JP2008134097A

JP2008134097A - センサ装置

Info

Publication number: JP2008134097A
Application number: JP2006319022A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hyodo; 聡兵頭
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、十分な感度を確保することができるセンサ装置を提供する。
【解決手段】電流電圧変換部５は、それぞれ電流変換部３からの電流信号により充電される複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３と、これら複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３の接続関係を切り替える接続切替手段としての複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２とを有する。スイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２は、制御部からの制御信号φ１〜φ６によりオンオフ状態が制御され、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサＣ１〜Ｃ３を充電するように前記複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３を並列に接続し、電圧信号を出力するときに前記複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧の和を出力するように前記複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３を直列に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量あるいは化学量を検出して電圧信号を出力するセンサ装置に関するものである。

従来から、図１１に示すように、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子２を有したセンサ部４と、センサ部４の出力を検出する検出回路３０とを備えたセンサ装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。

図１１の検出回路３０は蓄積コンデンサＣ１０を有し、センサ部４の出力に応じて蓄積コンデンサＣ１０の電荷を放電させることによってセンサ出力を検出する。この検出回路３０には、センサ部４の出力の変化を検知増幅するセンスアンプ回路３１と、センスアンプ回路３１の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路３２と、電流電圧変換回路３２の出力により制御されて蓄積コンデンサＣ１０の電荷を放電する放電回路３３と、蓄積コンデンサＣ１０の両端電圧を出力する出力回路３４とが設けられている。

ここで、図１１の例では、電流電圧変換回路３２にカレントミラー回路（ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２）を具備しており、これにより、センスアンプ回路３１と蓄積コデンサＣ１０とが分離されるので、センスアンプ回路３１では蓄積コンデンサＣ１０の両端電圧の影響を受けることがなく、回路の線形性が向上する。したがって比較的高感度のセンサ装置を実現することができる。
特開２００３−２５００８８号公報（第６頁、図１）

ところで、図１１のセンサ素子２として、近年提案されているＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたセンサ素子のように微小なセンサ素子を用いることが考えられる。ただし、この種のセンサ素子２では、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量も比較的小さい。そのため、この種のセンサ素子２を特許文献１に記載の発明に用いる場合には、蓄積コンデンサＣ１０の両端電圧の変化量も小さくなり、十分な感度を確保することは困難である。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、十分な感度を確保することができるセンサ装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子を有したセンサ部と、センサ部の出力を電流信号に変換する電流変換部と、電流変換部からの電流信号を入力として電圧信号を出力する電流電圧変換部とを備え、電流電圧変換部は、それぞれ電流変換部からの電流信号により充電される複数のコンデンサと、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサを充電するように前記複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときに前記複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように前記複数のコンデンサを直列に接続する接続切替手段とを有することを特徴とする。

この構成によれば、電流電圧変換部は、電流信号を入力するときには電流信号で各コンデンサを充電するように接続切替手段により複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときには複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように接続切替手段により複数のコンデンサを直列に接続するので、電流変換部からの電流信号は電圧信号に変換されるとともに前記コンデンサの個数に応じた増幅率で増幅されて出力される。したがって、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、センサ装置から出力される電圧信号は比較的大きく変化することとなり、十分な感度を確保することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記センサ部と前記電流変換部との間に挿入されオフ状態で前記センサ部を前記電流変換部から分離するスイッチと、前記スイッチがオフの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した電圧信号を回路オフセット値として保持する回路オフセットレジスタと、前記スイッチがオンの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した出力した電圧信号をセンサ信号値として保持するセンサ信号レジスタと、センサ信号レジスタに保持されたセンサ信号値から回路オフセットレジスタに保持された回路オフセット値を減算した値を出力する演算器とを有することを特徴とする。

この構成によれば、演算器は、センサ信号値から回路オフセット値を減算した値を出力するので、演算器の出力においては、電流変換部および電流電圧変換部の構成要素が持っている電荷に起因する回路オフセット成分を除去した値、つまりセンサ部の出力のみに対応するセンサ検出成分を検出結果として取り出すことができ、検出精度が向上する。

