JP3171373B2 - 微小電流検出回路およびこれを利用した座標入力装置 - Google Patents

微小電流検出回路およびこれを利用した座標入力装置

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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、微小電流検出回
路およびこれを利用した座標入力装置(タブレット)に
関し、詳しくは、容量性位置センサ、圧電センサ、容量
性湿度センサ、静電界型のセンサ、静電型デジタイザ、
座標入力装置などにおいて、容量性変化としての環境変
化や接触による発生する静電容量の変化を電気信号とし
て検出するものであって、検出用コンデンサと基準容量
のコンデンサとの2端子間の容量差を電流値として検出
するような微小電流検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の微小電流検出回路として、図3
に示すような、電荷の変化量を検出する電荷量検出回路
を挙げることができる。1は、電荷量検出回路9の静電
型位置センサ部であって、2つのコンデンサCaとCb
とが設けられていて、いずれか一方が電荷量検出センサ
(タッチセンサ)として外部から触れられる面を持つコ
ンデンサである。それを、例えば、コンデンサCaとす
る。2は、これらの2つのコンデンサCa,Cbの一方
の端子に所定の周期で駆動パルスを発生するパルス駆動
回路であって、コンデンサCa,Cbの他方の端子は、
それぞれオペアンプ(OP)3,4の(−)入力に接続
されている。
【0003】オペアンプ3,4は、反転型増幅器であっ
て、その(+)入力は、接地されていて、それぞれの出
力VA,VBは、それぞれ帰還コンデンサC3,C4を介し
て(−)入力側に帰還される。また、コンデンサC3,
C4には、並列に初期設定用のスイッチ回路5,6が設
けられていて、これらスイッチ回路は、検出動作前にコ
ントローラ等からの制御信号で一定期間ONにされる。
オペアンプ4の出力VBは、さらに抵抗Rを介して反転
増幅型のバッファアンプ7の(−)側に入力される。こ
のアンプは、帰還抵抗もRであって、増幅率1のバッフ
ァアンプになっている。そこで、オペアンプ4の出力V
Bは、そのまま反転された電圧に変換されてこれから−
VBとして出力される。
【0004】バッファアンプ7の出力−VBとオペアン
プ3の出力VAは、反転増幅の加算器8に入力され、加
算されるが、バッファアンプ7がオペアンプ3の出力を
反転するので、実質的には、オペアンプ3の出力電圧V
Aからオペアンプ4の出力VBが減算されて、−(VA−
VB)が加算器8の出力として発生する。その結果、コ
ンデンサCa,Cbの電荷の差に応じた検出信号が加算
器8から得られる。ここで、オペアンプ3,4の動作を
オペアンプ3を代表にして説明すると、まず、初期状態
でスイッチ回路5が一定期間ONになることで、(−)
入力と(+)入力がバーチャルショートになっているの
で、これによりオペアンプ3の出力がグランドGNDレ
ベルになり、コンデンサC3の電荷がクリアされる。そ
して、スイッチ回路5がOFFしたタイミングでパルス
駆動回路2からパルス信号が供給されると、コンデンサ
Caを介してオペアンプ3の(−)入力に電流が供給さ
れて、コンデンサCaに充電された電荷に応じて(−)
入力を接地電位に保持するような充電がコンデンサ3に
対して行われる。これは、図示するようにオペアンプ3
の出力を負にする方向でなされる。これにより出力電圧
VAが発生する。
【0005】同様にしてオペアンプ4にも出力電圧VB
が発生する。この場合に、コンデンサCaが位置に応じ
てその容量が変化する検出側のコンデンサであるとする
と、加算器8に位置の変化に応じた電圧レベルの出力信
号を得ることができる。なお、静電型デジタイザ、座標
入力装置などにあっては、接触する端子の数だけ、コン
デンサCaが用意されていて、各コンデンサがマルチプ
レクサにより走査されて順次選択されるか、前記オペア
ンプ3に対応する回路がその分だけ配列され、その出力
が所定のタイミングで順次選択されるようになってい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】通常、この種の電荷量
