JPH0810825B2 - 高周波発振型近接スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は物体検知の応答速度を向上させた高周波発振
型の近接スイッチに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明による近接スイッチは、発振回路にそのコンダ
クタンスを定める抵抗に電圧制御抵抗素子を並列に接続
し発振回路の検波出力を反転増幅して電圧制御抵抗素子
を制御することにより、物体が近接した場合にも小さい
一定の振幅値で発振を継続させて物体検知の応答速度を
向上させるようにしたものである。

〔従来技術とその問題点〕

（従来技術） 従来高周波発振型の近接スイッチには例えば第８図に
示すような発振回路が用いられている。この発振回路は
コイルＬとコンデンサC1から成る共振回路にトランジス
タ1,2から成る電流ミラー回路３の一方のトランジスタ
１のコレクタが接続される。トランジスタ1,2のエミッ
タには夫々同一の抵抗値を有するエミッタ抵抗R1,R2が
電源端に接続されている。又共振回路には更に電源端よ
り抵抗R3,ダイオード4,5と抵抗R4が接続される。トラン
ジスタ２のコレクタはトランジスタ1,2のベースに接続
され、又トランジスタ６と抵抗R5を介して接地されてい
る。抵抗R3とダイオード４の接続点にはトランジスタ７
のベースが接続される。トランジスタ７はエミッタフォ
ロワ型のトランジスタであって、エミッタ抵抗R6がトラ
ンジスタ６のベースに与えられる。そしてトランジスタ
７のエミッタからの発振出力がエミッタフォロワ接続さ
れたトランジスタ８を介して取出されて整流され、その
出力が比較器９及び出力回路10に与えられる。

このような従来の高周波発振型近接スイッチにおい
て、共振回路に流れる電流はトランジスタ７によって電
圧に変換されエミッタフォロワ出力がトランジスタ６に
帰還される。従ってトランジスタ６を流れる電流が電流
ミラー回路３を介して共振回路に正帰還されて発振を継
続している。そして第9,10図に示すように共振回路のコ
イルＬに物体が近接すると共振回路のコンダクタンスg_a
が大きくなり（g_a＝g_a1）、物体がなくなれば共振回路
のコンダクタンスg_aが小さくなる（g_a＝g_a2）。この共
振回路のコンダクタンスg_aの変化が抵抗R5の逆数で定ま
る発振回路の負性コンダクタンスg_x0より大きくなけれ
ば発振を停止し、このコンダクタンスg_x0より小さくな
れば発振するためその発振の有無によって物体の近接を
検出することができる。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の近接スイッチにおいて、第10図に示
すように物体が近接すれば発振が停止し物体が遠ざかれ
ば発振が再開される。従って近接スイッチの応答速度は
発振の開始速度と停止速度との合計時間であると考える
ことができる。一般的に発振回路は発振の立上り（開
始）速度が非常に遅く停止速度は比較的速い。そのため
近接スイッチの応答速度が発振開始速度によって制限さ
れるという問題点があった。

そこで例えば実開昭60−145 742号等において発振出
力の振幅を所定レベルで弁別し、発振出力が低下すれば
振幅調整用のスイッチング回路を動作させて発振を継続
するようにした発振回路が提案されている。このような
発振回路では物体が近接したときに発振を継続させるこ
とができるが、スイッチング動作によって共振回路の発
振状態制御抵抗の抵抗値を切換えているため一定の振幅
で発振を継続させることができなかった。そして物体が
更に接近したときには発振が停止してしまうことがあっ
た。このため発振が停止した状態から発振を立上らせる
ためには所定の時間がかかり、応答速度があまり速くな
らないことがあるという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の近接スイッチの問題点に鑑
みてなされたものであって、物体の近接時には発振を一
定のレベルで継続させるようにすることを技術的課題と
する。

〔発明の構成と効果〕

（構成） 本発明は発振回路と、発振出力の出力の低下により物
体を検知する検知回路を有する高周波発振型近接スイッ
チであって、第１図に示すように、発振回路のコンダク
タンスを定める抵抗（R5）と入力電圧によって抵抗値が
連続的に変化する電圧制御抵抗素子（24）とを並列に接
続した電圧制御抵抗回路（25）と、発振回路の検波出力
を反転増幅してそのアナログ増幅出力を制御信号として
電圧制御抵抗回路（25）に与えることにより、発振レベ
ルの低下時に発振回路のコンダクタンスを連続して上昇
させる電圧制御回路（25）と、を有することを特徴とす
るものである。

