WO2003023418A2

WO2003023418A2 - Potential fixing device and potential fixing method

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Publication number: WO2003023418A2
Application number: PCT/JP2002/009084
Authority: WO
Inventors: Masami Yakabe
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.,
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2003-03-20
Also published as: NO20032016L; TW591235B; KR100738692B1; US7368920B2; EP1464967A2; EP1464967A4; NO20032016D0; US20050030679A1; CN1551991A; CN100432682C; KR20040041159A; JP2003156524A

Description

明細書電位固定装置および電位固定方法技術分野

本発明は、受けた物理量に応じて静電容量が変化する容量性センサの容量値を測定するための容量測定装置に関し、より詳細には、容量測定装置における信号線の電位を固定し、容量性センサの基準容量をキャンセルする電位固定基準容量キャンセル回路を備えた容量測定装置に関する。背景技術

従来、受けた物理量（加速度、圧力、ガス、光、音波など）に応じて静電容量が変化する、コンデンサマイクロフォンなどの容量性センサの容量値を測定する容量測定装置が知られている。図 1 は、従来の容量測定装置 1 0 0を示す。図 1 に示すように、従来の容量測定装置 1 0 0は、演算増幅器 O P、交流電圧発生装置 O S Cと、容量性センサ C s，帰還ィンピ一ダンスである抵抗 R _f を備えている。交流電圧発生器 O S C は、容量測定時に、容量性センサ C sに印加される動作信号 V i _πを発生させる。容量性センサ C s と演算増幅器 Ο Ρの反転入力端子は信号線 L で接続されている。抵抗 R _f は信号線しと演算増幅器 O Pの間に接続されている。また、センサ容量 C sは演算増幅器 O Pの反転入力端子と交流電圧発生器 O S Cの間に接続されている。交流電圧発生器 O S Cの一端は基準電位に接続されている。

図 1 に示した従来の容量測定装置 1 0 0の動作としては、交流電圧発生器 O S Cからの電圧 V _{i n}が供給されると、容量性センサ C sに交流電流が流れる。この場合、演算増幅器 o Pの入力インピーダンスは理想的には無限大であるので、容量性センサ C sに流れる電流は全て抵抗 R _f に流れる。 - 容量測定装置の出力 V。_{u t}は、以下の方法で導出できる。

動作信号の振幅を V、動作信号の角速度を ω , _n、容量性センサの基準容量を C d、容量性センサ C _sの変化容量の振幅を C、容量変化の角速度を ω。とすると、動作信号 V _{i n}および容量性センサの容量 C sは、

V i _n = V s i η ω i _n t ( 1 ) C _s = C _d + C s i n O)。 t ( 2 ) と表される。

容量性センサを流れる電流 I _sは、

I _s = d ( C _s V , _n) / d t ( 3 ) で表され、出力 V。 _{u t}は

V _{o u t} = - I _s R _f ( 4) と表せることから、式（ 1 ) から式（ 4 ) より

V _{0 u t} =— R _f {( C _d + C - s i n ω ₀ t ) ■ ω I c o s ω

+ C " W _c - c o s CU _c t ■ s i n ω } V ( 5) が導かれる。

この式（ 5) から φ分かるように、出力 V。は、容量変化の角速度 ω。が係数になっている項を有する。これは、帰還インピーダンスが抵抗の場合には、容量性センサの容量が周波数 ω。で変化すると、その周波数 ω。に依存した出力 V。 _{u t}が出力されることになる（周波数依存性を有する）。従って、帰還ィンピーダンスが抵抗の場合には、後段に周波数特性をもたなくなるような、処理回路を構成しなくてはならず、回路規模が大きくなつてしまうという問題点がある。

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）によつて構成する技術が提案されている。図 2は、帰還インピーダンスを容量 C _f で構成した容量測定装置 1 0 1 を示す。この場合、センサ容量 C sに蓄えられる電荷と帰還容量 C _f に蓄えられる電荷は等しいから、 — C _f - V。 _{u t} = C _s ' V _{i n} ( 6 ) が成立するため、出力 V。 _{u t}は

=— ( C _d + C s i η ω ₀ t ) / C _f - V s i n O) _{i n} ( 7 ) と表せる。この式からも分かるように、出力電圧 V。 _{u t}には、角速度 ω 。に比例する項は含まれない。これは帰還インピーダンスをキャパシタで構成すると、二つのキャパシタに挟まれた信号線しの電荷が一定に保たれることによる。