本発明は、電流電圧変換部が、それぞれ電流変換部からの電流信号により充電される複数のコンデンサと、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサを充電するように複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときに複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように複数のコンデンサを直列に接続する接続切替手段とを有するので、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子を用いた場合でも、出力される電圧信号は比較的大きく変化することとなり、十分な感度を確保できるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置１は、図１に示すように、物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子２を有したセンサ部４と、センサ部４の出力を電流信号に変換する電流変換部３と、電流変換部３からの電流信号を入力として電圧信号を出力する電流電圧変換部５と、電流電圧変換部５の出力を後段の回路（たとえば演算回路）に出力する出力部６とを備える。

ここで、センサ素子２の一例として、赤外線を受光することによる温度上昇に応じて電気量を変化させるものがある。この種のセンサ素子２は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製作することができるので、多数のセンサ素子２を１枚の基板上に配列することによりセンサアレイを構成することも可能である。本実施形態のセンサ部４は、センサ素子２における電気量変化に応じた電圧信号を電流変換部３に出力する。なお、センサ部４に複数のセンサ素子２を有する場合には、図２（ａ）に示すようにセンサ素子２の出力に応じた電流信号を出力する電流変換部３をセンサ素子２ごとにそれぞれ設けてもよいし、図２（ｂ）に示すように複数（ここでは２個）のセンサ素子２の出力の差分（Ａ−Ｂ）を電流信号として出力する電流変換部３を用いてもよい。

ところで、本実施形態の電流電圧変換部５は、図１のように複数のコンデンサＣ１〜Ｃ３と、これら複数（図示例では３個）のコンデンサＣ１〜Ｃ３の接続関係を切り替える接続切替手段としての複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２とを有している。具体的には電流電圧変換部５は、電流変換部３に対して第１のスイッチ要素Ｓ１を介して接続された信号線７を備える。

第１のコンデンサＣ１は、一端が第２のスイッチ要素Ｓ２を介して信号線７に接続され、且つ他端が基準電位Ｖｓに維持された回路の基準電位点（たとえば筐体接地電位点）に接続されている。第２のコンデンサＣ２は、一端が第３のスイッチ要素Ｓ３を介して信号線７に接続され、且つ他端が第４のスイッチ要素Ｓ４を介して基準電位点に接続されている。また、第３のコンデンサＣ３は、一端が第５のスイッチ要素Ｓ５を介して信号線７に接続され、且つ他端が第６のスイッチ要素Ｓ６を介して基準電位点に接続されている。この構成により、第２〜第６のスイッチ要素Ｓ２〜Ｓ６が全てオンの状態で、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３は、信号線７と基準電位Ｖｓの基準電位点との間に並列に接続されることになる。

一方、第１のコンデンサＣ１の一端と第２のコンデンサＣ２の他端とは第７のスイッチ要素Ｓ７を介して接続され、第２のコンデンサＣ２の一端と第３のコンデンサＣ３の他端とは第８のスイッチ要素Ｓ８を介して接続されている。これにより、第２，第３，第５，第６のスイッチ要素Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６がオフであり、且つ第４，第７，第８のスイッチ要素Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８がオンの状態で、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３は、信号線７と基準電位Ｖｓの基準電位点との間に直列に接続されることになる。ここで、信号線７は、出力部６を構成するバッファ８の入力端子に、第９のスイッチ要素を介して接続されている。

また、第１のコンデンサＣ１の一端は第１０のスイッチ要素Ｓ１０を介して基準電位点に接続され、第２のコンデンサＣ２の一端は第１１のスイッチ要素Ｓ１１を介して基準電位点に接続され、第３のコンデンサＣ３の一端は第１２のスイッチ要素Ｓ１２を介して基準電位点に接続されている。第１０〜第１２の各スイッチ要素Ｓ１０〜Ｓ１２は各コンデンサＣ１〜Ｃ３のリセット用のスイッチ要素であって、第５，第６，第１０〜第１２の各スイッチ要素Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０〜Ｓ１２がオンのときに各コンデンサＣ１〜Ｃ３の両端が基準電位Ｖｓの基準電位点に接続されることになる。

