JP2002323523A

JP2002323523A - 電位固定装置、電位固定方法および容量測定装置

Info

Publication number: JP2002323523A
Application number: JP2001131084A
Authority: JP
Inventors: Masami Yakabe; 正巳八壁
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Hokuto Denshi Kogyo KK
Current assignee: Nippon Steel Corp; Hokuto Denshi Kogyo KK
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-08
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: TWI226522B; JP4676643B2

Abstract

(57)【要約】【課題】第１容量と第２容量とが直接的に接続される場
合に第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定し
た場合にも、第１容量と第２容量との間の接続線の合計
総電荷量が変化するのを防止することが可能が電位固定
装置を提供する。【解決手段】この電位固定装置は、第１高抵抗３および
第２高抵抗４を有するとともに、被測定容量１４と固定
容量１５との合計総電荷量を保持しながら、被測定容量
１４と固定容量１５とを接続する信号線１７における電
位を一定に維持する電圧供給回路１を備えている。そし
て、電圧供給回路１の出力端子５は、信号線１７に接続
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電位固定装置、
電位固定方法および容量測定装置に関し、特に、第１容
量と第２容量との間の接続線の電位を固定するための電
位固定装置、電位固定方法およびそのような電位固定装
置を含む容量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンデンサマイクロホンなどの様
々な周波数で静電容量の値が変わる場合の容量を測定す
る容量測定装置が知られている。図６は、従来の容量測
定装置の一例を示した回路図である。図６に示すよう
に、従来の容量測定装置は、演算増幅器１１２と、交流
電圧発生器１１３と、被測定容量１１４と、帰還インピ
ーダンスとしての帰還抵抗１１６とを備えている。帰還
抵抗１１６と、被測定容量１１４とは、信号線１１７を
介して接続されている。演算増幅器１１２の一方端子に
は、信号線１１７が接続されている。また、被測定容量
１１４の信号線１１７に接続される側とは反対の電極に
は、交流電圧発生器１１３の一方端が接続されている。
また、交流電圧発生器１１３の他方端は、接地されてい
る。

【０００３】ここで、被測定容量１１４は、受けた物理
量（加速度、圧力、ガス、光、音波など）に応じてその
有する静電容量Ｃ_sを変化させるものである。また、交
流電圧発生器１１３は、容量測定時に、被測定容量１１
４に印加される動作信号Ｖｉｎを発生するためのもので
ある。

【０００４】図６に示した従来の容量測定装置の容量測
定動作としては、交流電圧発生器１１３から動作信号
（電圧：Ｖｉｎ）を発生すると、その動作信号の電圧Ｖ
ｉｎが、被測定容量１１４の両端に掛かる。これによ
り、被測定容量１１４に電流が流れる。この場合、演算
増幅器１１２の入力インピーダンスは理想的には無限大
であるので、被測定容量１１４に流れる電流はすべて帰
還抵抗１１６に流れる。これにより、被測定容量１１４
の静電容量Ｃ_sに対応する出力電圧Ｖｏｕｔを信号出力
端子１１８から出力することができる。そして、この検
出信号の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて種々の信号処理を
行うことによって、静電容量Ｃ_sを得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した従来の容
量測定装置では、帰還インピーダンスとして帰還抵抗１
１６を用いているので、信号出力端子１１８の出力電圧
Ｖｏｕｔは、次の式（１）で表されるように周波数特性
を持ってしまう。

【０００６】Ｖｏｕｔ＝−Ｒｆ｛（Ｃ_d＋ΔＣ・ｓｉｎω_cｔ）・ω_in・ｃｏｓω_inｔ＋ΔＣ・ω_c・ｃｏｓω_cｔ・ｓｉｎω_inｔ｝Ｖｉ・・・（１）上記式（１）を参照して、Ｖｉは、交流電源発生器１１
３からの信号Ｖｉｎの振幅であり、ω_inは、動作信号Ｖ
ｉｎの角速度である。また、Ｃ_dは、被測定容量１１４
の標準容量値であり、ΔＣおよびω_cは、それぞれ、被
測定容量１４４のうち、容量変化分の容量値および角速
度である。上記式（１）では、容量変化分の角速度ω_c
が、容量変化分の容量値ΔＣに比例する項が含まれる。
このため、出力電圧Ｖｏｕｔが容量変化分の周波数（ω
_c／２π＝ｆ_c）に比例することになるので、周波数特性
を持ってしまう。したがって、後段に周波数特性を持た
なくするように処理回路を新たに設ける必要がある。そ
の結果、回路規模が大きくなってしまうという不都合が
生じる。

