JP2002022786A - インピーダンス検出回路及びインピーダンス検出方法 - Google Patents
インピーダンス検出回路及びインピーダンス検出方法Info
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- JP2002022786A JP2002022786A JP2000208902A JP2000208902A JP2002022786A JP 2002022786 A JP2002022786 A JP 2002022786A JP 2000208902 A JP2000208902 A JP 2000208902A JP 2000208902 A JP2000208902 A JP 2000208902A JP 2002022786 A JP2002022786 A JP 2002022786A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微小なインピーダンスの変化を高感度で正確
に検出することが可能なインピーダンス検出回路及びイ
ンピーダンス検出方法を提供する。 【解決手段】 第１演算増幅器１でボルテージフォロワ
を構成し、第２演算増幅器２の非反転入力端子を接地す
る。第２演算増幅器２の出力端子は第１コンデンサ７を
介して第１演算増幅器１の非反転入力端子に接続する。
第２交流電圧発生器１５と第１演算増幅器１の非反転入
力端子との間に第２コンデンサ１２を接続する。第２演
算増幅器２の出力端子を信号出力端子１３に接続する。
第１演算増幅器１の非反転入力端子に容量センサを接続
する。交流電圧Ｖｉｎを入力し、容量センサのうち基礎
容量値Ｃｄ分に流れる電流Ｉｄを、第２コンデンサ１２
を介して第２交流電圧発生器１５から供給する。信号出
力端子１３から電圧Ｖｏｕｔを取り出す。
に検出することが可能なインピーダンス検出回路及びイ
ンピーダンス検出方法を提供する。 【解決手段】 第１演算増幅器１でボルテージフォロワ
を構成し、第２演算増幅器２の非反転入力端子を接地す
る。第２演算増幅器２の出力端子は第１コンデンサ７を
介して第１演算増幅器１の非反転入力端子に接続する。
第２交流電圧発生器１５と第１演算増幅器１の非反転入
力端子との間に第２コンデンサ１２を接続する。第２演
算増幅器２の出力端子を信号出力端子１３に接続する。
第１演算増幅器１の非反転入力端子に容量センサを接続
する。交流電圧Ｖｉｎを入力し、容量センサのうち基礎
容量値Ｃｄ分に流れる電流Ｉｄを、第２コンデンサ１２
を介して第２交流電圧発生器１５から供給する。信号出
力端子１３から電圧Ｖｏｕｔを取り出す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、容量センサのよ
うなインピーダンス素子が有するインピーダンス量を検
出するためのインピーダンス検出回路及びインピーダン
ス検出方法に関するものである。
うなインピーダンス素子が有するインピーダンス量を検
出するためのインピーダンス検出回路及びインピーダン
ス検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】上記のようなインピーダンス検出回路の
従来例として、特開平９−２８０８０６号公報記載のも
のを挙げることができる。図６は、このインピーダンス
検出回路を示す回路図である。この検出回路では、電極
５４、５５で形成される容量センサ５１を、信号線５７
を介して演算増幅器５９の反転入力端子に接続してい
る。そしてこの演算増幅器５９の出力端子と前記反転入
力端子との間にコンデンサ６０を接続するとともに、非
反転入力端子に交流電圧Ｖａｃを印加している。また前
記信号線５７はシールド線５６によって被覆し、容量セ
ンサ５１を接続した信号線５７を電気的に遮蔽してい
る。このシールド線５６は、演算増幅器５９の非反転入
力端子に接続されている。そして出力電圧Ｖｄは、前記
演算増幅器５９の出力端子からトランス６１を介して取
り出される。
従来例として、特開平９−２８０８０６号公報記載のも
のを挙げることができる。図６は、このインピーダンス
検出回路を示す回路図である。この検出回路では、電極
５４、５５で形成される容量センサ５１を、信号線５７
を介して演算増幅器５９の反転入力端子に接続してい
る。そしてこの演算増幅器５９の出力端子と前記反転入
力端子との間にコンデンサ６０を接続するとともに、非
反転入力端子に交流電圧Ｖａｃを印加している。また前
記信号線５７はシールド線５６によって被覆し、容量セ
ンサ５１を接続した信号線５７を電気的に遮蔽してい
る。このシールド線５６は、演算増幅器５９の非反転入
力端子に接続されている。そして出力電圧Ｖｄは、前記
演算増幅器５９の出力端子からトランス６１を介して取
り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例において容
量センサ５１の容量Ｃｓは、基礎容量値Ｃｄと外部から
受けた音、圧力、光等によって変化する容量変化分ΔＣ
との和で表すことができる。 Ｃｓ＝Ｃｄ＋ΔＣ ところが前記出力電圧Ｖｄは、コンデンサ６０の容量と
容量センサ５１の容量Ｃｓとの比に応じて交流電圧Ｖａ
ｃを増幅した電圧であり、容量センサ５１の全体の容量
値Ｃｓの変化に応じて変化するものである。そのため前
記容量変化分ΔＣが基礎容量値Ｃｄに比べて微少である
場合には、容量変化分ΔＣの検出感度がきわめて低くな
ってしまうという問題があった。この問題を解決すべく
前記回路の増幅度を上げると、今度は出力電圧Ｖｄが飽
和してしまい、容量変化分ΔＣを正確に検出できなくな
るという問題が生じる。
量センサ５１の容量Ｃｓは、基礎容量値Ｃｄと外部から
受けた音、圧力、光等によって変化する容量変化分ΔＣ
との和で表すことができる。 Ｃｓ＝Ｃｄ＋ΔＣ ところが前記出力電圧Ｖｄは、コンデンサ６０の容量と
容量センサ５１の容量Ｃｓとの比に応じて交流電圧Ｖａ
ｃを増幅した電圧であり、容量センサ５１の全体の容量
値Ｃｓの変化に応じて変化するものである。そのため前
記容量変化分ΔＣが基礎容量値Ｃｄに比べて微少である
場合には、容量変化分ΔＣの検出感度がきわめて低くな
ってしまうという問題があった。この問題を解決すべく
前記回路の増幅度を上げると、今度は出力電圧Ｖｄが飽
和してしまい、容量変化分ΔＣを正確に検出できなくな
るという問題が生じる。
【０００４】この発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたものであって、その目的は、微小なインピ
