センサ１ａまたは実施例２の近接センサ１ｂの構成において、発振器２と送信アンテナ３の間に昇圧回路３０を備える構成でもよい。
【００６７】
［送信アンテナおよび受信アンテナの構成例：図８〜図１９］
次に、上述した各実施例の近接センサ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８から図１３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。
【００６８】
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８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９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。
【００６９】
しかしながら、図８および図９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１０から図１３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。
【００７０】
図１０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。
【００７１】
図１０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１０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１０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。
【００７２】
図１１に示す構成のアンテナは、図１０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１２に示す構成のアンテナは、図１０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１１、図１２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。
【００７３】
図１３に示す構成のアンテナは、図１２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１０から図１２に示す受信アンテナ４ｃ、４ｄとを組み合わせても良い。
【００７４】
図１４は、図１３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１４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１４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。
【００７５】
この実験に用いた近接センサの出力は直流である。図１４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１４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。
【００７６】
また図１４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。
【００７７】
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。
【００７８】
図１０から図１３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８から図１３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。
【００７９】
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し、この被検物体の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。
【００８０】
以下に、このような入力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１５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。
【００８１】
図１５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１０から図１３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。
【００８２】
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１５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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
しかし、図１５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１５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。
【００８６】
図１６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１６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。
【００８７】
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。
【００８８】
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１６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。
【００８９】
図１６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。
【００９０】
また、図１６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。
【００９１】
図１７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１７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。
【００９２】
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１７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。
【００９３】
図１７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。
【００９４】
これにより、図１７に示す構成のアンテナでは、図１６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。
【００９５】
図１８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１８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。
【００９６】
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１８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。
【００９７】
図１８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１８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。
【００９８】
図１９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１９に示すアンテナの構成では、図１８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。
【００９９】
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１９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。
【０１００】
図１９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。
【０１０１】
図１９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１６−図１８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１９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１５から図１９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。
【０１０２】
本発明の近接センサにおいて、図１５から図１９に示すような、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し、この被検物体の３次元の位置情報に応じて機器への入力を制御する入力装置を構成することが出来る。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 近接センサ
２ 発振器
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ、３ｇ１−３ｇ４、３ｈ１−３ｈ４、３ｉ１−３ｉ
４、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 共振器
６ バッファ
７ 抵抗
８ 増幅器
９ 位相検波器
１０ ＬＰＦ
１１ 出力端子
１２ 反転増幅器
１３ 差動増幅器
１４、２３ 機械結合
１５、１６ シールド
２０、２０ａ 複合振動体
２１、２２ 振動子
２１１、２１２、２２１、２２２ 電極
２１ａＬ、２１ａＲ、２２ａ 脚
２４ 基部
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記受信アンテナに接続された共振素子と、
前記交流信号発生源の信号で、前記受信アンテナで受信した信号を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。
【請求項２】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて予め励振される
ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記共振素子は、振動子を備えて構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、
前記共振素子の振動子と前記発振器の振動子とが一体に形成された
ことを特徴とする請求項５に記載の近接センサ。
【請求項７】
前記振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはＭＥＭＳ振動子である
ことを特徴とする請求項５または６に記載の近接センサ。
【請求項８】
前記共振素子は、ＬＣ共振回路を備えて構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項９】
前記共振素子の両端からの出力を差動増幅し、前記受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備える
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１０】
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８のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１１】
前記送信アンテナと前記受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナである
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１２】
前記リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の近接センサ。
【請求項１３】
前記リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の近接センサ。
【請求項１４】
前記棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１５】
透明基板を備え、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、前記透明基板上に透明電極で形成された
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１６】
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成された
ことを特徴とする請求項１４に記載の近接センサ。
【請求項１７】
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１４に記載の近接センサ。
【請求項１８】
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明電基板の角部に、２つの辺に跨って１／４の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１６に記載の近接センサ。
【請求項１９】
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明基板の辺部に、１／２の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１６に記載の近接センサ。
【請求項２０】
前記送信アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成された
ことを特徴する請求項１５から１９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１】
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、
前記受信アンテナに接続された共振素子と、
前記交流信号発生源の信号で、前記受信アンテナで受信した信号を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。
【請求項２】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて予め励振される
ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、電気的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記共振素子は、前記交流信号源の信号に基づいて、機械的結合により予め励振される
ことを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記共振素子は、振動子を備えて構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項６】
前記交流信号発生源は振動子を有する発振器であり、
前記共振素子の振動子と前記発振器の振動子とが一体に形成された
ことを特徴とする請求項５に記載の近接センサ。
【請求項７】
前記振動子は、水晶振動子、セラミック振動子またはＭＥＭＳ振動子である
ことを特徴とする請求項５または６に記載の近接センサ。
【請求項８】
前記共振素子は、ＬＣ共振回路を備えて構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項９】
前記共振素子の両端からの出力を差動増幅し、前記受信アンテナで受信した信号として出力する差動増幅手段を備える
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１０】
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８のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１１】
前記送信アンテナと前記受信アンテナのいずれか一方は棒状のアンテナであり、他方はリング状のアンテナである
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１２】
前記リング状のアンテナは、同心円状の複数のリングが接合された形状を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の近接センサ。
【請求項１３】
前記リング状のアンテナは、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の近接センサ。
【請求項１４】
前記棒状アンテナの先端部は、複数回巻かれたコイル状の形状を備える
ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１５】
透明基板を備え、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、前記透明基板上に透明電極で形成された
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【請求項１６】
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円のリング状に形成された
ことを特徴とする請求項１４に記載の近接センサ。
【請求項１７】
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、互いに同心円の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１４に記載の近接センサ。
【請求項１８】
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明電基板の角部に、２つの辺に跨って１／４の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１６に記載の近接センサ。
【請求項１９】
前記透明基板は矩形状であり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、前記透明基板の辺部に、１／２の円弧状に形成された
ことを特徴とする請求項１６に記載の近接センサ。
【請求項２０】
前記送信アンテナと前記受信アンテナの少なくとも一方が、二重以上のパターンで形成された
ことを特徴する請求項１５から１９のいずれか１項に記載の近接センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１２２７２６（Ｐ２０１２−１２２７２６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７９０６（Ｐ２００９−１７７９０６）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]