検出回路では、検出側のコンデンサCaとオペアンプ3
までの距離が長い。その結果、コンデンサCaの容量が
ノイズに影響され易く、その検出電圧が変動し、誤検出
が発生し易い。また、容量性の電圧である関係で、その
電圧変動の範囲が小さい。そこで、これをオペアンプで
受けた場合にオペアンプの動作におけるオフセット量が
問題になる。この発明の目的は、このような従来技術の
問題点を解決するものであって、電荷量で流れるような
微小な電流に対してノイズに影響され難い微小電流検出
回路を提供することにある。この発明の目的は、このよ
うな従来技術の問題点を解決するものであって、ノイズ
に影響され難い微小電流検出回路を有する座標入力装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための微小電流検出回路および座標入力装置の特徴
は、微小電流出力を発生する第1および第2の素子と、
一方の出力側トランジスタがカレントミラー接続された
入力側トランジスタを負荷として有し他方の出力側トラ
ンジスタが前記カレントミラー接続の出力側トランジス
タを負荷として有する第1および第2のカレントミラー
回路と、これらそれぞれのカレントミラー回路の入力側
トランジスタに実質的に同じ値の定電流をバイアス電流
としてそれぞれ送出する第1および第2の定電流発生回
路とを備えていて、第1および第2の定電流発生回路が
同一の電流源からの電流をカレントミラー接続により受
けて生成し、第1および第2の素子のいずれか一方が検
出部として割り当てられ、第1のカレントミラー回路
入力側トランジスタが定電流に加えて第1の素子の電流
出力を入力として受け、第2のカレントミラー回路の入
力側トランジスタが定電流に加えて第2の素子の電流出
力を入力として受けることで一方の素子の他方の素子に
対する電流値の差に応じた出力を第1および第2の一方
のカレントミラー回路の出力として得るものである。
【0008】
【発明の実施形態】このように、カレントミラー回路に
より定電流をバイアス電流とし、これに加えて微小電流
を受けるようにしているので、電流駆動での電流動作と
なることからノイズに強い回路になる。また、電流駆動
回路であり、オペアンプを用いていないためにオフセッ
トが発生しない。特に、出力側にコンデンサを設けて、
リセットするようにすれば、微小な出力も正確に得るこ
とができる。ところで、特許請求範囲における第1の素
子は、実施例では、コンデンサC1,C2,…,Ci,…
Cnとしてこれが複数個設けられている。第2の素子
は、コンデンサCoである。また、第1のカレントミラ
ー回路は、実施例では、カレントミラー回路16であ
り、第2のカレントミラー回路は、カレントミラー回路
17である。そして、第1および第2の定電流発生回路
は、それぞれ定電流発生回路18,19である。なお、
電流値の差に応じた出力は、出力端子1cに発生する。
実施例で示すカレントミラー回路は、2段のトランジス
タが積み上げられて二重のカレントミラーとなっている
が、これは、少ないバイアス電流で誤差の少ない安定し
た回路にするためである。電源電圧との関係でこれらカ
レントミラー回路は、1段のものであってもよい。
【0009】
【実施例】図1は、この発明の微小電流検出回路を適用
した一実施例の電荷量の変化により位置の検出を行う座
標入力装置の検出回路を中心とする説明図、図2は、こ
の発明の微小電流検出回路を適用した受光素子により位
置検出を行う位置検出装置の検出回路を中心とする実施
例の説明図である。図1において、10は、検出回路部
であり、11は、マルチプレクサ、12は、電荷量検出
部、13は、駆動パルス発生回路、14は、コントロー
ル回路、そして15は位置検出回路である。電荷量検出
部12は、平板状のものであって、タッチ板で構成され
るコンデンサC1,C2,Ci,…,Cnと基準コンデンサ
Coとからなっていて、各タッチ板が、平板の表面側に
マトリックス状に配置され、下面に設けられた金属板と
の間で各コンデンサが形成される。位置検出回路15
は、コントロール回路14と検出回路10の出力を受け
てどの位置のタッチ板(コンデンサ)がタッチされてい
るのかを検出する。
【0010】各コンデンサC1,C2,Ci,…,Cnの一