ーダンスの変化を高感度で正確に検出することが可能な
インピーダンス検出回路及びインピーダンス検出方法を
提供することにある。
めになされたものであって、その目的は、微小なインピ
ーダンスの変化を高感度で正確に検出することが可能な
インピーダンス検出回路及びインピーダンス検出方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで本発明のインピー
ダンス検出回路は、ボルテージフォロワと、一方の入力
端子を所定の電圧に接続した演算増幅器と、前記演算増
幅器の出力端子と前記ボルテージフォロワの入力端子と
の間に設けられた第１のインピーダンスとを含み、第１
の増幅電圧を前記ボルテージフォロワから出力させる増
幅回路と、前記ボルテージフォロワの入力端子にその一
端が接続され他端にインピーダンス素子を接続できる信
号線と、前記演算増幅器の出力端子に接続された信号出
力端子と、前記信号線に接続され前記インピーダンス素
子に所定の電流を供給する電流路とを備えたことを特徴
としている。
ダンス検出回路は、ボルテージフォロワと、一方の入力
端子を所定の電圧に接続した演算増幅器と、前記演算増
幅器の出力端子と前記ボルテージフォロワの入力端子と
の間に設けられた第１のインピーダンスとを含み、第１
の増幅電圧を前記ボルテージフォロワから出力させる増
幅回路と、前記ボルテージフォロワの入力端子にその一
端が接続され他端にインピーダンス素子を接続できる信
号線と、前記演算増幅器の出力端子に接続された信号出
力端子と、前記信号線に接続され前記インピーダンス素
子に所定の電流を供給する電流路とを備えたことを特徴
としている。
【０００６】また本発明のインピーダンス検出方法は、
ボルテージフォロワと、一方の入力端子を所定の電圧に
接続した演算増幅器と、この演算増幅器の出力端子と前
記ボルテージフォロワの入力端子との間に設けられた第
１のインピーダンスと、ボルテージフォロワの入力端子
にその一端を接続した信号線とを備えた増幅回路を準備
する第１の過程と、前記信号線の他端にインピーダンス
素子を接続する第２の過程と、前記増幅回路の第１の増
幅電圧を前記ボルテージフォロワから出力させる第３の
過程と、前記信号線に接続された電流路から前記インピ
ーダンス素子に所定の電流を供給する第４の過程と、前
記演算増幅器の出力端子から検出電圧を取り出す第５の
過程とを備えたことを特徴としている。
ボルテージフォロワと、一方の入力端子を所定の電圧に
接続した演算増幅器と、この演算増幅器の出力端子と前
記ボルテージフォロワの入力端子との間に設けられた第
１のインピーダンスと、ボルテージフォロワの入力端子
にその一端を接続した信号線とを備えた増幅回路を準備
する第１の過程と、前記信号線の他端にインピーダンス
素子を接続する第２の過程と、前記増幅回路の第１の増
幅電圧を前記ボルテージフォロワから出力させる第３の
過程と、前記信号線に接続された電流路から前記インピ
ーダンス素子に所定の電流を供給する第４の過程と、前
記演算増幅器の出力端子から検出電圧を取り出す第５の
過程とを備えたことを特徴としている。
【０００７】ここで「インピーダンス素子を接続」する
ことには、部品としての素子を取り付けるほか、信号線
の端部に測定電極を設け、この測定電極と測定対象との
間にインピーダンスを形成することも含む。
ことには、部品としての素子を取り付けるほか、信号線
の端部に測定電極を設け、この測定電極と測定対象との
間にインピーダンスを形成することも含む。
【０００８】上記インピーダンス検出回路又はインピー
ダンス検出方法では、電流路を介して所定の電流をイン
ピーダンス素子に供給することができる。この電流によ
り、インピーダンス素子を流れる電流のうちインピーダ
ンス変化に応じて変化することのない電流分を、第１の
インピーダンスに流れる電流中から減殺することが可能
となる。また演算増幅器の一方の入力端子を所定の電圧
に接続しているので、特に演算増幅器を高速動作させて
いる場合においても、その出力信号に含まれる高調波・
ゆらぎ・演算誤差を抑制することが可能となる。
ダンス検出方法では、電流路を介して所定の電流をイン
ピーダンス素子に供給することができる。この電流によ
り、インピーダンス素子を流れる電流のうちインピーダ
ンス変化に応じて変化することのない電流分を、第１の
インピーダンスに流れる電流中から減殺することが可能
となる。また演算増幅器の一方の入力端子を所定の電圧
に接続しているので、特に演算増幅器を高速動作させて
いる場合においても、その出力信号に含まれる高調波・
ゆらぎ・演算誤差を抑制することが可能となる。
【０００９】そして上記インピーダンス検出回路におい
て、さらに前記信号線の少なくとも一部を電気的に遮蔽
するシールド手段と、このシールド手段に前記第１の増
幅電圧に基づくシールド電圧を印加するシールド電圧印
加手段とを設けるようにすると、シールド手段と信号線
との間の浮遊容量をコントロールして、インピーダンス
素子のインピーダンス変化を高精度で検出することが可
能となる。
て、さらに前記信号線の少なくとも一部を電気的に遮蔽
するシールド手段と、このシールド手段に前記第１の増
幅電圧に基づくシールド電圧を印加するシールド電圧印
加手段とを設けるようにすると、シールド手段と信号線
との間の浮遊容量をコントロールして、インピーダンス
素子のインピーダンス変化を高精度で検出することが可
能となる。
【００１０】また上記インピーダンス検出回路又はイン
ピーダンス検出方法における前記電流路を、第２の増幅
電圧を出力する第２の演算増幅器の出力端子と前記信号
線との間に設け、これに第２のインピーダンスを介設す
るようにすれば、電流源等の外部接続が不要となるし、
また回路動作を安定させることが可能となる。
ピーダンス検出方法における前記電流路を、第２の増幅
電圧を出力する第２の演算増幅器の出力端子と前記信号
線との間に設け、これに第２のインピーダンスを介設す
るようにすれば、電流源等の外部接続が不要となるし、
また回路動作を安定させることが可能となる。
【００１１】さらに上記インピーダンス検出回路又はイ
ンピーダンス検出方法において、前記インピーダンス素
子と第１のインピーダンスとが、交流に対して互いに同
種の性質を有するようにすれば、位相回りによる影響を
抑制して、第１のインピーダンスに流れる電流中からイ
ンピーダンス変化に応じて変化することのない電流分を
確実に減殺することが可能となる。
ンピーダンス検出方法において、前記インピーダンス素