【０００７】そこで、帰還インピーダンスを抵抗ではな
くキャパシタ（容量）によって構成する技術が提案され
ている。図７は、そのような容量測定装置を示した回路
図である。図７を参照して、この容量測定装置では、帰
還インピーダンスを帰還容量１１５によって構成してい
る。この回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式（２）で表
される。

【０００８】Ｖｏｕｔ＝｛（Ｃ_d＋ΔＣ・ｓｉｎω_cｔ）／Ｃ_f｝Ｖｉｎ・・・（２）上記式（２）に示すように、帰還インピーダンスを帰還
容量１１５（容量値：Ｃ_f）によって構成すれば、静電
容量Ｃ_sで蓄えられる電荷と帰還容量１１５の容量値Ｃ_f
で蓄えられる電荷とが等しくなるので、信号線１１７の
電荷量を一定にすることができる。これにより、出力電
圧Ｖｏｕｔには、角速度ω_cに比例する項が含まれな
い。このため、回路出力は容量変化周波数に対する依存
性がないので、後段に周波数特性を持たなくするように
処理回路を新たに設ける必要がない。その結果、回路規
模が大きくなるのを防止することができる。

【０００９】しかしながら、図７に示した技術のよう
に、帰還インピーダンスを帰還容量１１５によって構成
した場合には、帰還容量１１５と被測定容量１１４との
間に位置する信号線１１７には直流電流が流れないの
で、信号線１１７は電気的に浮遊な状態（フローティン
グ状態）となる。このため、信号線１１７の電位が不安
定となり、回路出力が電源電圧に飽和するなど、正常に
回路が動作しなくなるという不都合がある。

【００１０】上記のような不都合を防止するため、図７
に示すように、信号線１１７とＧＮＤとの間に抵抗１１
９を接続することによって、信号線１１７の電位を固定
することも考えられる。

【００１１】しかしながら、上記のように、抵抗１１９
によって電位を固定する場合には、容量測定時に、抵抗
１１９に電流が流れる場合がある。その場合には、信号
線１１７の電荷量が変化してしまうので、容量測定装置
の感度が低下するという問題点があった。このため、容
量測定を正確に行うのは困難であった。

【００１２】また、被測定容量１１４にＶｉｎが印加さ
れる際に、信号線１１７をシールド線（図示せず）によ
って被覆するとともに、仮想ショートによってそのシー
ルド線と信号線１１７とを同電位にした上で、シールド
線および信号線１１７をＧＮＤに落としたとしても、現
実のオペアンプ（演算増幅器１１２）では、信号線１１
７がＧＮＤにならずに、わずかにＶｉｎの信号が信号線
１１７に乗る。このため、シールド線と信号線１１７と
の間に寄生容量が生じるので、その寄生容量の影響によ
って容量測定を正確に行うのは困難であった。

【００１３】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
第１容量と第２容量との間の接続線における電荷量が変
化するのを防止することが可能な電位固定装置を提供す
ることである。

【００１４】この発明のもう１つの目的は、第１容量と
第２容量との間の接続線の電位を固定した場合にも、感
度を低下させることなく正確な容量測定を行うことが可
能な容量測定装置を提供することである。

【００１５】この発明のさらにもう１つの目的は、第１
容量と第２容量との間の接続線における電荷量が変化す
るのを防止することが可能な電位固定方法を提供するこ
とである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の一の局面にお
ける電位固定装置は、第１容量と、その第１容量に直接
的に接続される第２容量との２つの容量間の接続線の電
位を固定するための電位固定装置であって、少なくとも
２つの高インピーダンスを有するとともに、第１容量と
第２容量との合計総電荷量を保持しながら、２つの容量
間の接続線の電位を一定に維持する電圧供給手段を備え
ている。そして、その電圧供給手段の出力端子は、２つ
の容量間の接続線に接続されている。なお、この発明に
おける高インピーダンスは、高抵抗の他、ダイオードの
逆バイアス特性や、トランジスタのオフ状態を使用する
ことによっても実現可能である。

【００１７】上記一の局面における電位固定装置では、
第１容量と第２容量との合計総電荷量を保持しながら２
つの容量間の接続線の電位を一定に維持する電圧供給手
段を設けるとともに、その電圧供給手段の出力端子を２
つの容量間の接続線に接続することによって、第１容量
と第２容量との間の接続線における電荷量が変化するの
を防止することができる。また、電圧供給手段に少なく
とも２つの高インピーダンスを含めることによって、２
つの容量間の接続線に流れる電流の一部が電圧供給手段
側に流れるのをその高インピーダンスにより有効に防止
することができる。これによっても、第１容量と第２容
量との間の接続線における電荷量が変化するのを防止す
ることができる。このように、第１容量と第２容量との
間の接続線における電荷量が変化するのを防止すること
ができるので、たとえば、容量測定装置において、第１
容量と第２容量との間の接続線における電位を固定した
場合にも、容量測定値の感度が低下することがない。そ
の結果、正確な容量測定を行うことができる。