ここにおいて、上述したように構成される電流電圧変換部５の動作は、各コンデンサＣ１〜Ｃ３をリセットする第１ステップＳＴ１と、電流変換部３からの電流信号を入力する（サンプリングする）第２ステップＳＴ２と、前記電流信号に応じた電圧信号を増幅する第３ステップＳＴ３と、増幅後の電圧信号を出力部６に出力する第４ステップＳＴ４との４つのステップに分かれており、ステップＳＴ１〜ＳＴ４ごとにスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のオンオフ状態が図示しない制御部からの制御信号φ１〜φ６により制御される。ここで、第１〜第３のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ３は同一の制御信号φ１によりオンオフし、第４のスイッチ要素Ｓ４は制御信号φ３によりオンオフし、第５，第６のスイッチ要素Ｓ５，Ｓ６は同一の制御信号φ５によりオンオフし、第７，第８のスイッチ要素Ｓ７，Ｓ８は同一の制御信号φ２によりオンオフし、第９のスイッチ要素Ｓ９は制御信号φ６によりオンオフし、第１０〜第１２のスイッチ要素Ｓ１０〜Ｓ１２は同一の制御信号φ４によりオンオフする。

ステップＳＴ１〜ＳＴ４ごとのスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のオンオフ制御状態を図３に示す。図３では、制御信号φ１〜φ６を示しており、各スイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２は、それぞれ対応する制御信号φ１〜φ６がハイレベル（Ｈ）のときにオンし、ローレベル（Ｌ）のときにオフする。

以下に、本実施形態のセンサ装置１の動作について図３〜図８を参照して説明する。

第１ステップＳＴ１においては、制御信号φ４，φ５によって図４に示すように複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のうち、第５，第６，第１０〜第１２の各スイッチ要素Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０〜Ｓ１２のみがオンとなる。この状態で、第１〜第３の各コンデンサＣ１〜Ｃ３は両端が基準電位Ｖｓの基準電位点に接続され、各コンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄積されている電荷が放電されて各コンデンサＣ１〜Ｃ３がリセットされる。このとき、信号線７は電流変換部３と出力部６とのいずれにも接続されていない。なお、コンデンサＣ１〜Ｃ３をリセットする第１ステップＳＴ１では、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の両端を基準電位点に接続する構成に代えて、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の両端間をそれぞれ短絡させる構成を採用してもよい。

次に、第２ステップＳＴ２においては、制御信号φ１，φ３，φ５によって図５に示すように複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のうち、第１〜第６のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ６のみがオンとなる。この状態で、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３が信号線７と基準電位Ｖｓの基準電位点との間に並列に接続され、且つ信号線７が電流変換部３の出力に接続される。したがって、各コンデンサＣ１〜Ｃ３が電流変換部３からの電流信号によってそれぞれ充電される。すなわち、各コンデンサＣ１〜Ｃ３には、電流変換部３の出力に応じた電荷が蓄積される。

次の第３ステップＳＴ３においては、制御信号φ２によって図６に示すように複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のうち、第７，第８のスイッチ要素Ｓ７，Ｓ８のみがオンとなる。この状態で、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３は直列に接続されることになり、この直列回路の両端間（つまり第１のコンデンサＣ１の基準電位Ｖｓ側の端子と第３のコンデンサＣ３の第４のスイッチ要素Ｓ４側の端子との間）には第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３に充電された電圧の和が現れる。すなわち、第３のコンデンサＣ３の第４のスイッチ要素Ｓ４側の端子には第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧を合計した電位が生じる。このとき、信号線７は電流変換部３と出力部６とのいずれにも接続されていない。

