JP5944864B2 - Array sensor circuit - Google Patents
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Description
本発明は、多種で複数のトランスデューサの搭載に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくできるアレイセンサ回路に関する。 The present invention relates to an array sensor circuit that can accommodate various types of transducers and can reduce the difference in sensing data acquisition time.
様々な資源の効率的な利用の観点から、遠隔で観測した電力、交通、農業、環境等のデータを収集するシステムが重要視されている。図７５にシステムの概略的な構成例を示す。本システムでは、センサと端末制御・通信部で構成されるセンサ端末においてセンサでセンシングする対象を電気信号に変換した後に端末制御・通信部でデジタル化してデータを生成し、ネットワークを通してサーバーに生成したデータを収集する。センシング対象の電気信号への変換に用いるセンサに関しては、センシングする対象が多岐にわたるため、種々のセンサが必要となる。トランスデューサとセンサ回路で構成されるセンサは、従来では種々のトランスデューサに対してセンサ回路をカスタマイズして端末に組み込んでいた。すなわち、図７６に示すようにトランスデューサがトランスデューサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと異なると後段に接続するアンプはトランスデューサに合わせた回路構成をとるアンプＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを使用する必要がある。 From the viewpoint of efficient use of various resources, a system that collects data of remotely observed power, traffic, agriculture, environment, etc. is regarded as important. FIG. 75 shows a schematic configuration example of the system. In this system, in the sensor terminal composed of the sensor and terminal control / communication unit, the object sensed by the sensor is converted into an electrical signal, then digitized by the terminal control / communication unit to generate data, and generated on the server through the network Collect data. With respect to the sensor used for converting the sensing target into an electrical signal, various sensors are required because the sensing target is diverse. Conventionally, a sensor composed of a transducer and a sensor circuit has been customized for various transducers and incorporated in a terminal. That is, as shown in FIG. 76, if the transducer is different from transducers A, B, C, and D, the amplifier connected to the subsequent stage needs to use amplifiers A, B, C, and D that have a circuit configuration matched to the transducer.
例えばトランスデューサが温度を測定するために用いる測温抵抗体である場合では、温度変化による抵抗変化を電圧変化にするために電流を測温抵抗体に流す。この電圧変化を後段のアンプ（図７７（ａ））で増幅した後、ＡＤコンバータでデジタル化する（非特許文献１参照）。振動センサ等の容量のトランスデューサでは、容量変化を電荷の変化に変えて後段のアンプ（図７７（ｂ））で増幅し、ＡＤコンバータでデジタル化する（非特許文献２参照）。このように抵抗と容量を測定する時では電気信号の印加法が異なる。 For example, when the transducer is a resistance temperature detector used to measure temperature, a current is passed through the resistance temperature detector in order to change the resistance change due to the temperature change to a voltage change. This voltage change is amplified by a subsequent amplifier (FIG. 77A) and digitized by an AD converter (see Non-Patent Document 1). In a capacitive transducer such as a vibration sensor, a change in capacitance is changed to a change in charge, amplified by a subsequent amplifier (FIG. 77B), and digitized by an AD converter (see Non-Patent Document 2). Thus, when measuring resistance and capacitance, the method of applying an electric signal is different.
光センサなどの電流を出力するトランスデューサでは、フォトダイオード（ＰＤ）で光の強度を電流の大きさに変え、後段の電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ（図７７（ｃ））で増幅し、ＡＤコンバータでデジタル化する（非特許文献３参照）。焦電素子や圧電素子などの電圧を出力するトランスデューサでは、後段のアンプ（図７７（ｄ））で増幅し、ＡＤコンバータでデジタル化する。 In a transducer that outputs a current such as an optical sensor, the intensity of light is changed to the magnitude of the current by a photodiode (PD), and the current in the subsequent stage is amplified by a transimpedance amplifier (FIG. 77 (c)), It digitizes with AD converter (refer nonpatent literature 3). In a transducer that outputs a voltage such as a pyroelectric element or a piezoelectric element, the voltage is amplified by a later amplifier (FIG. 77 (d)) and digitized by an AD converter.