【００１８】この発明の他の局面における電位固定装置
は、第１容量と、第１容量に直接的に接続される第２容
量の２つの容量間の接続線の電位を固定するための電位
固定装置であって、少なくとも２つの高インピーダンス
を有するとともに、接続線に印加される動作信号の電位
と等しい電位を出力する電圧供給手段を備えている。そ
して、その電圧供給手段の出力端子は、２つの容量間の
接続線に接続されている。

【００１９】上記他の局面における電位固定装置では、
第１容量と第２容量とを接続する接続線に印加される動
作信号の電位と等しい電位を出力する電圧供給手段を設
けるとともに、その電圧供給手段の出力端子を第１容量
と第２容量との間の接続線に接続することによって、第
１容量と第２容量との間の接続線に電流の出入りがなく
なるので、接続線の合計総電荷量が変化するのを防止す
ることができる。また、電圧供給手段に少なくとも２つ
の高インピーダンスを含めることによって、接続線に流
れる電流の一部が電圧供給手段側に流れるのをその高イ
ンピーダンスにより有効に防止することができる。これ
によっても、接続線の合計総電荷量が変化するのを防止
することができる。このように、第１容量と第２容量と
の間の接続線の電荷量が変化するのを防止することがで
きるので、たとえば、容量測定装置において、第１容量
と第２容量との接続線の電位を固定した場合にも、容量
測定装置の感度が低下することがない。その結果、正確
な容量測定を行うことができる。

【００２０】上記一の局面または他の局面における電位
固定装置において、好ましくは、電圧供給手段は、第１
高抵抗と、その第１高抵抗に直接的に接続される第２高
抵抗と、第１高抵抗と第２高抵抗とによって分圧された
電位を出力する電圧分圧手段とを含む。なお、本発明に
おける「高抵抗」とは、対象容量が１ｐＦ程度で、数百
ＭＨｚ以上のときは、数ＭΩ以上であり、対象容量が１
ｐＦ程度で、数百ＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度のときは、数百
ＭΩ以上である。すなわち、「高抵抗」は、第１容量お
よび第２容量のインピーダンス成分に比べて、十分に大
きな相対的に高い抵抗値を有する抵抗を意味する。この
ように、電圧供給手段を、第１高抵抗と第２高抵抗とに
よって分圧された電位を出力する電圧分圧手段を含むよ
うに構成すれば、第１高抵抗および第２高抵抗の抵抗値
を適宜選択することにより、容易に電圧供給手段の出力
電位を調節することができる。

【００２１】上記一の局面または他の局面における電位
固定装置において、好ましくは、電圧供給手段は、増幅
器と、所定電圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗
と、出力端子とを含み、増幅器には第１高抵抗の一方端
が接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方端
とが接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方
端との間には出力端子が接続され、第２高抵抗の他方端
と所定電圧印加手段とが接続されている。このように構
成すれば、増幅器の増幅度と、第１高抵抗および第２高
抵抗の抵抗値と、所定電圧印加手段の電圧値とを決定す
ることによって、容易に電圧供給手段の出力端子の電位
を、第１容量と第２容量との間の接続線に印加される動
作信号の電位と等しい電位に制御することができる。

【００２２】この発明のさらに他の局面における電位固
定装置を含む容量測定装置は、電位固定装置が、さら
に、第１演算増幅器を含み、第１容量は被測定容量であ
り、２つの容量間の接続線は、信号線であり、その信号
線に第１演算増幅器の入力端子が接続されている。

【００２３】上記さらに他の局面による容量測定装置で
は、上述したいずれかの構成を有する電位固定装置を含
むように構成するとともに、その電位固定装置の第１容
量を被測定容量とするとともに、２つの容量間の接続線
を信号線とすることによって、信号線に電流の出入りが
なくなるので、信号線の合計総電荷量が変化するのを防
止することができる。これにより、容量測定装置におい
て、被測定容量を構成する第１容量と、第２容量との間
の信号線の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感
度が低下することがない。その結果、正確な容量測定を
行うことができる。

【００２４】上記さらに他の局面における電位固定装置
を含む容量測定装置において、好ましくは、電位固定装
置が、さらに、第２演算増幅器を含み、その第２演算増
幅器の出力端子は第２容量に接続されている。このよう
に構成すれば、第２演算増幅器を電流源として用いるこ
とができる。

【００２５】この発明のもう一つの局面における電位固
定方法は、第１容量と、第１容量に直接的に接続される
第２容量との２つの容量間の接続線の電位を固定するた
めの電位固定方法であって、少なくとも２つの高インピ
ーダンスを用いて分圧された電位を出力電位として、そ
の出力電位を２つの容量間の接続線に印加し、かつ、そ
の出力電位が接続線に電流の出入りがないような出力電
位に固定されている。