端(下面の金属板)は共通に駆動パルス発生回路13の
出力に接続されていて、所定の周期であらかじめ決めら
れた幅のパルスを受ける。各コンデンサC1,C2,C
i,…,Cnの他の一端(タッチ板)は、配線により引き
出されてそれぞれマルチプレクサ11の入力端子In
1,In2,…,Innに接続されている。マルチプレク
サ11は、コントロール回路14の制御信号CONTに
応じて、各コンデンサC1,C2,Ci,…,Cnの入力側
の端子In1,In2,…,Innの1つを順次選択して
それを出力端子Ot1に接続する。また、コンデンサCo
の他の一端は,入力側の端子Inoを経て出力端子Ot2
に直結されている。
【0011】マルチプレクサ11の出力端子Ot1,O
t2は、それぞれ検出回路部10のそれらに対応する入
力端子10a,10bにぞれぞれ入力される。コントロ
ール回路14は、駆動パルス発生回路13から駆動パル
スPを受けて、これのタイミングに合わせて、この駆動
パルスPが発生するタイミングの手前でマルチプレクサ
11の接続を切り替える制御信号CONTをマルチプレ
クサ11と位置検出回路15とに送出する。また、同様
なタイミングで検出回路10のスイッチSにリセットの
ための制御信号RSを送出する。電荷量検出部12にお
いてタッチされた場所のコンデンサの電荷出力は、マル
チプレクサ11の入力を介してOt1に出力されて検出
回路部10の端子10aに送出される。また、このと
き、マルチプレクサ11の出力端子Ot2を介してコン
デンサCoの電荷出力も検出回路10の端子10bに送
出される。
【0012】検出回路10は、カレントミラー接続され
た2つのカレントミラー回路16,17により前記の電
荷出力の差の検出信号を得るものであって、それぞれの
カレントミラー回路16,17に定電流を送出する2つ
の定電流発生回路18,19が設けられていて、それぞ
れの定電流をバイアス電流としてこれに前記の電荷出力
による電流値をそれぞれ加算することで一方のカレント
ミラー回路17の出力端子10cに出力を得るものであ
る。カレントミラー回路16の出力トランジスタQ7,
Q8がダイオード接続され、これらのベースがカレント
ミラー回路17の出力トランジスタQ17,Q18のベース
に接続されて、カレントミラーを構成し、これらのカレ
ントミラーを中心に回路全体が対称的な構造になってい
る。なお、出力Voは、カレントミラー回路17の出力
トランジスタQ17のドレイン側に接続された出力端子1
0cから取り出される。
【0013】出力端子10cとグランドGND間には、
出力を電圧として取り出すための負荷コンデンサCLが
接続され、この負荷コンデンサCLの電荷を放電してリ
セットするためのリセットスイッチSが負荷コンデンサ
CLに並列に設けられている。リセットスイッチSは、
コントロール回路14により制御信号RSを受けて一定
期間ONにされる。その結果、コンデンサCLの電荷が
放電される。カレントミラー回路16は、カレントミラ
ー接続のN型のFETトランジスタQ1,Q2とこれの下
流側に位置するカレントミラー接続のN型のFETトラ
ンジスタQ3,Q4とが2段に積み上げられて構成され
る。トランジスタQ1,Q3がダイオード接続の入力側ト
ランジスタであり、トランジスタQ2,Q4が出力側のト
ランジスタである。トランジスタQ3,Q4のソースは、
それぞれグランドGNDに接続されていて、上流側のト
ランジスタQ1,Q2のドレインは、それぞれさらに上流
に設けられた2つのP型FETトランジスタQ5,Q6
と、2つのP型FETトランジスタQ7,Q8とを介して
それぞれが電源ラインVccに接続されている。そして、
トランジスタQ1のドレインが入力端子10aに接続さ
れていてタッチされた場所のコンデンサの電荷出力をマ
ルチプレクサ11を介して受ける。
【0014】カレントミラー回路17は、カレントミラ
ー接続のN型のFETトランジスタQ11,Q12とこれの
下流側に位置するカレントミラー接続のN型のFETト
ランジスタQ13,Q14とが2段に積み上げられ、前記と
同様に構成される。トランジスタQ11,Q13がダイオー
ド接続の入力側トランジスタであり、トランジスタQ1
2,Q14が出力側のトランジスタである。トランジスタ
Q13,Q14のソースは、それぞれグランドGNDに接続