上記のようにトランスデューサの電源とトランスデューサ後段の回路を含めたセンサ回路はトランスデューサの種類によって異なるため、システムで使用するセンサが異なる場合では、センサ回路をシステムごとに変える必要があり、システム毎にセンサ端末のハード開発の労力がかかる。また、ハードでのセンサ回路の開発は開発後に回路の特性の変更ができないため、システム要件が明確でないとリスクが大きい。システム要件を明確にしようとすると、ハード開発に取り掛かるまでの時間がかかりシステム全体の開発期間が長くなる。このためハード開発後でも特性を変更できる方が望ましい。 As described above, the sensor circuit including the power supply of the transducer and the circuit after the transducer differs depending on the type of transducer. Therefore, if the sensor used in the system is different, the sensor circuit must be changed for each system. It takes effort to develop hardware for the terminal. In addition, since the development of sensor circuits in hardware cannot change the circuit characteristics after development, there is a great risk if the system requirements are not clear. When trying to clarify the system requirements, it takes time to start hardware development, and the development period of the entire system becomes longer. Therefore, it is desirable to change the characteristics even after hardware development.
また、センサを複数搭載した場合ではマルチプレクサにより測定回路と複数のセンサを接続する。図７８にトランスデューサと電源を含めたセンサ回路で構成されるセンサを複数搭載したセンサ端末の構成を示す。センサ切替信号に基づいてマルチプレクサにより前段のいずれかのセンサと後段の測定回路が接続される。測定回路では設定信号に基づいて感度を設定しセンサの出力信号を検出して出力する。ＡＤコンバータでは測定回路の出力をデジタル化し、センシングデータを記憶するデータ蓄積部に出力する。制御部ではセンサ切替信号を出力して選択すべきセンサを設定するとともに、測定回路にセンサに合わせた設定信号を出力する。データ蓄積部に記憶されているセンシングデータを基に通信に使用するデータ列を形成し通信部に出力する。また、通信部で受信した情報に含まれるセンサの制御に関する情報を抽出する。 When a plurality of sensors are mounted, the measurement circuit and the plurality of sensors are connected by a multiplexer. FIG. 78 shows the configuration of a sensor terminal equipped with a plurality of sensors each composed of a sensor circuit including a transducer and a power source. Based on the sensor switching signal, one of the sensors at the front stage and the measurement circuit at the rear stage are connected by the multiplexer. The measurement circuit sets the sensitivity based on the setting signal and detects and outputs the sensor output signal. The AD converter digitizes the output of the measurement circuit and outputs it to a data storage unit that stores sensing data. The control unit outputs a sensor switching signal to set a sensor to be selected, and outputs a setting signal corresponding to the sensor to the measurement circuit. Based on the sensing data stored in the data storage unit, a data string used for communication is formed and output to the communication unit. In addition, information related to sensor control included in the information received by the communication unit is extracted.
複数のセンサが存在する場合では、各センサを介して得られた信号をセンシングデータとしてデータ蓄積部に記憶するためには、センサを切り替えるとともに測定回路を所望の感度に設定してＡＤコンバータでデジタル化する一連の動作を順次実施する。この場合では最小のサンプリング周期はセンサを切り替えるとともに測定回路を所望の感度に設定してＡＤコンバータでデジタル化する一連の動作にかかる時間とセンサの個数の積となる。搭載したすべてのセンサを使用する場合では、最初にサンプリングしたセンサのセンシングデータ取得時間と最後にサンプリングしたセンサのセンシングデータ取得時間との差はサンプリング周期と同等になる。このように複数のセンサを搭載する場合ではセンサ間でセンシングデータ取得時間に差が生じ、センサの数が多くなるほどセンシングデータ取得時間の差は大きくなる。 In the case where there are a plurality of sensors, in order to store the signal obtained through each sensor as sensing data in the data storage unit, the sensor is switched and the measurement circuit is set to a desired sensitivity and digitally converted by an AD converter. A series of operations are sequentially performed. In this case, the minimum sampling cycle is the product of the number of sensors and the time required for a series of operations for switching the sensor and setting the measurement circuit to a desired sensitivity and digitizing by the AD converter. When all the mounted sensors are used, the difference between the sensing data acquisition time of the first sampled sensor and the sensing data acquisition time of the last sampled sensor is equal to the sampling period. Thus, when a plurality of sensors are mounted, a difference in sensing data acquisition time occurs between the sensors, and the difference in sensing data acquisition time increases as the number of sensors increases.