子と第１のインピーダンスとが、交流に対して互いに同
種の性質を有するようにすれば、位相回りによる影響を
抑制して、第１のインピーダンスに流れる電流中からイ
ンピーダンス変化に応じて変化することのない電流分を
確実に減殺することが可能となる。
【００１２】ここで「交流に対して互いに同種の性質を
有する」とは、例えばインピーダンス素子と第１のイン
ピーダンスとがいずれも容量性（容量リアクタンス）で
ある等、一方が容量性であれば他方も容量性であり、ま
た一方が誘導性（誘導リアクタンス）であれば他方も誘
導性であり、さらに一方が抵抗であれば他方も抵抗であ
ることをいう。
有する」とは、例えばインピーダンス素子と第１のイン
ピーダンスとがいずれも容量性（容量リアクタンス）で
ある等、一方が容量性であれば他方も容量性であり、ま
た一方が誘導性（誘導リアクタンス）であれば他方も誘
導性であり、さらに一方が抵抗であれば他方も抵抗であ
ることをいう。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、この発明のインピーダンス
検出回路及びインピーダンス検出方法の具体的な実施の
形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
検出回路及びインピーダンス検出方法の具体的な実施の
形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】（実施形態１）図１は、実施形態１のイン
ピーダンス検出回路の回路図である。このインピーダン
ス検出回路は、第１演算増幅器１及び第２演算増幅器２
を含む増幅回路を備えて構成されている。第１演算増幅
器１は、その出力端子と反転入力端子とが接続され、ボ
ルテージフォロワを構成している。ここでボルテージフ
ォロワとは、入力インピーダンスが高い一方、出力イン
ピーダンスが低く、入出力ゲインが理論上「１」であっ
て、インピーダンス変換器として機能するものをいう。
従って、例えばこのボルテージフォロワを演算増幅器で
構成する場合には、その入出力端子間で信号増幅を行う
ようにするための帰還回路網は設けられないということ
になる。また第１演算増幅器１の非反転入力端子には、
シールドされた信号線９の一端が接続されている。信号
線９の他端には、被測定対象となるインピーダンス素子
８として容量センサが接続できるようになっている。こ
の容量センサは、受けた物理量（加速度、圧力、ガス、
光、音波等）に応じてその有する静電容量Ｃｓを変化さ
せるものである。
ピーダンス検出回路の回路図である。このインピーダン
ス検出回路は、第１演算増幅器１及び第２演算増幅器２
を含む増幅回路を備えて構成されている。第１演算増幅
器１は、その出力端子と反転入力端子とが接続され、ボ
ルテージフォロワを構成している。ここでボルテージフ
ォロワとは、入力インピーダンスが高い一方、出力イン
ピーダンスが低く、入出力ゲインが理論上「１」であっ
て、インピーダンス変換器として機能するものをいう。
従って、例えばこのボルテージフォロワを演算増幅器で
構成する場合には、その入出力端子間で信号増幅を行う
ようにするための帰還回路網は設けられないということ
になる。また第１演算増幅器１の非反転入力端子には、
シールドされた信号線９の一端が接続されている。信号
線９の他端には、被測定対象となるインピーダンス素子
８として容量センサが接続できるようになっている。こ
の容量センサは、受けた物理量（加速度、圧力、ガス、
光、音波等）に応じてその有する静電容量Ｃｓを変化さ
せるものである。
【００１５】第２演算増幅器２は、非反転入力端子が接
地される一方、反転入力端子には第１抵抗（抵抗値Ｒ
１）５及び第２抵抗（抵抗値Ｒ２）６の一端がそれぞれ
接続されている。第１抵抗５の他端は第１交流電圧発生
器（発生交流電圧Ｖｉｎ、角周波数ω）４に接続され、
第２抵抗６の他端は前記第１演算増幅器１の反転入力端
子に接続されている。第２演算増幅器２の出力端子は、
第１コンデンサ（第１のインピーダンス、容量値Ｃｆ）
７を介して第１演算増幅器１の非反転入力端子（ボルテ
ージフォロワの入力端子）に接続されている。また前記
信号線９には、第２コンデンサ（容量値Ｃｃ）１２を介
して第２交流電圧発生器（発生交流電圧Ｖｃ、角周波数
ω）１５が接続されるとともに、第３抵抗（抵抗値Ｒ
ｃ）１４を介して第３交流電圧発生器（発生交流電圧Ｖ
ｒ、角周波数ω）１６が接続されている。そして第２演
算増幅器２の出力端子が信号出力端子１３に接続されて
いる。
地される一方、反転入力端子には第１抵抗（抵抗値Ｒ
１）５及び第２抵抗（抵抗値Ｒ２）６の一端がそれぞれ
接続されている。第１抵抗５の他端は第１交流電圧発生
器（発生交流電圧Ｖｉｎ、角周波数ω）４に接続され、
第２抵抗６の他端は前記第１演算増幅器１の反転入力端
子に接続されている。第２演算増幅器２の出力端子は、
第１コンデンサ（第１のインピーダンス、容量値Ｃｆ）
７を介して第１演算増幅器１の非反転入力端子（ボルテ
ージフォロワの入力端子）に接続されている。また前記
信号線９には、第２コンデンサ（容量値Ｃｃ）１２を介
して第２交流電圧発生器（発生交流電圧Ｖｃ、角周波数
ω）１５が接続されるとともに、第３抵抗（抵抗値Ｒ
ｃ）１４を介して第３交流電圧発生器（発生交流電圧Ｖ
ｒ、角周波数ω）１６が接続されている。そして第２演
算増幅器２の出力端子が信号出力端子１３に接続されて
いる。
【００１６】次に、上記のように構成されたインピーダ
ンス検出回路の動作について説明する。まず上記のよう
に構成された増幅回路を準備し、信号線９の端部にイン
ピーダンス素子８の一例として他端が接地された容量セ
ンサを接続する。この容量センサの全静電容量Ｃｓは、
基礎容量値をＣｄ、受けた物理量に応じて変化する容量
変化分をΔＣとすると、 Ｃｓ＝Ｃｄ＋ΔＣ ―――（１） で表すことができる。そこで第１交流電圧発生器４から
角周波数ωの交流入力電圧Ｖｉｎを与える。各演算増幅
器１、２の入力端子間がイマジナリ・ショート状態にあ
ることから、第２演算増幅器２の反転入力端子電圧Ｖ１
＝０である。これにより第１演算増幅器１の反転入力端
子電圧Ｖ２は、 Ｖ２＝−（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ ―――（２） ＝Ｖｐ とる。つまりボルテージフォロワの出力電圧（第１の増
幅電圧）Ｖ２は、入力電圧Ｖｉｎに反転比例した電圧に
なるということである。
ンス検出回路の動作について説明する。まず上記のよう