【００２６】上記もう一つの局面における電位固定方法
では、２つの容量間の接続線の電位を固定する際に、２
つの容量間の接続線に印加する出力電位を、その接続線
に電流の出入りがないような出力電位に固定することに
よって、第１容量と第２容量との間の接続線における合
計総電荷量が変化するのを防止することができる。ま
た、少なくとも２つの高インピーダンスを用いて分圧さ
れた出力電位により、電位固定することによって、第１
容量と第２容量との接続線に流れる電流の一部が高イン
ピーダンス側に流れるのをその高インピーダンスにより
有効に防止することができる。これによっても、第１容
量と第２容量との間の接続線における合計総電荷量が変
化するのを防止することができる。このように、第１容
量と第２容量との間の接続線における合計総電荷量が変
化するのを防止することができるので、たとえば、容量
測定装置において、第１容量と第２容量との間の接続線
の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下
することがない。その結果、正確な容量測定を行うこと
ができる。

【００２７】この発明のさらにもう一つの局面における
電位固定方法は、第１容量と、第１容量に直接的に接続
される第２容量との２つの容量間の接続線の電位を固定
するための電位固定方法であって、少なくとも２つの高
インピーダンスを用いて分圧された電位を出力電位とし
て、その出力電位を２つの容量間の接続線に印加し、か
つ、出力電位を２つの容量間の接続線に印加されている
動作信号の電位と等しくなるように設定する。

【００２８】上記さらにもう一つの局面における電位固
定方法では、第１容量と第２容量との間の接続線の電位
を固定する際に、その接続線に印加する出力電位を２つ
の容量間の接続線に印加されている動作信号の電位と等
しくなるように設定することによって、２つの容量間の
接続線の合計総電荷量が変化するのを防止することがで
きる。また、少なくとも２つの高インピーダンスを用い
て分圧された出力電位により電位固定することによっ
て、接続線に流れる電流の一部が高インピーダンス側に
流れるのをその高インピーダンスにより有効に防止する
ことができる。これによっても、接続線の合計総電荷量
が変化するのを防止することができる。このように、２
つの容量間の接続線の合計総電荷量が変化するのを防止
することができるので、たとえば、容量測定装置におい
て、第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定し
た場合にも、容量測定装置の感度が低下することがな
い。その結果、正確な容量測定を行うことができる。

【００２９】上記もう一つの局面またはさらにもう一つ
の局面における電位固定方法において、好ましくは、第
１容量および第２容量のうちいずれか一方を被測定容量
として用いる。このように構成すれば、容易に容量測定
を行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３１】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による電位固定装置を含む容量測定装置を示した
回路図である。図２は、図１に示した第１実施形態の電
位固定装置の増幅器の内部構成の一例を示した回路図で
ある。

【００３２】まず、図１および図２を参照して、第１実
施形態による電位固定装置を含む容量測定装置の構成に
ついて説明する。この第１実施形態の容量測定装置は、
演算増幅回路１２と、交流電圧発生器１３と、静電容量
Ｃ_sを有する被測定容量１４と、容量値Ｃ_fを有する帰還
インピーダンスとしての固定容量１５とを備えている。
なお、演算増幅器１２は、本発明の「第１演算増幅器」
の一例である。また、被測定容量１４は、本発明の「第
１容量」または「第２容量」の一例であり、固定容量１
５は、本発明の「第１容量」または「第２容量」の一例
である。

【００３３】被測定容量１４と、固定容量１５とは、信
号線１７によって接続されている。信号線１７は、演算
増幅回路１２の一方端子に接続されている。なお、この
信号線１７は、本発明の「接続線」の一例である。ま
た、被測定容量１４の信号線１７に接続される側とは反
対の電極には、交流電圧発生器１３の一方端が接続され
ている。また、固定容量１５のの信号線１７に接続され
る側とは反対の電極には、信号出力端子１８が接続され
ている。また、交流電圧発生器１３の他方端は、本実施
形態では、接地されているが、ＤＣ成分に接続されてい
てもよい。なお、被測定容量１４は、受けた物理量（加
速度、圧力、ガス、光、音波など）に応じてその有する
静電容量Ｃ_sを変化させるものである。また、交流電圧
発生器１３は、容量測定時に、被測定容量１４に印加さ
れる動作信号Ｖｉｎを発生するためのものである。