本発明は、多種で複数のトランスデューサの搭載に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくできるアレイセンサ回路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an array sensor circuit that can accommodate various types of transducers and can reduce the difference in sensing data acquisition time.
上記の課題を解決するために、本発明は、複数のトランスデューサの出力を検出するためのアレイセンサ回路であって、前記トランスデューサごとに、内部に前記トランスデューサと２個の端子で接続する接続部を有し、ドライブ信号に従って前記トランスデューサにパルスの電気信号を与え、検出動作選択信号に従って前記トランスデューサの種類と前記接続部の構成に応じて前記パルスの電気信号に対する前記トランスデューサの応答またはトランスデューサから発生する信号を検出して保持し、出力切替信号に従って保持した結果をセンサ出力に出力する信号保持機能付センサセル回路を備え、且つ、前記ドライブ信号、前記検出動作選択信号および前記出力切替信号を出力するセンサ制御部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an array sensor circuit for detecting outputs of a plurality of transducers, and each of the transducers has a connection portion connected to the transducers by two terminals. And providing a pulse electrical signal to the transducer according to the drive signal, and a signal generated from the transducer response to the pulse electrical signal or a signal generated from the transducer according to the type of the transducer and the configuration of the connection according to the detection operation selection signal A sensor cell circuit with a signal holding function for detecting and holding the signal and outputting the result held in accordance with the output switching signal to the sensor output, and outputting the drive signal, the detection operation selection signal, and the output switching signal. It comprises a part.
本発明のアレイセンサ回路によれば、多種で複数のトランスデューサの搭載に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくできる。 According to the array sensor circuit of the present invention, various types of transducers can be mounted, and the difference in sensing data acquisition time can be reduced.
以下、本発明のアレイセンサ回路について図面を参照し詳細に説明する。 Hereinafter, the array sensor circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に本発明の基本コンセプトを示す。センサ制御部１では、センサ設定データに基づいて、トランスデューサ９に与えるパルスの電気信号または一定の電気信号を制御するドライブ信号と、トランスデューサ９の種類やトランスデューサ９に与えられる電気信号に応じてトランスデューサ９の応答の信号またはトランスデューサ９から発生する信号を検出する動作を選択する検出動作選択信号と、センサ出力への出力を有効にする出力切替信号とを出力する。信号保持機能付センサセル回路２は、内部にトランスデューサ９に２個の接続端子で接続する接続部を有し、センサ制御部１からの信号に基づいて接続端子のいずれか一方からトランスデューサ９の種類や接続部の構成に応じてトランスデューサ９にパルスの電気信号または一定の電気信号を与えるとともに、同じ接続端子または他方の接続端子を介して電気信号に対するトランスデューサ９の応答の信号またはトランスデューサ９から発生する信号を検出した結果を保持し、出力切替信号に基づいて保持した結果の信号をセンサ出力に出力する。図１では２個の信号保持機能付センサセル回路２を有しているが、２個以上の数Ｎ個でもよい。
FIG. 1 shows the basic concept of the present invention. In the
ＡＤコンバータ３では信号キャプチャ部２４の出力をデジタル化し、データを記憶するデータ蓄積部４に出力する。制御部５では、センサ制御部１においてドライブ信号、モード切替信号、状態制御信号、出力切替信号の制御に使用されるセンサ設定データを出力する。制御部５は、データ蓄積部４に記憶されているデータを基に通信に使用するデータ列を形成し通信部６に出力する。また、通信部６で受信した情報に含まれるセンサの制御に関する情報を抽出する。