に構成された増幅回路を準備し、信号線９の端部にイン
ピーダンス素子８の一例として他端が接地された容量セ
ンサを接続する。この容量センサの全静電容量Ｃｓは、
基礎容量値をＣｄ、受けた物理量に応じて変化する容量
変化分をΔＣとすると、 Ｃｓ＝Ｃｄ＋ΔＣ ―――（１） で表すことができる。そこで第１交流電圧発生器４から
角周波数ωの交流入力電圧Ｖｉｎを与える。各演算増幅
器１、２の入力端子間がイマジナリ・ショート状態にあ
ることから、第２演算増幅器２の反転入力端子電圧Ｖ１
＝０である。これにより第１演算増幅器１の反転入力端
子電圧Ｖ２は、 Ｖ２＝−（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ ―――（２） ＝Ｖｐ とる。つまりボルテージフォロワの出力電圧（第１の増
幅電圧）Ｖ２は、入力電圧Ｖｉｎに反転比例した電圧に
なるということである。
【００１７】インピーダンス素子８を流れる電流値Ｉｓ
は、 Ｉｓ＝ｊωＣｓ・Ｖｐ ＝ｊωＣｓ・Ｖ２ ―――（３） で表される。また第２コンデンサ１２を流れる電流Ｉｃは、 Ｉｃ＝ｊωＣｃ（Ｖｃ−Ｖ２） ―――（４） であり、第３抵抗１４を流れる電流Ｉｒは、 Ｉｒ＝（Ｖｒ−Ｖ２）／Ｒｃ ―――（５） である。そして第１コンデンサ７を流れる電流Ｉｆは、 Ｉｆ＝Ｉｓ−Ｉｃ−Ｉｒ＋Ｉｐ ―――（６） と表される。Ｉｐは、第１演算増幅器１の非反転入力端
子に流れ込む電流値である。さらにインピーダンス素子
８に流れる電流Ｉｓは、容量Ｃｓのうち基礎容量値Ｃｄ
に相当する部分に流れる電流Ｉｄと、容量変化分ΔＣに
相当する部分に流れる電流ΔＩとに分解できる。 Ｉｓ＝Ｉｄ＋ΔＩ ―――（７） 従って電流Ｉｆは、 Ｉｆ＝Ｉｄ＋ΔＩ−Ｉｃ−Ｉｒ＋Ｉｐ ―――（８） と書くことができる。一方、信号出力端子電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｔ＝Ｉｆ／ｊωＣｆ＋Ｖ２ ―――（９） で表される。
は、 Ｉｓ＝ｊωＣｓ・Ｖｐ ＝ｊωＣｓ・Ｖ２ ―――（３） で表される。また第２コンデンサ１２を流れる電流Ｉｃは、 Ｉｃ＝ｊωＣｃ（Ｖｃ−Ｖ２） ―――（４） であり、第３抵抗１４を流れる電流Ｉｒは、 Ｉｒ＝（Ｖｒ−Ｖ２）／Ｒｃ ―――（５） である。そして第１コンデンサ７を流れる電流Ｉｆは、 Ｉｆ＝Ｉｓ−Ｉｃ−Ｉｒ＋Ｉｐ ―――（６） と表される。Ｉｐは、第１演算増幅器１の非反転入力端
子に流れ込む電流値である。さらにインピーダンス素子
８に流れる電流Ｉｓは、容量Ｃｓのうち基礎容量値Ｃｄ
に相当する部分に流れる電流Ｉｄと、容量変化分ΔＣに
相当する部分に流れる電流ΔＩとに分解できる。 Ｉｓ＝Ｉｄ＋ΔＩ ―――（７） 従って電流Ｉｆは、 Ｉｆ＝Ｉｄ＋ΔＩ−Ｉｃ−Ｉｒ＋Ｉｐ ―――（８） と書くことができる。一方、信号出力端子電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｔ＝Ｉｆ／ｊωＣｆ＋Ｖ２ ―――（９） で表される。
【００１８】第１演算増幅器１の入力インピーダンスは
既知である。これをＲｉとすると、電流Ｉｐは、 Ｉｐ＝Ｖ２／Ｒｉ ＝−（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ／Ｒｉ ―――（１０） となる。そこで上記インピーダンス検出回路では、 −（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ／Ｒｉ＝（Ｖｒ−Ｖ２）／Ｒｃ ―――（１１） となるように第３交流電圧発生器１６の電圧Ｖｒ及び第
３抵抗１４の抵抗値Ｒｃを選択している。この際、式
（１１）を成立させるためには電圧Ｖｒのみを調整する
ようにしてもよいし、抵抗値Ｒｃのみを調整するように
してもよいが、電圧Ｖｒ及び抵抗値Ｒｃの双方を調整す
るようにしてもよい。するとＩｐ＝Ｉｒとなるので、式
（８）は、 Ｉｆ＝Ｉｄ＋ΔＩ−Ｉｃ ―――（１２） と表される。
既知である。これをＲｉとすると、電流Ｉｐは、 Ｉｐ＝Ｖ２／Ｒｉ ＝−（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ／Ｒｉ ―――（１０） となる。そこで上記インピーダンス検出回路では、 −（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｉｎ／Ｒｉ＝（Ｖｒ−Ｖ２）／Ｒｃ ―――（１１） となるように第３交流電圧発生器１６の電圧Ｖｒ及び第
３抵抗１４の抵抗値Ｒｃを選択している。この際、式
（１１）を成立させるためには電圧Ｖｒのみを調整する
ようにしてもよいし、抵抗値Ｒｃのみを調整するように
してもよいが、電圧Ｖｒ及び抵抗値Ｒｃの双方を調整す
るようにしてもよい。するとＩｐ＝Ｉｒとなるので、式
（８）は、 Ｉｆ＝Ｉｄ＋ΔＩ−Ｉｃ ―――（１２） と表される。
【００１９】またインピーダンス素子８の基礎容量値Ｃ
ｄは既知である。そこで上記インピーダンス検出回路で
は、 ｊωＣｄ・Ｖ２＝ｊωＣｃ（Ｖｃ−Ｖ２） ―――（１３） となるように第２交流電圧発生器１５の電圧Ｖｃ及び第
２コンデンサ１２の容量値Ｃｃを選択している。この
際、式（１３）を成立させるためには電圧Ｖｃのみを調
整するようにしてもよいし、容量Ｃｃのみを調整するよ
うにしてもよいが、電圧Ｖｃ及び容量Ｃｃの双方を調整
するようにしてもよい。するとＩｄ＝Ｉｃとなるので、
式（１２）は、 Ｉｆ＝ΔＩ ―――（１４） と表されることになる。つまり、第２交流電圧発生器１
５と信号線９との間で第２コンデンサ１２が介設された
電路１７が、インピーダンス素子８に所定の電流Ｉｃを
供給する電流路として機能している。また、第２交流電
圧発生器１５と第２コンデンサ１２の介設された前記電
路１７とによって、インピーダンス素子８に所定の電流
Ｉｄを供給する電流源が構成されている。そしてΔＩ
は、 ΔＩ＝ｊωΔＣ・Ｖ２ ―――（１５） であるから、式（２）、式（１４）及び式（１５）を式
（９）に代入して、 Ｖｏｕｔ＝−（１＋ΔＣ／Ｃｆ）・Ｖｉｎ・Ｒ２／Ｒ１ ―――（１６） が得られる。従ってこのＶｏｕｔを検出することによ
り、インピーダンス素子８の容量変化分ΔＣを知得する
ことができる。
ｄは既知である。そこで上記インピーダンス検出回路で
は、 ｊωＣｄ・Ｖ２＝ｊωＣｃ（Ｖｃ−Ｖ２） ―――（１３） となるように第２交流電圧発生器１５の電圧Ｖｃ及び第
２コンデンサ１２の容量値Ｃｃを選択している。この
際、式（１３）を成立させるためには電圧Ｖｃのみを調