このように回路出力に容量変化周波数に比例する項が現われないことから、後段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出来る。

しかし、帰還インピーダンスを容量 c _f によって構成した場合には、 C _f と容量性センサを接続する信号線 Lは電気的に浮遊状態（フローテイング状態）となる。このため、信号線しの電位が不安定になり、回路出力が電源電圧に飽和することなどが起こるなど、回路動作に異常が起こり得る。

このような回路異常を防止するために、図 2に示すように、信号線 L とグランドとの間に抵抗 R _gを接続することによって、信号線 Lの電位を固定することも考えられる。

しかし抵抗 R _gによって電位を固定する場合には、容量測定時に、抵抗 R _gの両端に電位差が発生し、抵抗 R _gに電流が流れる場合がある。その場合には、信号線 Lの電荷量が増減してしまうので、容量測定装置 1 0 1 の感度が低下するという問題点がある。

従って、信号線 Lの電荷量を変化させることなく、信号線 Lの電位を固定する手段の提案が所望される。

また、センサ容量 C _sの基準容量 C _dが容量変化 Cに比べ非常に大きい場合には、出力 V。 _{u t}に容量変化が十分に反映されないという問題点が & Ό o

従って、基準容量 C _dが容量変化 Cに比べ非常に大きい場合においても、十分な感度がとれる回路が所望される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、容量測定装置の信号線の電荷量を変化させずに信号線の電位レベルを固定する電位固定手段と、容量性センサの基準（固定）容量が回路出力に及ぼす影響をキャンセルする基準容量キャンセル手段と備える容量測定装置を提供することである。発明の開示

本発明の一の局面における電位固定装置は、第 1 容量と、前記第 1容量に直接的に接続される第 2容量の二つの容量間の接続線に接続される電位固定装置であって、前記接続線に接続される出力端子と、前記出力端子から前記接続線に電圧を供給することによって、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、前記二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とを備え、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高抵抗とを含み、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前記出力端子に出力する電圧分圧手段と、少なくとも前記第 1高抵抗又は前記第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続された第 3容量とを含む。ここで、第 1 高抵抗と第 2高抵抗とは直列に接続されることが好ましい。なお、この発明における高抵抗は、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つても実現可能である。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、前記第 1 容量に直接的に接続される第 2容量の二つの容量間の接続線に接続される電位固定装置であって、前記接続線に接続される出力端子と、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前記出力端子から前記接続線に出力する電圧供給手段とを備え、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高抵抗とを含み、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端子に出力する電圧分圧手段と、少なくとも前記第 1 高抵抗又は前記第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続された第 3容量'とを含む。これによつて、前記接続線に第 1高抵抗と第 2高抵抗からの電流の出入りがなくなるので、接続線の電荷量が保持される。このように、接続線の電荷量が保持されるため、例えば、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出来る。また第 1高抵抗、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整することが出来る。なお、第 1 高抵抗と第 2高抵杭とは直列に接続されることが好ましい。ここで、高抵抗とは、前記第 1 容量および第 2容量のィンピーダンス成分に比べ、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。また、高抵抗を別な面でみると、接続線から見た電位固定部の入力インピーダンスが、接続線から見た第 1容量又は第 2容量のいずれか一方の容量を含む回路に対する入力インピーダンスよりも大きくなるような性質を有するものともいえる。さらに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、好ましくは前記電圧供給手段は、増幅器と、所定電圧印加手段をさらに含み、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高抵杭の他方端と前記第 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。

このように構成すれば、増幅器の増幅度と、第 1の固定抵抗、および第 2の固定抵抗の抵抗値と、所定電位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出来る。また、増幅器の増幅率と、基準容量キャンセル用容量の容量値とを決定することによって、容易に第 1 容量に流れる電流のうちの基準容量キャンセル用容量からの供給量を制御することが出来る。上記一の局面または他の局面における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、前記二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。

また上記一の局面または他の局面における前記電位固定装置は、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。

この発明の、一の局面における電位固定方法は、第 1 容量と、前記第 1容量に直接的に接続される第 2容量との二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、増幅器と第 3容量を少なくとも一方に備えた、電圧分圧する少なくとも二つの高インピーダンスを含む電圧供給手段を備え、前記電圧供給手段の出力を前記二つの容量間の接続線に印加し、かつ前記増幅器の増幅度と前記第 3容量の容量値を調整することによリ接続線の固定電位を決める。なお高ィンピーダンスと高抵抗とは同じ機能である。