次の第４ステップＳＴ４においては、制御信号φ２，φ３，φ６によって図７に示すように複数のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のうち、第４，第７〜第９のスイッチ要素Ｓ４，Ｓ７〜Ｓ９のみがオンとなる。なお、ここでは第３ステップＳＴ３から第４ステップＳＴ４に移行する際に制御信号φ２をハイレベル（Ｈ）に維持しており、第７，第８のスイッチ要素Ｓ７，Ｓ８は継続してオンする。この状態で、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３からなる直列回路が信号線７と基準電位Ｖｓの基準電位点との間に接続され、且つ信号線７が出力部６の入力に接続される。したがって、出力部６には第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧を合計した電圧が電圧信号として入力される。出力部６は、入力された電圧をバッファ８により後段の回路（たとえば演算回路）に取り出す。

上述したように、４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４を順に実行することにより、電流電圧変換部５はチャージポンプとして機能し、第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３のリセット、電流信号の入力、電圧信号の増幅、電圧信号の出力を順に行う。ここで、第３のコンデンサＣ３における第４のスイッチ要素Ｓ４側の端子の電位Ｖ１（図１参照）と、出力部６の出力電位Ｖ２（図１参照）とはステップＳＴ１〜ＳＴ４ごとに変化し、たとえば図８に示すように、第１ステップＳＴ１では両電位Ｖ１，Ｖ２が共に基準電位Ｖｓにあり、第２ステップＳＴ２では電位Ｖ１がコンデンサＣ３の充電電位Ｖｃ３となり、第３ステップＳＴ３では電位Ｖ１が全コンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧を合計した電位Ｖａｌｌとなり、第４ステップＳＴ４では両電位Ｖ１，Ｖ２が共に電位Ｖａｌｌになる。

本実施形態のセンサ装置１は、上記４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４を周期的に繰り返すことによって、電流変換部３から出力される電流信号を断続的に増幅して電圧信号（電圧値）として出力することができる。この構成によれば、電流電圧変換部５がチャージポンプとして機能し電流変換部３からの電流信号を増幅して電圧信号として出力しているので、電流変換部３から出力される電流信号の変化量が微小であっても、出力部６からは変化量の比較的大きい電圧信号を取り出すことできる。その結果、物理量あるいは化学量の変化に応じて取り出される電気量の変化量が小さいセンサ素子２を用いた場合でも、十分な感度を確保することができるという利点がある。

上述した実施形態では、コンデンサＣ１〜Ｃ３を３個とした例を示したが、電流電圧変換部５に設けられるコンデンサの個数は３個に限るものではなく複数であればよい。たとえば、コンデンサを４個設ける場合には、第３ステップＳＴ３において第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３との間に第４のコンデンサが直列に接続されるように、第４のコンデンサの一端を制御信号φ２でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して第３のコンデンサＣ３の他端に接続し、第２のコンデンサＣ２の一端を第８のスイッチ要素Ｓ８を介して第４のコンデンサの他端に接続すればよい。この場合に、第４のコンデンサの他の接続関係は第２のコンデンサＣ２と同様であり、第４のスイッチ要素の一端は制御信号φ１でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して信号線７に接続されるとともに、制御信号φ４でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して基準電位Ｖｓの基準電位点に接続される。さらに、第４のスイッチ要素の他端は制御信号φ５でオンオフ制御されるスイッチ要素を介して基準電位点に接続される。

（実施形態２）
本実施形態のセンサ装置１は、図９に示すように、センサ部４と電流変換部３との間にスイッチＳＷが付加されている点、および出力部６の後段に演算回路９が付加されている点が実施形態１のセンサ装置１と相違する。スイッチＳＷはオフ時にセンサ部４を電流変換部３から分離するものであって、制御部からの制御信号φ７（図１０参照）によってオンオフ制御される。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

演算回路９は、出力部６から出力されたアナログの電圧信号（電圧値）をＡＤ（アナログ−デジタル）変換するＡＤコンバータ１０を有し、ＡＤコンバータ１０の後段には出力先を第１出力１１ａおよび第２出力１１ｂから択一的に選択する選択回路１１を有している。選択回路１１の第１出力１１ａには、ＡＤコンバータ１０の出力を回路オフセット値として保持する回路オフセットレジスタ１２が接続され、選択回路１１の第２出力１１ｂには、ＡＤコンバータ１０の出力をセンサ信号値として保持するセンサ信号レジスタ１３が接続される。回路オフセットレジスタ１２およびセンサ信号レジスタ１３には、センサ信号レジスタ１３内の値（センサ信号値）から回路オフセットレジスタ１２内の値（回路オフセット値）を減算して出力する演算器１４が接続されており、演算器１４の出力は検出結果として出力レジスタ１５に保持される。