（作用） このような特徴を有する本発明によれば、物体が近接
し共振回路のコンダクタンスが所定レベル以上となれば
発振回路のコンダクタンスを定める電圧制御抵抗回路に
制御電圧が与えられるため、発振振幅が一定になるよう
に自動的に制御される。又物体が遠ざかって共振回路の
コンダクタンスがこのレベル以下となれば発振回路の電
圧制御抵抗回路に電圧制御が行われなくなり発振振幅は
急激に増大する。従って物体が近接して共振回路のコン
ダクタンスが増加してもほぼ一定のレベルで発振を継続
させることができる。

（効果） そのため本発明によれば、物体が近接スイッチに接近
した場合にはその距離が変化しても発振振幅はほとんど
変化することがなく、ほぼ一定レベルで発振が継続され
ている。しかも発振回路のコンダクタンスが従来の回路
より大きいため、物体が遠ざかった場合には発振が急激
に立上り、必要な振幅レベルまで極めて短時間で振幅を
増大させることができる。従って本発明によれば比較的
簡単な回路を付加することによって常に高い応答速度を
得ることができる。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。本図
において従来例と同一部分は同一符号を付している。本
実施例においても発振コイルＬとコンデンサC1から成る
共振回路にトランジスタ1,2から成る電流ミラー回路３
を接続し、その発振出力をエミッタフォロワ型に接続さ
れたトランジスタ７で電圧信号に変換し、更にトランジ
スタ６のベースに与えてそのコレクタ電流によって電流
ミラー回路３を介して共振回路に正帰還している。

さて本実施例ではトランジスタ８のエミッタ抵抗R7,R
8の中点に増幅率αの演算増幅器21の入力端を接続し、
更にその増幅出力を反転増幅器22の反転入力端に与えて
増幅する。反転増幅器22の非反転入力端には電圧Ｅから
成る基準電圧信号を与えるものとする。そして増幅器2
1,22から成る電圧制御回路23の出力を電圧制御抵抗素
子、例えば電界効果型トランジスタ（以下FETという）2
4のゲート端子に与える。FET24には抵抗R9が直列に接続
されており、抵抗R9及びFET24の直列接続体はトランジ
スタ６のエミッタ抵抗R5に並列に接続されて電圧制御抵
抗回路25を形成している。

そして前述した従来例と同様にトランジスタ８のエミ
ッタ抵抗R7,R8の中点に比較器９が接続され、所定レベ
ルの電圧信号が弁別されて出力回路10に与えられる。出
力回路10はこの出力を増幅して外部にスイッチ出力とし
て与えるものである。

（動作） 次に本実施例の動作について説明する。この発振回路
を動作させると共振回路に流れる電流がトランジスタ７
によって電圧信号に変換され、その電圧信号がトランジ
スタ６のエミッタフォロワを介して電流ミラー回路３の
一方のトランジスタ２に流れ、その電流と同一の電流が
トランジスタ１より共振回路に帰還されて発振が開始さ
れる。そしてトランジスタ８のエミッタ抵抗R7,R8の中
点の電圧がコンデンサC2によって平滑され、検波電圧Vd
として電圧制御回路23及び比較器９に与えられる。第２
図はこの検波電圧Vdに対する電圧制御回路23の出力電圧
V_Gを示す特性曲線であって、電圧制御回路23は増幅器22
の出力電圧（即ちＥ−αVd）を制御電圧V_GとしてFET24
のゲートに与えている。従って第３図に示すように検波
電圧Vdに対する電圧制御抵抗回路25の抵抗は、検波電圧
Vdに依存しない抵抗R5の一定の抵抗値と、抵抗R9及びFE
T24の検波電圧Vdにより定まる抵抗R_FETの和R9＋R_FETと
の並列合成抵抗として曲線R_Xで与えられる抵抗値とな
る。そして第４図に示すようにこの抵抗値の逆数が検波
電圧Vdに対する電圧制御抵抗回路25の合成コンダクタン
スg_Xとなる。そして第３図に示すように検波電圧VdがVd
₁以下となればFET24に与えられるゲート電圧V_Gが上昇す
るため、FET24がオとなって電圧制御抵抗回路25の合成
抵抗は抵抗R5及び抵抗R9の並列合成抵抗となり、検波電
圧がVd₂を越えればFET24のゲート端子に制御電圧が与え
られなくなるため、FET24がオフとなって電圧制御抵抗
回路25の合成抵抗は元のエミッタ抵抗R5のみとなる。従
って検波電圧VdがVd₁とVd₂の間にあるときにはFET24は
アナログ的な動作を行い、第３図及び第４図に示すよう
に電圧制御抵抗回路25の合成抵抗R_X及びその逆数である
発振回路の負性コンダクタンスg_Xは夫々図示のように連
続的に変化することとなる。