また、この発明の他の局面における電位固定方法は、第 1容量と、前記第 1容量に直接的に接続される第 2容量との二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、増幅器と、第 1高抵抗と第 2高抵抗と、少なくとも第 1高抵抗又は第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続される第 3容量を含む電圧供給手段を備え、第 1 高抵抗と第 2高抵抗によリ分圧された電圧を前記二つの容量間の接続線に出力し、前記増幅器の増幅度と前記二つの高抵抗の値と第 3容量の値とを調整することにより、前記二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前記電圧供給手段の出力電位とが等しくなるように設定する。この発明の一の局面および他の局面における電位固定方法は、好ましくは、前記電圧供給手段の第 1高抵抗または第 2高抵抗のいずれか一方の端部には、所定電圧印加手段がさらに備えられ、前記所定電圧印加手段の印加電圧を調整することにより、前記二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前記電圧供給手段の出力電位とが等しくなるように設定する。

また、上記一の局面および他の局面における電位固定方法は、さらに前記第 1 容量および前記第 2容量のうちのいずれか一方を被測定容量として用いる。図面の簡単な説明

図 1 は、従来の容量測定装置を示した回路図である。

図 2は、比較例としての電位固定方法を示した回路図である。

図 3は、本発明の第 1 の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は、図 3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 5は、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 6は、本発明の別の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。発明を実施するための最良の形態

まず、図 3を参照にして、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 の実施形態ではゲインを得るための電流源となる演算増幅回路 1 1 , イマジナリ一 ' ショートの状態にある演算増幅器 1 2と、交流電圧発生器 1 3と、被測定容量 1 4 と、帰還容量 1 5とを備えている。なお、演算増幅器 1 2は、本発明の Γ 第 1 演算増幅器」の一例であり、演算増幅回 1 1 は、本発明の「第 2演算増幅器」の一例である。また、被測定容量 1 4は、本発明の「第 1 容量 j 又は「第 2容量」の一例であり、その容量値 C _sは基準容量 C _dと変化容量 C s i n iO _c t の加算、即ち C _s = C _d + C s i n W _c t で表される。基準容量とは、第 1 、第 2容量が固有に有している容量のことで、外力が加わる前の固定の容量値のことをいう。帰還容量 1 5は、本発明の Γ第 1 容量 J又は「第 2容量」の一例である。被測定容量 1 4と帰還容量 1 5 とは、信号線 1 7によって接続されている。なお、この信号線 1 7は、本発明の Γ接続線 Jの一例である。被検出.容量 1 4の信号線に接続されていない端は、フローティング状態であってもよいが、所定の電位に接続した方が高精度の測定が可能である。信号線 1 7は、演算増幅器 1 2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 1 3は、演算増幅器 1 2の他方の入力端子に接続されている。

ここで、第 1実施形態では、信号線 1 7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、 R _{a η}の抵抗値を有する第 1高抵抗 3と、 R _{3 2}の抵抗値を有する第 2高抵抗 4、 C。の容量値を有する基準容量キャンセル用容量 8を含んでいる。第 1高抵抗 3の R _a，および第 2高抵抗 4の R _{a 2}は、共に使用される周波数と検出容量から求められるおよその特性インピ一ダンス値に比べて、相対的に十分に高い値を有する抵抗値であればよい。なお、本願で A倍等で示される変数 Aはいずれも零（ 0 ) 以外の実数を示す。

また、増幅器 2の入力側には、交流電圧発生器 1 3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。その電圧供紿回路 1 の出力端子 5は、点 Pにおいて、信号線 1 7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 V _sが印加される。この端子 6は、本発明の「所定電圧印加手段 J 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リ分圧された電圧 V aが出力される。