電流電圧変換部５の動作は、実施形態１と同様に第１〜第４の４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４に分かれており、ステップＳＴ１〜ＳＴ４ごとにスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２のオンオフ状態が図示しない制御部からの制御信号φ１〜φ６により制御される。一方、センサ装置１全体としての動作は、上記４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４からなる回路オフセット情報収集期間Ｔ１と、回路オフセット情報収集期間Ｔ１の後に設定され、上記４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４からなる信号情報集期間Ｔ２との２つの期間に分類される。すなわち、センサ装置１全体の動作は、回路オフセット情報収集期間Ｔ１中の４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４、および信号情報収集期間Ｔ２中の４つのステップＳＴ１〜ＳＴ４の合計８つのステップに分かれることになり、これら８つのステップを行うごとに出力レジスタ１５に検出結果が出力される。

ステップＳＴ１〜ＳＴ４ごとのスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２およびスイッチＳＷのオンオフ制御状態を図１０に示す。図１０では、制御信号φ１〜φ７を示しており、各スイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２およびスイッチＳＷは、対応する制御信号φ１〜φ７がハイレベル（Ｈ）のときにオンし、ローレベル（Ｌ）のときにオフする。スイッチＳＷは、信号情報収集期間Ｔ２における第２ステップＳＴ２でのみ制御信号φ７によってオンし、それ以外のステップではオフ状態にある。また、選択回路１１は、回路オフセット情報収集期間Ｔ１の第４ステップＳＴ４では第１出力１１ａを選択し、信号情報収集期間Ｔ２の第４ステップＳＴ４では第２出力１１ｂを選択するように制御部で制御される。

ところで、センサ部４の出力のみに対応する電圧信号を出力することができればセンサ装置１としての検出精度は高くなるが、実際には、電流変換部３や電流電圧変換部５の構成要素が電荷を持っていることがあり、この電荷が電流電圧変換部５のコンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄積されることにより、センサ部４の出力成分に前記電荷が重畳して出力されることがある。

具体的には、電流電圧変換部５のスイッチ要素Ｓ１〜Ｓ１２にトランジスタを用いるのであれば、トランジスタに生じるノイズ（１／ｆノイズ、熱雑音など）が前記電荷として電流電圧変換部５のコンデンサＣ１〜Ｃ３に蓄積されることがある。また、素子製造時に半導体プロセスのミスマッチによる加工ばらつきを生じることがあり、たとえばＭＯＳトランジスタのゲート幅が設計値と異なる場合には流れる電流量が変化する。その結果、設計上の回路出力と実際の回路出力との間に定常的に誤差が発生し、この誤差分がセンサ部４の出力成分に重畳される。つまり、センサ部４の出力のみに対応する成分をセンサ検出成分とし、回路の構成要素が持っている電荷に対応する成分を回路オフセット成分とすると、センサ検出成分に回路オフセット成分が重畳された電圧信号が出力部６から出力されることにより、回路オフセット成分の分だけセンサ装置１の検出精度が低下する。

これに対して、本実施形態のセンサ装置１は、演算器１４でセンサ信号値から回路オフセット値を減算して出力することにより、上述した回路オフセット成分の影響を除去したセンサ検出成分を出力可能とするものである。

以下に、本実施形態のセンサ装置１の動作について図１０を参照して説明する。

回路オフセット情報収集期間Ｔ１においては、常にスイッチＳＷがオフしてセンサ部４を電流変換部３から分離した状態で電流電圧変換部５が動作する。電流電圧変換部５は、各ステップＳＴ１〜ＳＴ４において実施形態１と同様に動作し、これにより第４ステップＳＴ４においては電流変換部３からの電流信号に対応する電圧信号が、出力部６を介して演算回路９に出力される。このとき、選択回路１１は第１出力１１ａを選択しているので、出力部６からの出力はＡＤ変換された後に回路オフセットレジスタ１２に回路オフセット値として保持される。