【００３４】ここで、第１実施形態の容量測定装置で
は、信号線１７の電位を、電圧供給回路１を備えた電位
固定装置を用いて固定する。なお、電圧供給回路１は、
本発明の「電圧供給手段」の一例である。電圧供給回路
１は、増幅度Ａを有する増幅器２と、Ｒａ１の抵抗値を
有する第１高抵抗３と、Ｒａ２の抵抗値を有する第２高
抵抗４とを含んでいる。第１高抵抗３のＲａ１および第
２高抵抗４のＲａ２は、共に、１ＭΩ以上の抵抗値を有
する。なお、この抵抗値は、使用される周波数と検出容
量とから求められるおよその特性インピーダンス値に比
べて、相対的に十分に高い値を有する抵抗値であればよ
い。

【００３５】また、増幅器２の入力側には、交流電圧発
生器１３とは別の交流電圧発生器（別の電源）７が接続
されている。増幅器２の出力側には、第１高抵抗３の一
方端が接続されている。第１高抵抗３の他方端と第２高
抵抗４の一方端との間に、出力端子５が接続されてい
る。その電圧供給回路１の出力端子５は、点Ｐにおい
て、信号線１７に接続されている。第２高抵抗４の他方
端には、端子６が設けられている。端子６には、所定の
電位Ｖｓが印加される。この端子６は、本発明の「所定
電圧印加手段」の一例である。また、出力端子５から
は、第１高抵抗３および第２高抵抗４による抵抗分割に
より分圧された電圧Ｖａが出力される。

【００３６】また、増幅器２は、たとえば、図２に示す
ような構成を有している。すなわち、増幅器２は、演算
増幅回路２１と、Ｒ₁の抵抗値を有する抵抗２２と、Ｒ₂
の抵抗値を有する抵抗２３とを含んでいる。演算増幅回
路２１の非反転入力端子には、交流電圧発生器７（図１
参照）が接続されている。また、演算増幅回路２１の出
力端子と反転入力端子との間には、抵抗２２が接続され
ている。また、演算増幅回路２１の反転入力端子とＧＮ
Ｄとの間には、抵抗２３が接続されている。このように
構成すれば、容易に増幅度Ａ＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）／Ｒ₂の増
幅器２を得ることができる。

【００３７】第１実施形態による容量測定装置の電位固
定方法としては、信号線１７に流れる動作信号の電圧Ｖ
ｉｎと、電圧供給回路１の出力端子５の電圧Ｖａとが等
しくなるように、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の
抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子
６の電圧Ｖｓを決定する。なお、増幅器２の増幅度Ａ
は、図２に示した抵抗２２および２３の抵抗値Ｒ₁およ
びＲ₂を適宜選択することにより、容易に調節可能であ
る。

【００３８】図１に示した第１実施形態の容量測定装置
の容量測定動作としては、交流電圧発生器１３から動作
信号（電圧：Ｖｉｎ）を発生させると、その動作信号の
電圧Ｖｉｎは、被測定容量１４の両端に掛かる。これに
より、被測定容量１４に電流が流れる。この場合、演算
増幅器１２の入力インピーダンスは理想的には無限大で
あるので、被測定容量１４に流れる電流は、すべて固定
容量１５に流れる。これにより、被測定容量１４の静電
容量Ｃ_sに対応する出力電圧Ｖｏｕｔが、信号出力端子
１８から出力される。そして、この検出信号の出力電圧
Ｖｏｕｔに基づいて種々の信号処理を行うことによっ
て、被測定容量１４の静電容量Ｃ_sを得ることができ
る。

【００３９】第１実施形態では、上記のように、被測定
容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７に電位
固定のための交流電圧を印加する電圧供給回路１を設け
るとともに、その電圧供給回路１の出力端子５の電位
を、信号線１７に印加される動作信号の電位Ｖｉｎと等
しくなるように設定することによって、信号線１７に電
流の出入りがなくなるので、信号線１７の電荷量が変化
するのを防止することができる。

【００４０】また、電圧供給回路１に第１高抵抗３およ
び第２高抵抗４の高インピーダンスを含めることによっ
て、信号線１７に流れる電流の一部が電圧供給回路１側
に流れるのをその高インピーダンスにより有効に防止す
ることができる。これによっても、信号線１７の電荷量
が変化するのを防止することができる。

【００４１】第１実施形態では、上記のように、信号線
１７に対して電荷の注入や流出はないので、信号線１７
の合計総電荷量が変化するのを防止することができる。

【００４２】ここで、被測定容量１４と固定容量１５と
の合計総電荷量について説明する。図１に示すように、
交流電圧発生器１３からの動作信号（電圧：Ｖｉｎ）は
一定であるので、被測定容量１４に加わる電圧Ｖｓも一
定である。しかし、被測定容量１４は容量検出部である
ので、被測定容量１４の容量値Ｃ_sは変化する。被測定
容量１４の容量値Ｃ_sの変化は、被測定容量１４の電荷
量Ｑ_sの変化となる。第１実施形態では、上記のよう
に、信号線１７に対して電荷の注入や流出はないので、
固定容量１５に蓄積される電荷量Ｑ_fと被測定容量１４
に蓄積される電荷量Ｑ_sとの和は一定である。このた
め、被測定容量１４の電荷量Ｑ_sの増減は、固定容量１
５の電荷量Ｑ_fの減増となって現れる。