されていて、上流側のトランジスタQ11,Q12のドレイ
ンは、それぞれさらに上流に設けられた2つのP型FE
TトランジスタQ15,Q16と、2つのP型FETトラン
ジスタQ17,Q18とを介してそれぞれが電源ラインVcc
に接続されている。そして、トランジスタQ11のドレイ
ンが入力端子10bに接続されていてコンデンサCoの
電荷出力を受ける。
【0015】定電流回路18は、電源ラインVccに接続
され電流Ioを流出する定電流源18aと、カレントミ
ラー回路18bと、カレントミラー回路16に定電流を
伝送するカレントミラー接続の出力回路18cとからな
る。カレントミラー回路18bは、カレントミラー接続
のN型のFETトランジスタQ21,Q22とこれの下流側
に位置するカレントミラー接続のN型のFETトランジ
スタQ23,Q24とが2段に積み上げられて構成される。
トランジスタQ21,Q23がダイオード接続の入力側トラ
ンジスタであり、トランジスタQ22,Q24が出力側のト
ランジスタである。トランジスタQ23,Q24のソース
は、それぞれグランドGNDに接続されていて、トラン
ジスタQ21のドレインは、定電流源18aを介して電源
ラインVccに接続され、定電流値Ioを受ける。また、
トランジスタQ22のドレインは、これの上流に設けられ
た出力回路18cの2つのダイオード接続のP型FET
トランジスタQ25,Q26を介して電源ラインVccに接続
されている。そして、2つのP型FETトランジスタQ
25,Q26のベースは、カレントミラー回路16の入力側
トランジスタの上流に位置するトランジスタQ5,Q6の
ベースに接続され、これらトランジスタとカレントミラ
ーを構成している。その結果、トランジスタQ25,Q26
に流れる定電流Ioがカレントミラー回路16のトラン
ジスタQ5,Q6に発生する。
【0016】定電流回路19は、定電流回路18のカレ
ントミラー回路18bにカレントミラー接続されたカレ
ントミラー回路19aと、カレントミラー回路17に定
電流を伝送するカレントミラー接続の出力回路19bと
からなる。カレントミラー回路19aは、カレントミラ
ー回路18bの定電流入力側のトランジスタQ21,Q23
にそれぞれカレントミラー接続され上流と下流に積み重
ねられた出力側のN型のFETトランジスタQ32,Q34
からなる。上流側のトランジスタQ32のドレインは、こ
れの上流に設けられた出力回路18cの2つのダイオー
ド接続のP型FETトランジスタQ35,Q36とを介して
電源ラインVccに接続されている。そして、2つのP型
FETトランジスタQ35,Q36のベースは、カレントミ
ラー回路17のトランジスタQ15,Q16のベースに接続
され、これらトランジスタとカレントミラー回路を構成
している。その結果、定電流入力側のトランジスタQ2
1,Q23に流れる定電流IoがトランジスタQ32,Q34に伝
送され、これらの上流に位置するトランジスタQ35,Q
36に定電流Ioが流れる。そして、この定電流Ioがカレ
ントミラー回路17のトランジスタQ15,Q16に伝送さ
れて、これらに流れる。
【0017】次に動作を説明すると、定電流源18aで
生成された定電流Ioは、カレントミラー回路18bに
より出力回路18cと出回路19bとへと伝送されて、
これとカレントミラー接続されたカレントミラー回路1
6のトランジスタQ5,Q6とトランジスタQ15,Q16と
に電源ラインVccから定電流Ioが流れる。トランジス
タQ5,Q6に流れた定電流Ioは、カレントミラー接続
のトランジスタQ1,Q2とこれの下流側に位置するカレ
ントミラー接続のトランジスタQ3,Q4とによりカレン
トミラー回路16のトランジスタQ7,Q8に定電流Io
を伝送する。同様に、トランジスタQ15,Q16に流れた
定電流Ioは、カレントミラー接続のトランジスタQ1
1,Q12とこれの下流側に位置するカレントミラー接続
のトランジスタQ13,Q14とによりカレントミラー回路
17のトランジスタQ17,Q18に定電流Ioを伝送す
る。その結果、出力端子10cに接続されたトランジス
タQ17のドレインには、カレントミラー接続のトランジ
スタQ7,Q8から電流Ioが伝送されて流れ、この電流
Ioは、その下流のトランジスタQ12のドレインに流れ
る。このとき、トランジスタQ12のドレインの電流値