ここで、回路オフセット値として回路オフセットレジスタ１２に保持された値は、電流変換部３および電流電圧変換部５の構成要素が持っている電荷に起因した回路オフセット成分に相当する。

一方、信号情報収集期間Ｔ２においては、電流電圧変換部５が電流変換部３からの電流信号を入力する第２ステップＳＴ２に、スイッチＳＷがオンしてセンサ部４を電流変換部３に接続した状態で電流電圧変換部５が動作する。電流電圧変換部５は、各ステップＳＴ１〜ＳＴ４においては実施形態１と同様に動作し、これにより第４ステップＳＴ４においては電流変換部３からの電流信号に対応する電圧信号が出力部６を介して演算回路９に出力される。このとき、選択回路１１は第２出力１１ｂを選択しているので、出力部６からの出力はＡＤ変換された後にセンサ信号レジスタ１３にセンサ信号値として保持される。

ここで、センサ信号値としてセンサ信号レジスタ１３に保持された値は、センサ部４の出力のみに対応するセンサ検出成分に、電流変換部３および電流電圧変換部５の構成要素が持っている電荷に起因した回路オフセット成分が重畳された値に相当する。その後、演算器１４がセンサ信号値から回路オフセット値を減算した値を検出結果として出力レジスタ１５に出力し、出力レジスタ１５に保持させる。

結果的に、出力レジスタ１５には、センサ検出成分に回路オフセット成分が重畳された値から回路オフセット成分を除いた検出結果が保持されることになるので、この検出結果を取り出すことにより、回路オフセット成分の影響を除去したセンサ検出成分を取り出すことができる。したがって、センサ部４の出力のみに対応する電圧信号を検出結果として取り出すことができ、検出精度が向上するという利点がある。

本発明の実施形態１の構成を示す概略回路図である。（ａ）は同上のセンサ部および電流変換部の構成を示す概略回路図、（ｂ）は同上のセンサ部および電流変換部の他の構成を示す概略回路図である。同上の動作説明図である。同上の第１ステップの動作説明図である。同上の第２ステップの動作説明図である。同上の第３ステップの動作説明図である。同上の第４ステップの動作説明図である。同上の動作説明図である。本発明の実施形態２の構成を示す概略回路図である。同上の動作説明図である。従来例を示す回路図である。

符号の説明

１センサ装置
２センサ素子
３電流変換部
４センサ部
５電流電圧変換部
１２回路オフセットレジスタ
１３センサ信号レジスタ
１４演算器
Ｃ１〜Ｃ３コンデンサ
Ｓ１〜Ｓ１２スイッチ要素（接続切替手段）
ＳＷスイッチ

Claims

物理量あるいは化学量を電気量に変換するセンサ素子を有したセンサ部と、センサ部の出力を電流信号に変換する電流変換部と、電流変換部からの電流信号を入力として電圧信号を出力する電流電圧変換部とを備え、電流電圧変換部は、それぞれ電流変換部からの電流信号により充電される複数のコンデンサと、電流信号を入力するときに電流信号で各コンデンサを充電するように前記複数のコンデンサを並列に接続し、電圧信号を出力するときに前記複数のコンデンサの両端電圧の和を出力するように前記複数のコンデンサを直列に接続する接続切替手段とを有することを特徴とするセンサ装置。
前記センサ部と前記電流変換部との間に挿入されオフ状態で前記センサ部を前記電流変換部から分離するスイッチと、前記スイッチがオフの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した電圧信号を回路オフセット値として保持する回路オフセットレジスタと、前記スイッチがオンの状態で、前記電流変換部からの電流信号を入力した前記電流電圧変換部が出力した出力した電圧信号をセンサ信号値として保持するセンサ信号レジスタと、センサ信号レジスタに保持されたセンサ信号値から回路オフセットレジスタに保持された回路オフセット値を減算した値を出力する演算器とを有することを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。