【００４３】固定容量１５の電荷量Ｑ_fの変化（減増）
は、固定容量１５の容量値Ｃ_fが一定であることから、
固定容量１５に掛かる電圧値Ｖ_fの変化（減増）となっ
て現れる。そして、その固定容量１５に掛かる電圧値Ｖ
_fの出力が、信号出力端子１８からＶｏｕｔとして出力
される。

【００４４】つまり、第１実施形態の容量測定装置で
は、被測定容量１４の容量値Ｃ_sと固定容量１５の容量
値Ｃ_fとの間で電荷のやりとりはあるが、上記のよう
に、信号線１７に対して電荷の注入や流出はないので、
被測定容量１４と固定容量１５との合計総電荷量は一定
である。これにより、被測定容量１４と固定容量１５と
の合計総電荷量が一定に保たれながら、電圧供給回路１
によって、信号線１７に固定された電位が与えられる。
このため、被測定容量１４と固定容量１５とを接続する
信号線１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の
感度が低下することがない。その結果、正確な容量測定
を行うことができる。

【００４５】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態による電圧分圧回路を含む電位固定装置を備えた
容量測定装置を示した回路図である。図３を参照して、
この第２実施形態の電圧供給回路１では、上記した第１
実施形態の構成において、増幅器２の入力側に、交流電
圧発生器７に代えて、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印
加するための交流電圧発生器１３が接続される場合の例
を示している。なお、第２実施形態のその他の構成は、
上記した第１実施形態と同様である。

【００４６】第２実施形態では、上記のように、増幅器
２の入力側に、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加する
ための交流電圧発生器１３を接続することによって、第
１実施形態の交流電圧発生器７を省略することができる
ので、第１実施形態に比べて回路構成を簡略化すること
ができる。

【００４７】また、第２実施形態では、上記第１実施形
態と同様、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値
Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電
圧Ｖｓを調節することによって、容易に、電圧供給回路
１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信
号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することができ
る。具体的には、図２に示した増幅器２の抵抗２２およ
び２３の抵抗値をＲ₁＝Ｒ₂とすることによって、増幅器
２の増幅度ＡをＡ＝２とし、Ｖｓ＝０Ｖ、Ｒａ１＝Ｒａ
２とすることによって、電圧供給回路１の出力端子５の
電圧ＶａをＶａ＝Ｖｉｎとすることができる。

【００４８】このように、電圧供給回路１の出力端子５
における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎ
と等しくなるように設定することによって、上記した第
１実施形態と同様、信号線１７に電流の出入りがないの
で、信号線１７の電荷量が変化するのを有効に防止する
ことができる。その結果、容量測定装置において信号線
１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が
低下することがないので、正確な容量測定を行うことが
できる。

【００４９】（第３実施形態）図４は、本発明の第３実
施形態による電位固定装置を含む容量測定装置を示した
回路図である。

【００５０】まず、図４を参照して、第３実施形態によ
る電位固定装置を含む容量測定装置の構成について説明
する。この第３実施形態では、電流源となる演算増幅回
路１１と、イマジナリ・ショートの状態にある演算増幅
回路１２と、交流電圧発生器１３と、被測定容量１４
と、固定容量１５とを備えている。なお、演算増幅器１
１は、本発明の「第２演算増幅器」の一例である。被測
定容量１４と、固定容量１５とは、信号線１７によって
接続されている。信号線１７は、演算増幅回路１２の一
方の入力端子に接続されている。また、交流電圧発生器
１３は、演算増幅回路１２の他方の入力端子に接続され
ている。

【００５１】ここで、第３実施形態では、信号線１７の
電位を、電圧供給回路１を備えた電位固定装置を用いて
固定する。なお、電圧供給回路１の構成およびそれに含
まれる増幅器２の構成は、上記した第１実施形態と同様
である。すなわち、電圧供給回路１は、増幅度Ａを有す
る増幅器２と、第１高抵抗３と、第２高抵抗４とを含ん
でいる。増幅器２の入力側には、交流電圧発生器１３と
は別の交流電圧発生器７が接続されている。増幅器２の
出力側には、第１高抵抗３の一方端が接続されている。
第１高抵抗３の他方端には、電圧供給回路１の出力端子
５が設けられている。その電圧供給回路１の出力端子５
は、信号線１７に接続されている。第２高抵抗４の他方
端には、端子６が設けられている。端子６には、所定の
電位Ｖｓが印加される。また、出力端子５からは、第１
高抵抗３および第２高抵抗４による抵抗分割により分圧
された電圧Ｖａが出力される。