また、増幅器 2は、例えば、図 4に示すような構成を有している。即ち、増幅器 2は、演算増幅器 2 1 と、 R ,の抵抗値を有する抵抗 2 2と、 R ₂の抵抗値を有する抵抗 2 3を含んでいる。演算増幅器 2 1 の非反転入力端子には、交流電圧発生器 7 (図 3参照）が接続されている。また、演算増幅回路 2 1 の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗 2 2 が接続されている。また演算増幅回路 2 1 の反転入力端子と G N Dとの間には、抵抗 2 3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 = ( R _n + R ₂ ) R ₂の増幅器 2を得ることが出来る。第 1 の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 1 7に流れる動作信号の電圧 V _{i n}と、電圧供給回路 1 の出力端子 5の電圧 V _a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 R _a，、第 2高抵抗 4の抵抗値 R _{a 2}および端子 6の電圧 V _sを決定し、被測定容量 1 4に流れる電流の少なくとも一部を供給するように、第 3 の容量としての基準容量キャンセル用容量 8の容量値 C。、増幅器 2の増幅度 Aを決定する。

図 3に示した第 1 の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 1 2がイマジナリーショートの状態にあるので、交流電圧発生器 1 3からの電圧 V _{i n} (動作信号）が信号線 1 7に掛る。これによリ、被測定容量 1 4の両端に電圧が印加され電流が流れる。そして、被測定容量 1 4の静電容量 C _sに対応する出力 V。_{u t}が信号出力端子 1 8 から出力される。この出力電圧 V。 _{u t}に種々の信号処理を施すことによリ、被測定容量 1 4の静電容量 C _sを得る。

第 1 の実施形態では、上記のように、被測定容量 1 4と固定容量 1 5 とを接続する信号線 1 7に、電位固定と基準容量キャンセルのための交流電圧を印加する電圧供給回路 1 を接続し、増幅器 2の出力を第 1高抵抗 3 と第 2高抵抗 4で分圧して決まるその電圧供給回路 1 の出力端子 5 の電位を、信号線 1 7に印加される動作信号の電位 V ·, _nと等しくなるように増幅器 2の増幅度 A， R _{a 1}、 R _{a 2}を設定することによって、信号線 1 7に第 1 高抵抗 3と第 2高抵抗 4からの電流の出入りをなくし、信号線 1 7の電荷量が変化するのを防止している。また、電圧供給回路 1 に、高インピーダンス値を有する第 1 高抵抗 3および第 2高抵抗 4を含めることによって、信号線 1 7に流れる電流の一部が電圧供給回路 1側にながれるのを有効に防止することが出来る。これによつても、信号線 1 7の電荷量が変化するのを防止することが出来る。加えて被測定容量 1 4に流れる電流の少なくとも一部を、基準容量キャンセル用容量 8を介して、増幅器 2から供給することによって、演算増幅器 1 1から帰還容量 1 5を介して、被測定容量の基準容量に供給される電流が低減され、出力 V。 _{u t}に被測定容量のうちの容量変化分が十分反映される。また増幅器 2から基準容量キャンセル用容量を介して被測定容量に、電流を供給することにより、帰還容量 1 5を流れる電流が低減され、換言すれば、帰還容量を流れる電流のオフセット分が低減されるため、 C _f で决まる容量測定装置のゲインを上げることが出来る。

その結果、第 1 実施形態の容量測定装置では、被測定容量 1 4と固定容量 1 5 とを接続する信号線 1 7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出来る。

以下に式を用いて第 1 の実施形態について説明する。

まず、電圧供給回路の出力 V ₃は、

V _a = R _{a 2} ( A V。一 V _s) Z ( R _a + R _{3 2}) ( 8 ) と表せる。ここでは、簡単のため、 A = 2， V _s = 0、 R _{a 1} = R _{a 2}とする。このとき、 V _a = V _{i n} (V _aと V _{i n}が同電位）となるように設定するので、

V。 = V i _π (.9 ) とすればよい。従って、基準容量キャンセル用容量 C cを流れる電流 I c は、

I _c = d { C _c ( A V。一 V _{i n})} / d t = d ( C ₀ V ! _n ) / d t

( 1 0 )

と表せる。

次に、演算増幅器 1 2がイマジナリー - ショー卜の状態にあるので、交流電圧発生器 1 3から電圧 V _{i n} (動作信号）が信号線 1 7に掛かる。これにより、被検出容量 1 4に電流が流れる。この電流 I _sは、

I _s = d ( C V ： _n ) / d t

= ( G _ri OJ _{i n} c o s j _{i n} t + C j _c c o s O) _c t ' s i n ω I _n t

+ C O) _{i n} s i n ω _c t - c o s 6tJ i _n t ) V ( 1 1 ) と表せる。ここで、 C _dは、被検出容量 1 4の基準容量値、 Cは被測定容量 1 4の変化容量の振幅、 ω。は容量変化の角周波数で、 Vは動作信号の振幅、 ω i _πは動作信号の角周波数である。 .