は、カレントミラー接続のトランジスタQ11,Q13によ
りIoに設定されているので、上流に流れる電流は、す
べてトランジスタQ12,Q14によってシンクされる。そ
の結果、出力端子10cには、電流が流れることなく、
この検出回路10は、バランス状態にある。
【0018】ここで、入力端子10a側に電荷出力とし
て電流Iaが発生し、入力端子10b側に電荷出力とし
て電流Ibが発生したとする。電流Iaは、カレントミラ
ー回路16の入力側トランジスタQ1のドレインに入力
されて、ここに流れる入力電流値Io+Iaになる。その
結果、トランジスタQ7,Q8に電流Io+Iaが流れ、こ
れがカレントミラー回路17のトランジスタQ17,Q18
に伝送されてこれらトランジスタに電流Io+Iaが流れ
る。一方、入力端子10b側には、電荷出力として電流
Ibが発生する。この電流Ibは、カレントミラー回路1
7の入力側トランジスタQ11のドレインに入力されて、
ここに流れる入力電流値Io+Ibになる。その結果、ト
ランジスタQ11,Q13に電流Io+Ibが流れ、これがカ
レントミラー回路17のトランジスタQ12,Q14に伝送
されて、上流にあるトランジスタQ17,Q18の電流をこ
の分だけシンクさせる。
【0019】その結果、出力端子10cには、Io+Ia
−(Io+Ib)の電流が流れ、結果として出力端子1c
側にIa−Ibの電流が流れてこれにより負荷コンデンサ
CLが充電される。その結果、この差に応じた電圧がコ
ンデンサの端子電圧として発生し、出力端子10cに検
出信号を得ることができる。そこで、あるコンデンサが
タッチされたときには、それに応じてIaとIbの間の電
荷量に差が発生するので、その結果の電圧が出力端子1
0cに検出信号が得られ、この検出信号が位置検出回路
15に入力される。位置検出回路15は、出力端子10
cに所定レベルの検出出力があったときに、コントロー
ル回路14からの制御信号CONTを取り込み、何番目
のコンデンサが選択されているかを示す位置信号を制御
信号CONTからデコードして出力する。
【0020】図2は、電荷量検出部12における、図1
の各コンデンサC1,C2,…,Ci,…,Cnのコンデン
サCoに換えて受光素子としてフォトダイオードD1,D
2,…Di,…,DnとフォトダイオードDoとを設けた位
置検出部20に置き換えた位置検出回路の例である。こ
れは、検出対象となるバー21が光源22からの照射光
Lを遮断することで受光を遮られたフォトダイオードD
1〜Dnに流れる電流出力の減少を検出するものである。
その動作の詳細は、前記実施例と同様であるので割愛す
る。
【0021】以上説明してきたが、実施例では、電荷量
として発生する電流値Ia,Ibについては、入力状態
の例を説明しているが、これは、電荷検出回路部10に
対して電流が流出するような状態のものであってもよい
ことはもちろんである。また、カレントミラー回路は、
FETトランジスタ回路ではなく、バイポーラトランジ
スタ回路によるものであってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明したきたように、この発明にあ
っては、カレントミラー回路により定電流をバイアス電
流とし、これに加えて微小電流を受けるようにしている
ので、電流駆動での電流動作となることからノイズに強
い回路になる。また、電流駆動回路であり、オペアンプ
を用いていないためにオフセットが発生しない。特に、
出力側にコンデンサを設けて、リセットするようにすれ
ば、微小な出力も正確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の微小電流検出回路を適用し
た一実施例の電荷量の変化により位置の検出を行う座標
入力装置の検出回路を中心とする説明図である。
【図2】図2は、この発明の微小電流検出回路を適用し
た受光素子により位置検出を行う位置検出装置の検出回
路を中心とする実施例の説明図である。
【図3】図3は、従来の微小電流検出回路の一例の回路
図である。
【符号の説明】
10…検出回路部、11…マルチプレクサ、12…電荷
量検出部、13…駆動パルス発生回路、14…コントロ