【００５２】第３実施形態による容量測定装置の電位固
定方法としては、信号線１７に流れる動作信号の電圧Ｖ
ｉｎと、電圧供給回路１の出力端子５の電圧Ｖａとが等
しくなるように、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の
抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子
６の電圧Ｖｓを決定する。

【００５３】４に示した第３実施形態の容量測定装置の
容量測定動作としては、演算増幅器１２がイマジナリ・
ショートの状態にあるので、交流電圧発生器１３からの
電圧Ｖｉｎ（動作信号）が信号線１７に掛かる。これに
より、被測定容量１４の両端に電流が流れる。そして、
被測定容量１４の静電容量Ｃ_sに対応する出力電圧Ｖｏ
ｕｔが信号出力端子１８から出力される。この出力電圧
Ｖｏｕｔに種々の信号処理を施すことによって、被測定
容量１４の静電容量Ｃ_sを得る。

【００５４】第３実施形態では、上記のように、被測定
容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７に電位
固定のための交流電圧を印加する電圧供給回路１を設け
るとともに、その電圧供給回路１の出力端子５の電位
を、信号線１７に印加される動作信号の電位Ｖｉｎと等
しくなるように設定することによって、信号線１７に電
流の出入りがなくなるので、信号線１７の電荷量が変化
するのを防止することができる。また、電圧供給回路１
に第１高抵抗３および第２高抵抗４の高インピーダンス
を含めることによって、信号線１７に流れる電流の一部
が電圧供給回路１側に流れるのをその高インピーダンス
により有効に防止することができる。これによっても、
信号線１７の電荷量が変化するのを防止することができ
る。その結果、第３実施形態の容量測定装置では、被測
定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７の電
位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下する
ことがないので、正確な容量測定を行うことができる。

【００５５】（第４実施形態）図５は、本発明の第４実
施形態による電圧供給回路を含む電位固定装置を備えた
容量測定装置を示した回路図である。図５を参照して、
この第４実施形態の電圧供給回路１では、上記した第３
実施形態の構成において、増幅器２の入力側に、交流電
圧発生器７に代えて、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印
加するための交流電圧発生器１３が接続される場合の例
を示している。なお、第４実施形態のその他の構成は、
第３実施形態と同様である。

【００５６】第４実施形態では、上記のように、増幅器
２の入力側に、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加する
ための交流電圧発生器１３を接続することによって、第
３実施形態の交流電圧発生器７を省略することができる
ので、第３実施形態に比べて回路構成を簡略化すること
ができる。

【００５７】また、第４実施形態では、上記第３実施形
態と同様、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値
Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電
圧Ｖｓを調節することによって、容易に、電圧供給回路
１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信
号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することができ
る。具体的には、図２に示した増幅器２の抵抗２２およ
び２３の抵抗値をＲ₁＝Ｒ₂とすることによって、増幅器
２の増幅度ＡをＡ＝２とし、Ｖｓ＝０Ｖ、Ｒａ１＝Ｒａ
２とすることによって、電圧供給回路１の出力端子５の
電圧Ｖａを、容易に信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎ
と同電位にすることができる。

【００５８】このように、電圧供給回路１の出力端子５
における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎ
と等しくなるように設定することによって、上記した第
３実施形態と同様、信号線１７に電流の出入りがないの
で、信号線１７の電荷量が変化するのを有効に防止する
ことができる。その結果、容量測定装置において信号線
１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が
低下することがないので、正確な容量測定を行うことが
できる。たとえば、Ｃ_s＝２０ｐＦ、Ｃ_f＝１ｐＦ、増幅
器の増幅度Ａ＝２、Ｖｉｎを５００ＫＨｚで数十ｍＶｒ
ｍｓの入力としたとき、Ｒａ１＝Ｒａ２＝１ＭΩの場合
には、Ｃｓにおける電圧感度が−１６ｄＢであったのに
対し、Ｒａ１＝Ｒａ２＝１００ＭΩの場合には、−５ｄ
Ｂとなり、約１０ｄＢの改善が見られた。

【００５９】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。

【００６０】たとえば、上記実施形態では、電圧供給回
路１の高インピーダンスとして第１高抵抗３および第２
高抵抗４を用いたが、本発明はこれに限らず、高インピ
ーダンスとして、たとえば、ダイオードの逆バイアス特
性を利用してもよいし、トランジスタのオフ状態を使用
すること等も可能である。

【００６１】また、上記実施形態では、図１、図３、図
４および図５に示すような回路構成を有する容量測定装
置について説明したが、本発明はこれに限らず、他の回
路構成を有する容量測定装置にも同様に適用可能であ
る。