一方検出コイルＬに物体が近接すると渦電流損が生じ
るため共振回路の損失抵抗が増加し、共振回路のコンダ
クタンスg_aは近接スイッチから物体までの距離ｌに対し
て第５図に示すように大きくなる。そして所定の距離l₂
より離れると共振回路のコンダクタンスg_aより発振回路
のコンダクタンスg_Xが大きくなるため、第６図に示すよ
うに発振回路が飽和するまで発振振幅が大きくなって検
波出力Vdも大きくなる。又距離l₂より近づけば検波電圧
Vdの低下によって共振回路のコンダクタンスg_aに発振回
路のコンダクタンスg_Xが追従するように制御され、第６
図及び第７図（ａ）に示すように近接スイッチに物体が
近接した場合にもほぼ一定の振幅で発振を継続させるこ
とができる。そして検波出力Vdについて前述したVd₂以
上の所定値Vrefを比較器９の閾値レベルとしておくこと
によって近接する物体を検出することができる。そして
第７図に示すように物体が距離l₂から近接スイッチの近
傍に接近する場合にも所定の振幅レベルから発振の振幅
が拡大する。従って発振回路の振幅の立上りが速く、極
めて短時間で物体の近接を検知するレベルにまで達する
ことが可能となり、近接スイッチの応答速度を大幅に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による高周波発振型近接スイ
ッチの回路図、第２図は検波電圧Vdに対する増幅回路の
出力電圧V_Gの特性を示すグラフ、第３図は検波電圧Vdに
対する電圧制御抵抗回路の合成抵抗を示すグラフ、第４
図は検波電圧Vdに対する電圧制御抵抗回路の合成コンダ
クタンス（発振回路のコンダクタンス）g_Xを示すグラ
フ、第５図は近接スイッチから物体までの距離ｌに対す
る共振回路のコンダクタンスg_aを示すグラフ、第６図は
物体までの距離ｌに対する検波出力Vdを示すグラフ、第
７図は物体の位置に対する共振回路のコンダクタンスg_a
及び発振回路のコンダクタンスg_Xと発振振幅の変化を示
すグラフ、第８図は従来の高周波発振型近接スイッチの
一例を示す回路図、第９図は従来の近接スイッチの物体
の距離に対する発振振幅の変化を示すグラフ、第10図は
従来の近接スイッチの物体の位置に対する共振回路のコ
ンダクタンスg_aと発振回路のコンダクタンスg_X0の変化
及び発振振幅の変化を示すグラフである。 Ｌ……コイル、1,2,6〜８……トランジスタ、３……電
流ミラー回路、９……比較器、10……出力回路、21……
増幅器、22……反転増幅器、23……電圧制御回路、24…
…FET、25……電圧制御抵抗回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振回路と、発振回路の出力の低下により
   物体を検知する検知回路を有する高周波発振型近接スイ
   ッチにおいて、 前記発振回路のコンダクタンスを定める抵抗と入力電圧
   によって抵抗値が連続的に変化する電圧制御抵抗素子と
   を並列に接続した電圧制御抵抗回路と、 前記発振回路の検波出力を反転増幅してそのアナログ増
   幅出力を制御信号として前記電圧制御抵抗回路に与える
   ことにより、発振レベルの低下時に前記発振回路のコン
   ダクタンスを連続して上昇させる電圧制御回路と、を有
   することを特徴とする高周波発振型近接スイッチ。
2. 【請求項２】前記電圧制御抵抗素子は、電界効果型トラ
   ンジスタであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の高周波発振型近接スイッチ。