整するようにしてもよいし、容量Ｃｃのみを調整するよ
うにしてもよいが、電圧Ｖｃ及び容量Ｃｃの双方を調整
するようにしてもよい。するとＩｄ＝Ｉｃとなるので、
式（１２）は、 Ｉｆ＝ΔＩ ―――（１４） と表されることになる。つまり、第２交流電圧発生器１
５と信号線９との間で第２コンデンサ１２が介設された
電路１７が、インピーダンス素子８に所定の電流Ｉｃを
供給する電流路として機能している。また、第２交流電
圧発生器１５と第２コンデンサ１２の介設された前記電
路１７とによって、インピーダンス素子８に所定の電流
Ｉｄを供給する電流源が構成されている。そしてΔＩ
は、 ΔＩ＝ｊωΔＣ・Ｖ２ ―――（１５） であるから、式（２）、式（１４）及び式（１５）を式
（９）に代入して、 Ｖｏｕｔ＝−（１＋ΔＣ／Ｃｆ）・Ｖｉｎ・Ｒ２／Ｒ１ ―――（１６） が得られる。従ってこのＶｏｕｔを検出することによ
り、インピーダンス素子８の容量変化分ΔＣを知得する
ことができる。
【００２０】上記インピーダンス検出回路及び検出方法
では、第１コンデンサ７を流れる電流Ｉｆに応じた値の
電圧Ｖｏｕｔが得られる。そして第１コンデンサ７に流
れる電流Ｉｆは式（１４）に示すとおり電流ΔＩに等し
いから、基礎容量値Ｃｄの大きさに依存しない電圧Ｖｏ
ｕｔを得ることができる。従って基礎容量値Ｃｄに比べ
て容量変化分ΔＣがきわめて微少である場合にも、容量
変化分ΔＣを高感度で検出することができる。また第１
コンデンサ７の容量Ｃｆを小さくして検出感度をより高
くしても、電流Ｉｆには電流Ｉｄの分を含まないので、
基礎容量値Ｃｄの大きさにかかわらず電圧Ｖｏｕｔが容
易に飽和するのを回避することができる。
では、第１コンデンサ７を流れる電流Ｉｆに応じた値の
電圧Ｖｏｕｔが得られる。そして第１コンデンサ７に流
れる電流Ｉｆは式（１４）に示すとおり電流ΔＩに等し
いから、基礎容量値Ｃｄの大きさに依存しない電圧Ｖｏ
ｕｔを得ることができる。従って基礎容量値Ｃｄに比べ
て容量変化分ΔＣがきわめて微少である場合にも、容量
変化分ΔＣを高感度で検出することができる。また第１
コンデンサ７の容量Ｃｆを小さくして検出感度をより高
くしても、電流Ｉｆには電流Ｉｄの分を含まないので、
基礎容量値Ｃｄの大きさにかかわらず電圧Ｖｏｕｔが容
易に飽和するのを回避することができる。
【００２１】また上記では、第１演算増幅器１について
は反転入力端子と出力端子とを短絡してゲイン＝１のボ
ルテージフォロワとして機能させ、必要なゲインは第２
演算増幅器２でかせぐようにしている。そして電圧増幅
を行う第２演算増幅器１２は、その非反転入力端子を接
地している。このようにすると非反転入力端子の電圧が
安定するので、特に演算増幅器を高速動作させている場
合に、出力信号に含まれる高調波を抑制することができ
る。これにより第２演算増幅器２の出力電圧に含まれる
高調波成分が大幅に低減され、演算精度を顕著に向上さ
せることができる。従って一段と高精度なΔＣの測定を
することができる。もっとも第２演算増幅器２の非反転
入力端子は電圧が安定していればよいので、接地以外に
所定の安定電圧（例えば一定電圧）を非反転入力端子に
印加してもよい。
は反転入力端子と出力端子とを短絡してゲイン＝１のボ
ルテージフォロワとして機能させ、必要なゲインは第２
演算増幅器２でかせぐようにしている。そして電圧増幅
を行う第２演算増幅器１２は、その非反転入力端子を接
地している。このようにすると非反転入力端子の電圧が
安定するので、特に演算増幅器を高速動作させている場
合に、出力信号に含まれる高調波を抑制することができ
る。これにより第２演算増幅器２の出力電圧に含まれる
高調波成分が大幅に低減され、演算精度を顕著に向上さ
せることができる。従って一段と高精度なΔＣの測定を
することができる。もっとも第２演算増幅器２の非反転
入力端子は電圧が安定していればよいので、接地以外に
所定の安定電圧（例えば一定電圧）を非反転入力端子に
印加してもよい。
【００２２】さらに図２は、信号線９に対する交流電圧
発生器の接続態様が変更された上記実施形態１の変形例
を示している。ここでは、第２コンデンサ１２及び第３
抵抗１４に流れる電流Ｉｃ、Ｉｒの角周波数ωの２倍の
角周波数ω’を有する電流を、信号線９に供給できるよ
うにしている。すなわち信号線９に、さらに第３コンデ
ンサ２４を介して第４交流電圧発生器（角周波数ω’＝
２ω）２６が接続されるとともに、第６抵抗２５を介し
て第５交流電圧発生器（角周波数ω’＝２ω）２７が接
続されているということである。こうすることにより、
信号出力端子１３から出力される検出信号に含まれるこ
とがある第２高調波を効果的にうち消すことがことがで
き、高調波によるノイズを確実に抑制することができ
る。
発生器の接続態様が変更された上記実施形態１の変形例
を示している。ここでは、第２コンデンサ１２及び第３
抵抗１４に流れる電流Ｉｃ、Ｉｒの角周波数ωの２倍の
角周波数ω’を有する電流を、信号線９に供給できるよ
うにしている。すなわち信号線９に、さらに第３コンデ
ンサ２４を介して第４交流電圧発生器（角周波数ω’＝
２ω）２６が接続されるとともに、第６抵抗２５を介し
て第５交流電圧発生器（角周波数ω’＝２ω）２７が接
続されているということである。こうすることにより、
信号出力端子１３から出力される検出信号に含まれるこ
とがある第２高調波を効果的にうち消すことがことがで
き、高調波によるノイズを確実に抑制することができ
る。
【００２３】（実施形態２）図３は、実施形態２のイン
ピーダンス検出回路を示す回路図である。この検出回路
が実施形態１のものと異なるのは、ボルテージフォロワ
又はバッファ（シールド電圧印加手段）３を介して第１
演算増幅器１の反転入力端子電圧をシールド線（シール
ド手段）１０に印加している点である。シールド線１０
は、信号線９を電気的に遮蔽するものである。第１演算
増幅器１の両入力端子はイマジナリ・ショートしている
ので、このようにすると非反転入力端子電圧に等しいシ
ールド電圧をシールド線１０に印加することができる。
これによって信号線９の電圧とシールド線１０の電圧と
が等しくなり、両者間に浮遊容量が発生するのを回避す
ることができる。
ピーダンス検出回路を示す回路図である。この検出回路
が実施形態１のものと異なるのは、ボルテージフォロワ
又はバッファ（シールド電圧印加手段）３を介して第１
演算増幅器１の反転入力端子電圧をシールド線（シール
ド手段）１０に印加している点である。シールド線１０
は、信号線９を電気的に遮蔽するものである。第１演算