また帰還容量 C _f を流れる電流 I _f は、

I _f = d { C _f ( V。 _{u t} — V _{i n})} d t ( 1 2 ) と表せる。ここで、演算増幅器 1 2の入力インピーダンスは十分に高いため、また、 V _a = V , _nとなるように設定しており、また R _a および R _{a 2}は十分に高い抵抗値としているので、 R _a，および R _{a 2}には電流が流れないため、 I 。、 I _s , I _f は次の関係にある。

I _f = I I ( 1 3 ) d { C _f ( V。 _{u t}— V _{i n} )} / d t

= d ( C _s V I _n ) / d t - d ( C _c V , _n ) / d t ( 1 4 ) 従って、信号出力端子 1 8の出力 V。 _{u t}は、

V。_{u t} = い + ( C _S - C _c ) / C _f } V _{i n}

= { 1 + ( C _d + C s i n OJ _G t — C _c ) / C _f } V s i n OJ _{i n} t ( 1 5 )

となる。この条件下（ A = 2 , V _s = 0、 R ! = R _{a 2}) で C _cを C _dと等しくすることで、被検出容量 1 4の基準容量の回路出力への影響を排除することが出来る。換言すれば、回路出力には被検出容量 1 4のうち変化容量に対応する信号のみが出力される。つまりこの場合には、回路出力は、

V。 _{u t} ⁼ ( 1 + C s i η ω _c t / C _f ) V s i n 60 _{i n} t ( 1 6 ) で表されるので、基準容量は回路出力には影響を及ぼさず、従って容量変化 Cを高感度で正確に測定することが可能となる。

上記では、電流に着目して説明したが、以下では、電圧に着目して確認する。

演算増幅器 1 2の入力インピーダンスは十分に高く、また V _a = V _{i n}となるように設定しており、また R _a，および R _{a 2}は十分に高い抵抗値としているので R _a および R _{a 2}には電流が流れないため、信号線の電荷量は一定である。従って、

C _c V _{i n} + C _f (V。_{u t}— V _{i n}) = C _s V _{i n} ( 1 7 ) V。_{u t} = [ 1 + ( C - C ₀ ) / C _f } V I _n

= { 1 + ( C _d +C s i n ω ₀ t — C _c ) / C _f } V s i n ω , _n t ( 1 8 )

これは上記 V。 _{u t}の式と同じである。従って、図 3に示した実施形態において、上記条件のもと、正確な容量測定を行うことが出来る。

図 5は、本発明の第 2の実施形態による、電圧供給回路を含む電位固定 /基準容量キャンセル手段を備えた容量測定装置を示した回路図である。この第 2の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ける増幅器 2の入力側に、交流電圧発生器 7に代えて、信号線 1 7に動作信号 V i nを印加するための交流電圧発生器 1 3が接続されている。なお、第 2の実施形態におけるその他の構成は、第 1 の実施形態と同様である。

第 2の実施形態では、上記のように、増幅器 2の入力側に、信号線 1 7に動作信号 V i nを印加するための交流電圧発生器 1 3を接続することによって、第 1実施形態における交流電圧発生器 7を省略することが出来るので、第 1 の実施形態に比べて回路構成を簡単にすることが出来る。また、第 2の実施形態では、上記第 1 の実施形態と同様、増幅器 2の増幅度 A , 第 1 高抵抗 3の抵抗値 R _a 、第 2高抵抗 4の抵抗値 R _{a 2}および端子 6の電圧 V _sを調整することによって、容易に電圧供給回路 1 の出力端子 5における電圧 V _aを信号線 1 7の動作信号の電圧 V； _nと等しくなるよう設定することが出来、また増幅器 2の増幅度 Aおよび基準容量キャンセル用容量の容量値 C。を調整することにより、被測定容量のキャンセル量を設定することが出来る。具体的には、図 4に示した、増幅器 2の抵抗 2 2および 2 3の抵抗値を！^ = 2とすることによつて、増幅器 2の増幅度 Aを A = 2とし、 V _s = O V， R _{a 1} = R _{a 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 V aを容易に信号線 1 7の動作信号の電圧 V _{i n}と同電位にすることが出来る。また、被検出容量 1 4の基準容量を C。 = C _dとし、増幅器 2の増幅度を上述のように A = 2とすると、被検出容量のうち、基準容量に流れる電流は、基準容量キャンセル容量から全て供給され、帰還容量 1 5には、変化容量成分に流れる電流のみが流れることになるため、基準容量値は出力 V。 _{u t}に影響をあたえない。