【００６２】また、上記実施形態では、容量測定装置に
おける被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号
線１７の電位を固定する場合について説明したが、本発
明はこれに限らず、第１容量と第２容量とが直接的に接
続される回路構成を含む容量測定装置以外の装置の電位
を固定する場合にも広く適用可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１容
量と第２容量との間の接続線の電位を固定する場合に、
第１容量と第２容量との間の接続線の電荷量が変化する
のを防止することができる。その結果、たとえば、容量
測定装置において、第１容量と第２容量との間の接続線
の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下
することがないので、正確な容量測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による電位固定装置を含
む容量測定装置を示した回路図である。

【図２】図１に示した第１実施形態による電位固定装置
に含まれる増幅器の内部構成の一例を示した回路図であ
る。

【図３】本発明の第２実施形態による電位固定装置を含
む容量測定装置を示した回路図である。

【図４】本発明の第３実施形態による電位固定装置を含
む容量測定装置を示した回路図である。

【図５】本発明の第４実施形態による電位固定装置を含
む容量測定装置を示した回路図である。

【図６】従来の帰還インピーダンスとして抵抗を用いた
場合の容量測定装置を示した回路図である。

【図７】図６における帰還インピーダンスとしてキャパ
シタ（容量）を用いた場合の容量測定装置を示した回路
図である。

【符号の説明】

１電圧供給回路（電圧供給手段：電位固定装置）２増幅器３第１高抵抗４第２高抵抗５出力端子１１演算増幅器（第２演算増幅器）１２演算増幅器（第１演算増幅器）１３交流電圧発生器１４被測定容量（第１容量）１５固定容量（第２容量）１７信号線２１演算増幅回路２２、２３抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１容量と、前記第１容量に直接的に接
続される第２容量との２つの容量間の接続線の電位を固
定するための電位固定装置であって、少なくとも２つの高インピーダンスを有するとともに、
前記第１容量と前記第２容量との合計総電荷量を保持し
ながら、前記２つの容量間の接続線の電位を一定に維持
する電圧供給手段を備え、前記電圧供給手段の出力端子は、前記２つの容量間の接
続線に接続されている、電位固定装置。
【請求項２】第１容量と、前記第１容量に直接的に接
続される第２容量の２つの容量間の接続線の電位を固定
するための電位固定装置であって、少なくとも２つの高インピーダンスを有するとともに、
前記接続線に印加される動作信号の電位と等しい電位を
出力する電圧供給手段を備え、前記電圧供給手段の出力端子は、前記２つの容量間の接
続線に接続されている、電位固定装置。
【請求項３】前記電圧供給手段は、第１高抵抗と、前記第１高抵抗に直接的に接続される第２高抵抗と、前記第１高抵抗と前記第２高抵抗とによって分圧された
電位を出力する電圧分圧手段とを含む、請求項１または
２に記載の電位固定装置。
【請求項４】前記電圧供給手段は、増幅器と、所定電
圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗と、前記出力
端子とを含み、前記増幅器には、前記第１高抵抗の一方端が接続され、前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端とが
接続され、前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端との
間には、前記出力端子が接続され、前記第２高抵抗の他方端と前記所定電圧印加手段とが接
続されている、請求項１または２に記載の電位固定装
置。
【請求項５】前記電位固定装置は、さらに、第１演算
増幅器を含み、前記第１容量は、被測定容量であり、前記２つの容量間の接続線は、信号線であり、前記信号線に前記第１演算増幅器の入力端子が接続され
ている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電位固定
装置を含む容量測定装置。
【請求項６】前記電位固定装置は、さらに、第２演算
増幅器を含み、前記第２演算増幅器の出力端子は、前記第２容量に接続
されている、請求項５に記載の容量測定装置。
【請求項７】第１容量と、前記第１容量に直接的に接
続される第２容量との２つの容量間の接続線の電位を固
定するための電位固定方法であって、少なくとも２つの高インピーダンスを用いて分圧された
電位を出力電位として、前記出力電位を前記２つの容量
間の接続線に印加し、かつ、前記出力電位が、前記接続
線に電流の出入りがないような出力電位に固定されてい
る、電位固定方法。
【請求項８】第１容量と、前記第１容量に直接的に接
続される第２容量との２つの容量間の接続線の電位を固
定するための電位固定方法であって、少なくとも２つの高インピーダンスを用いて分圧された
電位を出力電位として、前記出力電位を前記２つの容量
間の接続線に印加し、かつ、前記出力電位を前記２つの
容量間の接続線に印加されている動作信号の電位と等し
くなるように設定する、電位固定方法。
【請求項９】前記第１容量および前記第２容量のうち
いずれか一方を被測定容量として用いる、請求項７また
は８に記載の電位固定方法。