増幅器１の両入力端子はイマジナリ・ショートしている
ので、このようにすると非反転入力端子電圧に等しいシ
ールド電圧をシールド線１０に印加することができる。
これによって信号線９の電圧とシールド線１０の電圧と
が等しくなり、両者間に浮遊容量が発生するのを回避す
ることができる。
【００２４】またここでは、シールド電圧印加手段とし
てボルテージフォロワ３を用い、これによって回路構成
の簡素化を図っている。しかしながら回路規模にこだわ
らない場合には、シールド電圧印加手段として第１演算
増幅器１の反転入力端子電圧を位相・振幅補償できるよ
うな回路を用いてもよい。このような回路を用いると入
力電圧周波数ωがきわめて高いような場合にも、信号線
９とシールド線１０との間を確実に同電位にして浮遊容
量の発生を防止することができる。さらにシールド電圧
印加手段として位相振幅補償回路を用いるような場合に
は、これをシールド線１０と交流電圧発生器４との間に
接続し、第１交流電圧発生器４の電圧Ｖｉｎを位相振幅
補償してシールド線１０に印加するようにしてもよい。
ボルテージフォロワの出力電圧Ｖ２は前記電圧Ｖｉｎに
基づいて形成されているので、このようにしてもボルテ
ージフォロワの出力電圧に基づくシールド電圧をシール
ド線１０に印加することができるからである。
てボルテージフォロワ３を用い、これによって回路構成
の簡素化を図っている。しかしながら回路規模にこだわ
らない場合には、シールド電圧印加手段として第１演算
増幅器１の反転入力端子電圧を位相・振幅補償できるよ
うな回路を用いてもよい。このような回路を用いると入
力電圧周波数ωがきわめて高いような場合にも、信号線
９とシールド線１０との間を確実に同電位にして浮遊容
量の発生を防止することができる。さらにシールド電圧
印加手段として位相振幅補償回路を用いるような場合に
は、これをシールド線１０と交流電圧発生器４との間に
接続し、第１交流電圧発生器４の電圧Ｖｉｎを位相振幅
補償してシールド線１０に印加するようにしてもよい。
ボルテージフォロワの出力電圧Ｖ２は前記電圧Ｖｉｎに
基づいて形成されているので、このようにしてもボルテ
ージフォロワの出力電圧に基づくシールド電圧をシール
ド線１０に印加することができるからである。
【００２５】（実施形態３）図４は、実施形態３のイン
ピーダンス検出回路を示す回路図である。この検出回路
が実施形態１のものと異なるのは、第３演算増幅器（第
２の演算増幅器）２０と、この第３演算増幅器２０の反
転入力端子に一端が接続された第４抵抗（抵抗値Ｒ４）
２１と、反転入力端子と出力端子との間に接続された第
５抵抗（抵抗値Ｒ５）２２とで構成された反転増幅器を
設けている点である。そして第４抵抗２１の他端を第１
交流電圧発生器４に接続するとともに、第３演算増幅器
２０の出力端子に第２コンデンサ１２を接続して電流Ｉ
ｃをインピーダンス素子８に供給するようにしている。
ここでは第３演算増幅器２０の出力端子と信号線９との
間で第２コンデンサ（第２のインピーダンス）１２が介
設された電路１８が、インピーダンス素子８に所定の電
流Ｉｃを供給する電流路として機能している。また前記
構成の反転増幅器と、第１交流電圧発生器４と、第２コ
ンデンサ１２とによって、インピーダンス素子８に所定
の電流を供給する電流源が構成されている。第３演算増
幅器２０の出力端子からは、−（Ｒ５／Ｒ４）・Ｖｉｎ
で表される電圧（第２の増幅電圧）Ｖｏが出力される。
そしてこの検出回路では、各抵抗値を例えばＲ４＝Ｒ
１、Ｒ５＝Ｒ２・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）となるように選択
している。すると実施形態１と同様に、電流Ｉｄのほぼ
全量を第２コンデンサ１２を流れる電流Ｉｃで賄うこと
ができる。
ピーダンス検出回路を示す回路図である。この検出回路
が実施形態１のものと異なるのは、第３演算増幅器（第
２の演算増幅器）２０と、この第３演算増幅器２０の反
転入力端子に一端が接続された第４抵抗（抵抗値Ｒ４）
２１と、反転入力端子と出力端子との間に接続された第
５抵抗（抵抗値Ｒ５）２２とで構成された反転増幅器を
設けている点である。そして第４抵抗２１の他端を第１
交流電圧発生器４に接続するとともに、第３演算増幅器
２０の出力端子に第２コンデンサ１２を接続して電流Ｉ
ｃをインピーダンス素子８に供給するようにしている。
ここでは第３演算増幅器２０の出力端子と信号線９との
間で第２コンデンサ（第２のインピーダンス）１２が介
設された電路１８が、インピーダンス素子８に所定の電
流Ｉｃを供給する電流路として機能している。また前記
構成の反転増幅器と、第１交流電圧発生器４と、第２コ
ンデンサ１２とによって、インピーダンス素子８に所定
の電流を供給する電流源が構成されている。第３演算増
幅器２０の出力端子からは、−（Ｒ５／Ｒ４）・Ｖｉｎ
で表される電圧（第２の増幅電圧）Ｖｏが出力される。
そしてこの検出回路では、各抵抗値を例えばＲ４＝Ｒ
１、Ｒ５＝Ｒ２・（１＋Ｃｄ／Ｃｃ）となるように選択
している。すると実施形態１と同様に、電流Ｉｄのほぼ
全量を第２コンデンサ１２を流れる電流Ｉｃで賄うこと
ができる。
【００２６】この実施形態３の検出回路では、インピー
ダンス素子８に供給する電流Ｉｃを、第３演算増幅器２
０から取り出すようにしている。従って交流電圧発生器
１５、１６の外部接続等は不要となり、全体をコンパク
トな回路に一体化してチップ化等を図ることができる。
またこの実施形態３においても、第２コンデンサ１２と
並列に抵抗素子を設け、この抵抗素子に流れる電流によ
って第１演算増幅器１の非反転入力端子に流れ込む電流
Ｉｐ分を賄うようにしてもよい。さらに実施形態２のよ
うに、ボルテージフォロワ又はバッファ（シールド電圧
印加手段）３を介して第１演算増幅器１の反転入力端子
電圧をシールド線（信号線９を電気的に遮蔽するシール
ド手段）１０に印加し、信号線９の電圧とシールド線１
０の電圧とを等しくして、両者間に浮遊容量が発生する
のを回避するようにしてもよい。
ダンス素子８に供給する電流Ｉｃを、第３演算増幅器２
０から取り出すようにしている。従って交流電圧発生器
１５、１６の外部接続等は不要となり、全体をコンパク
トな回路に一体化してチップ化等を図ることができる。
またこの実施形態３においても、第２コンデンサ１２と
並列に抵抗素子を設け、この抵抗素子に流れる電流によ
って第１演算増幅器１の非反転入力端子に流れ込む電流
Ｉｐ分を賄うようにしてもよい。さらに実施形態２のよ
うに、ボルテージフォロワ又はバッファ（シールド電圧