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。

例えば、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、本発明はこれに限定されず、高インピーダンスとして、例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。すなわち、高インピーダンスと高抵抗は抵抗成分として働く機能が同じということである。図 3、図 5では、二つの演算増幅器で構成しているが、図 6のように一つにしてもよい。また 1 2を演算増幅器で構成したが、インピーダンス変換器で構成してもよい。

また、上記実施形態では、図 3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。

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 1 4と固定容量 1 5とを接続する信号線 1 7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。

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出来る。また被測定容量に流れる電流の少なくとも一部を、基準容量キャンセル用容量を介して供給することが出来るため、出力 V。 _{u t}に起きる容量変化を十分補うことが出来るようになる。その結果、例えば、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、高感度で正確な容量測定を行うことが出来る。産業上の利用の可能性

本発明に係る電位固定装置は、受けた物理量に応じて静電容量が変化する容量性センサの容量値を測定するための容量測定装置や容量検出装置として、特に、容量性センサの基準容量をキャンセルする電位固定/ 基準容量キャンセル回路を備えた容量測定装置や携帯電話機等の小型 - 軽量の機器に備えられるマイクロホン装置用の電位固定回路として利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1 容量と、前記第 1 容量に直接的に接続される第 2容量の二つの容量間の接続線に接続される電位固定装置であって、

前記接続線に接続される出力端子と、

前記出力端子から前記接続線に電圧を供給することによって、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、前記二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とを備え、

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高抵抗とを含み、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前記出力端子に出力する電圧分圧手段と、

少なくとも前記第 1 高抵抗又は前記第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続された第 3容量とを含む

ことを特徴とする電位固定装置。

2 . 第 1容量と、前記第 1容量に直接的に接続される第 2容量の二つの容量間の接続線に接続される電位固定装置であって、

前記接続線に接続される出力端子と、

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前記出力端子から前記接続線に出力する電圧供給手段とを備え、

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高抵抗とを含み、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端子に出力する電圧分圧手段と、

少なくとも前記第 1高抵抗又は前記第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続された第 3容量とを含むことを特徴とする電位固定装置。

3 . 前記電圧供給手段は、増幅器と、所定電圧印加手段をさらに含み、

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の範囲 1 または 2に記載の電位固定装置。

4 . 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、

前記二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、請求の範囲 1 ないし 3のいずれかに記載の電位固定装置を含む容量測定装置,

5 . 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、請求の範囲 4に記載の容量測定装置。

6 . 第 1容量と、前記第 1 容量に直接的に接続される第 2容量との二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、増幅器と第 3容量を少なくとも一方に備えた電圧分圧する少なくとも二つの高インピーダンスを含む電圧供給手段を備え、前記電圧供給手段の出力を前記二つの容量間の接続線に印加し、かつ前記増幅器の増幅度と前記第 3容量の容量値を調整することにより接続線の固定電位を決める電位固定方法。

7 . 第 1容量と、前記第 1 容量に直接的に接続される第 2容量との二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、増幅器と、第 1高抵抗と第 2高抵抗と、少なくとも第 1高抵抗又は第 2高抵抗のいずれか一方に並列に接続される第 3容量を含む電圧供給手段を備え、第 1高抵抗と第 2高抵抗によリ分圧された電圧を前記二つの容量間の接続線に出力し、前記増幅器の増幅度と前記二つの高抵抗の値と第 3容量の値とを調整することにより、前記二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前記電圧供給手段の出力電位とが等しくなるように設定する、電位固定方法。

8 . 前記電圧供給手段の第 1 高抵抗または第 2高抵抗のいずれか一方の端部には、所定電圧印加手段がさらに備えられ、前記所定電圧印加手段の印加電圧を調整することにより、前記二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前記電圧供給手段の出力電位とが等しくなるように設定する、請求の範囲 6又は 7に記載の電位固定方法。

9 . 前記第 1容量および前記第 2容量のうちのいずれか一方を被測定容量として用いる、請求の範囲 6ないし 8のいずれかに記載の電位固定方法。