ール回路、 15…位置検出回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 明俊 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム 株式会社内 (72)発明者 岩崎 光治 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−90122(JP,A) 特開 平3−289715(JP,A) 特開 昭62−249505(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/00 - 3/72 H03K 17/96 G01R 19/00 G01R 29/24 G06F 3/03 310

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電荷による電流出力を発生する第1および
    第2の素子と、一方の出力側トランジスタがカレントミ
    ラー接続された入力側トランジスタを負荷として有し他
    方の出力側トランジスタが前記カレントミラー接続の出
    力側トランジスタを負荷として有する第1および第2の
    カレントミラー回路と、これらそれぞれのカレントミラ
    ー回路の入力側トランジスタに実質的に同じ値の定電流
    をバイアス電流としてそれぞれ送出する第1および第2
    の定電流発生回路とを備え、前記第1および第2の定電
    流発生回路は、同一の電流源からの電流をカレントミラ
    ー接続により受けて生成し、前記第1および第2の素子
    のいずれか一方が検出部として割り当てられ、前記第1
    カレントミラー回路の前記入力側トランジスタが前記
    定電流に加えて前記第1の素子の電流出力を入力として
    受け、前記第2のカレントミラー回路の前記入力側トラ
    ンジスタが前記定電流に加えて前記第2の素子の電流出
    力を入力として受けることで前記一方の素子の前記他方
    の素子に対する電流値の差に応じた出力を前記第1およ
    び第2の一方のカレントミラー回路の出力として得る微
    小電流検出回路。
  2. 【請求項2】第1および第2の素子は、コンデンサであ
    請求項1記載の微小電流検出回路。
  3. 【請求項3】前記第1および第2のカレントミラー回路
    および前記第1および第2の定電流発生回路は、それぞ
    れFETトランジスタで構成され、各カレントミラーを
    構成するトランジスタは、2段積み重ねられ二重のカレ
    ントミラー接続がなされている請求項1記載の微小電流
    検出回路。
  4. 【請求項4】電荷による電流出力を発生する第1および
    第2のコンデンサと、一方の出力側トランジスタがカレ
    ントミラー接続された入力側トランジスタを負荷として
    有し他方の出力側トランジスタが前記カレントミラー接
    続の出力側トランジスタを負荷として有する第1および
    第2のカレントミラー回路と、これらそれぞれのカレン
    トミラー回路の入力側トランジスタに実質的に同じ値の
    定電流をバイアス電流としてそれぞれ送出する第1およ
    び第2の定電流発生回路とを備え、前記第1および第2
    の定電流発生回路は、同一の電流源からの電流をカレン
    トミラー接続により受けて生成し、前記第1および第2
    コンデンサのいずれか一方が検出部として割り当てら
    れ、前記第1のカレントミラー回路の前記入力側トラン
    ジスタが前記定電流に加えて前記第1のコンデンサの電
    流出力を入力として受け、前記第2のカレントミラー回
    路の前記入力側トランジスタが前記定電流に加えて前記
    第2のコンデンサの電流出力を入力として受けることで
    前記一方のコンデンサの前記他方のコンデンサに対する
    電流値の差に応じた出力を前記第1および第2の一方の
    カレントミラー回路の出力として得る微小電流検出回路
    を備え、 前記第1および第2のコンデンサの少なくとも一方のコ
    ンデンサが複数マトリックス状に配置されタッチされる
    平板を有することを特徴とする座標入力装置。
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