印加手段）３を介して第１演算増幅器１の反転入力端子
電圧をシールド線（信号線９を電気的に遮蔽するシール
ド手段）１０に印加し、信号線９の電圧とシールド線１
０の電圧とを等しくして、両者間に浮遊容量が発生する
のを回避するようにしてもよい。
【００２７】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施す
ることができる。上記では信号線９の端部にインピーダ
ンス素子８として容量センサを取り付けるようにした
が、信号線９の端部に測定電極を形成し、この測定電極
と測定対象との間で形成される容量Ｃｓの変化分を上記
検出回路で検出するようにしてもよい。
いて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施す
ることができる。上記では信号線９の端部にインピーダ
ンス素子８として容量センサを取り付けるようにした
が、信号線９の端部に測定電極を形成し、この測定電極
と測定対象との間で形成される容量Ｃｓの変化分を上記
検出回路で検出するようにしてもよい。
【００２８】また上記ではインピーダンス素子８として
容量センサを用いたが、これは誘導型のセンサを用いて
もよいし、抵抗型のセンサを用いてもよい。第１のイン
ピーダンスも上記のような容量素子７に限らず、抵抗素
子又は誘導性素子を用いることができる。また上記実施
形態でＩｃを供給するインピーダンスとして容量素子
（第２コンデンサ１２）を用いたのは、インピーダンス
素子８として容量素子を用いたためであり、こうするこ
とでＩｄに等しいＩｃをインピーダンス素子８に確実に
供給できるからである。従ってインピーダンス素子８と
して誘導型のセンサを用いる場合には、Ｉｃを供給する
インピーダンスも誘導性素子とするのが望ましく、イン
ピーダンス素子８として抵抗型のセンサを用いる場合に
は、前記インピーダンスを抵抗素子とするのが望まし
い。
容量センサを用いたが、これは誘導型のセンサを用いて
もよいし、抵抗型のセンサを用いてもよい。第１のイン
ピーダンスも上記のような容量素子７に限らず、抵抗素
子又は誘導性素子を用いることができる。また上記実施
形態でＩｃを供給するインピーダンスとして容量素子
（第２コンデンサ１２）を用いたのは、インピーダンス
素子８として容量素子を用いたためであり、こうするこ
とでＩｄに等しいＩｃをインピーダンス素子８に確実に
供給できるからである。従ってインピーダンス素子８と
して誘導型のセンサを用いる場合には、Ｉｃを供給する
インピーダンスも誘導性素子とするのが望ましく、イン
ピーダンス素子８として抵抗型のセンサを用いる場合に
は、前記インピーダンスを抵抗素子とするのが望まし
い。
【００２９】さらに電流Ｉｆを流す第１のインピーダン
スとして容量素子（第１コンデンサ７）を用いたのも、
インピーダンス素子８として容量素子を用いたためであ
り、こうすることでＩｆとＩｄ（又はＩｓ）との間にお
ける位相回りによる影響を抑制し、Ｉｆ中からＩｄを確
実に減殺することができるからである。従ってインピー
ダンス素子８として誘導型のセンサを用いる場合には、
第１のインピーダンスも誘導性素子とするのが望まし
く、インピーダンス素子８として抵抗型のセンサを用い
る場合には、前記第１のインピーダンスも抵抗素子とす
るのが望ましい。
スとして容量素子（第１コンデンサ７）を用いたのも、
インピーダンス素子８として容量素子を用いたためであ
り、こうすることでＩｆとＩｄ（又はＩｓ）との間にお
ける位相回りによる影響を抑制し、Ｉｆ中からＩｄを確
実に減殺することができるからである。従ってインピー
ダンス素子８として誘導型のセンサを用いる場合には、
第１のインピーダンスも誘導性素子とするのが望まし
く、インピーダンス素子８として抵抗型のセンサを用い
る場合には、前記第１のインピーダンスも抵抗素子とす
るのが望ましい。
【００３０】さらに電流Ｉｄのうち少なくともその一部
を電流Ｉｃで賄うようにすれば、検出電圧Ｖｏｕｔに対
するＩｄの寄与分を減少できるので、本発明の効果を得
ることができる。もっとも容量変化分ΔＣを高感度で検
出するためには、上記のように電流Ｉｄのほぼ全量を電
流Ｉｃで賄ってＩｆ＝ΔＩとなるようするのが好まし
い。
を電流Ｉｃで賄うようにすれば、検出電圧Ｖｏｕｔに対
するＩｄの寄与分を減少できるので、本発明の効果を得
ることができる。もっとも容量変化分ΔＣを高感度で検
出するためには、上記のように電流Ｉｄのほぼ全量を電
流Ｉｃで賄ってＩｆ＝ΔＩとなるようするのが好まし
い。
【００３１】また信号出力端子電圧Ｖｏｕｔから電圧Ｖ
２を差し引いて出力する差動回路を演算増幅器等で構成
し、この差動回路を上記検出回路に含めるようにしても
よい。このようにすると差分回路の出力からはΔＣに比
例した信号を得ることができ、以後の信号処理回路を簡
素化することができる。
２を差し引いて出力する差動回路を演算増幅器等で構成
し、この差動回路を上記検出回路に含めるようにしても
よい。このようにすると差分回路の出力からはΔＣに比
例した信号を得ることができ、以後の信号処理回路を簡
素化することができる。
【００３２】さらに実施形態１及び実施形態２では電流
Ｉｃと電流Ｉｒとをそれぞれ別の交流電圧発生器１５、
１６から取り出すようにしたが、両電流Ｉｃ、Ｉｒを単
一の交流電圧発生器から取り出すようにしてもよい。
Ｉｃと電流Ｉｒとをそれぞれ別の交流電圧発生器１５、
１６から取り出すようにしたが、両電流Ｉｃ、Ｉｒを単
一の交流電圧発生器から取り出すようにしてもよい。
【００３３】
【実施例】図４に示す回路において、Ｒ１＝Ｒ２＝１ｋ
Ω、Ｒ４＝１ｋΩ、Ｒ５＝１０ｋΩ、Ｃｃ＝２ｐＦとし
た。インピーダンス素子８として、基礎容量値Ｃｄ＝２
０ｐＦの容量センサを使用し、容量Ｃｓを１７ｐＦ〜２
３ｐＦまで変化させた。容量センサに電流Ｉｃを供給し
ない場合を比較値とし、Ｃｆ＝５ｐＦの場合及びＣｆ＝
１ｐＦの場合のそれぞれについて信号出力端子電圧Ｖｏ
ｕｔを測定した。
Ω、Ｒ４＝１ｋΩ、Ｒ５＝１０ｋΩ、Ｃｃ＝２ｐＦとし
た。インピーダンス素子８として、基礎容量値Ｃｄ＝２
０ｐＦの容量センサを使用し、容量Ｃｓを１７ｐＦ〜２
３ｐＦまで変化させた。容量センサに電流Ｉｃを供給し
ない場合を比較値とし、Ｃｆ＝５ｐＦの場合及びＣｆ＝
１ｐＦの場合のそれぞれについて信号出力端子電圧Ｖｏ
ｕｔを測定した。
【００３４】図５（ａ）はＣｆ＝５ｐＦとした場合の結
果を示し、同図（ｂ）はＣｆ＝１ｐＦとした場合の結果
を示している。Ｃｆ＝５ｐＦとした場合は、本発明実施
例及び比較例の双方で容量Ｃｓの変化に応じたＶｏｕｔ
が検出されている。ただし電圧Ｖｏｕｔの変化幅は約
０．１５Ｖ程度であるので、容量Ｃｓの微少な変化を正
確に捉えるのは容易ではないと言える。一方、Ｃｆ＝１
ｐＦの場合、比較例では信号出力端子電圧Ｖｏｕｔが電
源電圧に接近して飽和し、容量Ｃｓの検出がきわめて困
難となっている。本発明実施例では、この場合にも容量
Ｃｓの変化を検出でき、しかもこのときの電圧Ｖｏｕｔ
の変化幅は約０．６５Ｖである。従って微小な容量Ｃｓ
の変化を高感度で正確に検出できることが明らかであ
る。
果を示し、同図（ｂ）はＣｆ＝１ｐＦとした場合の結果
を示している。Ｃｆ＝５ｐＦとした場合は、本発明実施
例及び比較例の双方で容量Ｃｓの変化に応じたＶｏｕｔ
が検出されている。ただし電圧Ｖｏｕｔの変化幅は約
０．１５Ｖ程度であるので、容量Ｃｓの微少な変化を正
確に捉えるのは容易ではないと言える。一方、Ｃｆ＝１
ｐＦの場合、比較例では信号出力端子電圧Ｖｏｕｔが電
源電圧に接近して飽和し、容量Ｃｓの検出がきわめて困
難となっている。本発明実施例では、この場合にも容量
Ｃｓの変化を検出でき、しかもこのときの電圧Ｖｏｕｔ
の変化幅は約０．６５Ｖである。従って微小な容量Ｃｓ
の変化を高感度で正確に検出できることが明らかであ
る。
【００３５】
【発明の効果】本発明のインピーダンス検出回路又はイ
ンピーダンス検出方法では、インピーダンス素子のイン
ピーダンス変化に応じて変化することのない電流分を、
第１のインピーダンスに流れる電流中から減殺すること
ができる。従ってインピーダンス素子に生じた微小なイ
ンピーダンス量の変化を高感度で正確に検出することが
可能となる。また、特に演算増幅器を高速動作させてい
る場合においても出力信号に含まれる高調波を抑制する
ことができるので、高精度なインピーダンスの検出が可
能となる。
ンピーダンス検出方法では、インピーダンス素子のイン
ピーダンス変化に応じて変化することのない電流分を、
第１のインピーダンスに流れる電流中から減殺すること
ができる。従ってインピーダンス素子に生じた微小なイ
ンピーダンス量の変化を高感度で正確に検出することが
可能となる。また、特に演算増幅器を高速動作させてい
る場合においても出力信号に含まれる高調波を抑制する
ことができるので、高精度なインピーダンスの検出が可
能となる。
【図１】この発明の実施形態１のインピーダンス検出回
路を示す回路図である。
路を示す回路図である。
【図２】上記実施形態１のインピーダンス検出回路の変
形例を示す回路図である。
形例を示す回路図である。
【図３】実施形態２のインピーダンス検出回路を示す回
路図である。
路図である。
【図４】実施形態３のインピーダンス検出回路を示す回
路図である。
路図である。
【図５】実施例における信号出力端子電圧と容量変化と
の関係を、比較例と比較して示すグラフである。
の関係を、比較例と比較して示すグラフである。
【図６】従来例のインピーダンス検出回路を示す回路図
である。
である。
１ 第１演算増幅器 ２ 第２演算増幅器 ７ 第１コンデンサ ８ インピーダンス素子 ９ 信号線 １０ シールド線 １２ 第２コンデンサ １３ 信号出力端子 １５ 第２交流電圧発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 浩一 兵庫県西宮市塩瀬町名塩538番地 北斗電 子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G028 AA01 BB06 BB10 DH04 FK01 GL04 KQ02
Claims (8)
- 【請求項１】 ボルテージフォロワと、一方の入力端子
を所定の電圧に接続した演算増幅器と、前記演算増幅器
の出力端子と前記ボルテージフォロワの入力端子との間
に設けられた第１のインピーダンスとを含み、第１の増
幅電圧を前記ボルテージフォロワから出力させる増幅回
路と、前記ボルテージフォロワの入力端子にその一端が
接続され他端にインピーダンス素子を接続できる信号線
と、前記演算増幅器の出力端子に接続された信号出力端
子と、前記信号線に接続され前記インピーダンス素子に
所定の電流を供給する電流路とを備えたことを特徴とす
るインピーダンス検出回路。 - 【請求項２】 さらに前記信号線の少なくとも一部を電
気的に遮蔽するシールド手段と、このシールド手段に前
記第１の増幅電圧に基づくシールド電圧を印加するシー
ルド電圧印加手段とを設けたことを特徴とする請求項１
のインピーダンス検出回路。 - 【請求項３】 ボルテージフォロワと、一方の入力端子
を所定の電圧に接続した演算増幅器と、この演算増幅器
の出力端子と前記ボルテージフォロワの入力端子との間
に設けられた第１のインピーダンスと、ボルテージフォ
ロワの入力端子にその一端を接続した信号線とを備えた
増幅回路を準備する第１の過程と、前記信号線の他端に
インピーダンス素子を接続する第２の過程と、前記増幅
回路の第１の増幅電圧を前記ボルテージフォロワから出
力させる第３の過程と、前記信号線に接続された電流路
から前記インピーダンス素子に所定の電流を供給する第
４の過程と、前記演算増幅器の出力端子から検出電圧を
取り出す第５の過程とを備えたことを特徴とするインピ
ーダンス検出方法。 - 【請求項４】 前記電流路は、第２の増幅電圧を出力す
る第２の演算増幅器の出力端子と前記信号線との間に設
けられ、第２のインピーダンスを介設していることを特
徴とする請求項１又は請求項２のインピーダンス検出回
路。 - 【請求項５】 前記電流路は、第２の増幅電圧を出力す
る第２の演算増幅器の出力端子と前記信号線との間に設
けられ、第２のインピーダンスを介設していることを特
徴とする請求項３のインピーダンス検出方法。 - 【請求項６】 前記インピーダンス素子と第１のインピ
ーダンスとが、交流に対して互いに同種の性質を有する
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項４のイ
ンピーダンス検出回路。 - 【請求項７】 前記インピーダンス素子と第１のインピ
ーダンスとが、交流に対して互いに同種の性質を有する
ことを特徴とする請求項３又は請求項５のインピーダン
ス検出方法。 - 【請求項８】 前記インピーダンス素子と第１のインピ
ーダンスとが、いずれも容量性であることを特徴とする
請求項６のインピーダンス検出回路。
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