The
本発明に係る第１の実施形態のブロック図を図２に示す。本実施形態はセンサ制御部１と複数の信号保持機能付センサセル回路２で構成される。トランスデューサ９には抵抗、容量、フォトダイオードなどの電流を出力する回路素子、焦電素子または圧電素子などの電圧を出力する回路素子のトランスデューサ９を考慮している。センサ制御部１は、各信号保持機能付センサセル回路２と１対１に対応した測定制御部１１と、各信号保持機能付センサセル回路２に対し出力切替信号を出力する出力制御部１２とで構成される。信号保持機能付センサセル回路２は、接続部２１、ドライブ部２２、モード切替部２３、信号キャプチャ部２４、出力切替部２５で構成される。モード切替部２３を制御するモード切替信号と信号キャプチャ部を制御する状態制御信号が検出動作選択信号となる。
A block diagram of the first embodiment according to the present invention is shown in FIG. This embodiment includes a
ドライブ部２２では、トランスデューサ９にパルスの電気信号を与える。モード切替部２３では、計測する電気量が電流か電圧に応じて入力モードを切り替える。トランスデューサ９とドライブ部２２とモード切替部２３は、少なくともトランスデューサ９とドライブ部２２、トランスデューサ９とモード切替部２３とが直流結合になるように接続部２１を介して接続されている。モード切替部２３の出力に接続された信号キャプチャ部２４は、リセット状態、信号キャプチャ状態、信号保持状態を有し、その状態は状態制御信号により制御される。また、信号キャプチャ部２４においてモード切替部２３の出力信号をキャプチャする際に使用される基準となる信号も状態制御信号に含まれる。測定制御部１１から出力されるドライブ信号、モード切替信号、状態制御信号はトランスデューサ９データとデータ取得トリガデータに基づいて出力される。
In the
容量のトランスデューサ９を使用した場合でもドライブ信号に対する応答がモード切替部２３に入力されるためには、直流成分だけでなく交流成分も含むパルスの電気信号を使用する。抵抗や容量のトランスデューサ９のドライブ部２２からのパルスの電気信号に対する応答波形は、モード切替部２３の入力インピーダンスとトランスデューサ９が抵抗なのか容量なのかに依存して変わる。信号キャプチャ部２４では、トランスデューサ９が抵抗なのか容量なのかに応じて適切にモード切替部２３の出力信号をキャプチャし保持する。出力切替部２５では出力切替信号が入力されると信号キャプチャ部２４の出力をセンサ出力に出力する。
In order to input a response to the drive signal to the
測定制御部１１においてドライブ信号、モード切替信号、状態制御信号の制御に使用されるトランスデューサ９データと、信号キャプチャ部２４を信号キャプチャ状態にするタイミングを示すデータ取得トリガデータと、センサ出力に保持した信号を出力すべき信号保持機能付センサセル回路２の選択に使用する出力制御データとがセンサ設定データとなる。図２では信号保持機能付センサセル回路２が２個のためセンサ制御部１の測定制御部１１を２個しか記載していないが、信号保持機能付センサセル回路２がＮ個の場合では測定制御部１１もＮ個存在する。
The
信号保持機能付センサセル回路２の具体的な構成例を図３に示す。本構成例では、左の接続端子ＴＳとドライブ部２２を接続する配線ならびに右の接続端子ＴＳとモード切替部２３を接続する配線が接続部２１、電圧ドライブ回路２２１がドライブ部２２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１がモード切替部２３、ピークホールド回路２４１が信号キャプチャ部２４、出力切替ＳＷ（スイッチ）２５１が出力切替部２５となる。また、リセット信号が状態制御信号となる。
A specific configuration example of the
左の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９の一方の端子ならびにトランスデューサ９にパルスの電圧信号を与える電圧ドライブ回路２２１が接続される。右の接続端子ＴＳには、その接続端子ＴＳとトランスインピーダンスアンプ２３１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ１と、ピークホールド回路２４１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ２とが接続されている。ＳＷ１およびＳＷ３とＳＷ２のオンとオフはモード切替信号により制御され、ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはＳＷ２がオフとなり、ＳＷ１およびＳＷ３がオフの時にはＳＷ２がオンとなる。
The left connection terminal TS is connected to one terminal of the
ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはトランスインピーダンスアンプ２３１で接続端子ＴＳから入力される電流を電圧に変換してピークホールド回路２４１に出力し、ＳＷ２がオンの時には接続端子ＴＳの電圧がピークホールド回路２４１に入力される。ピークホールド回路２４１においては、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピークを保持して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。出力切替ＳＷ２５１は、出力切替信号が入力されるとオンになり、ピークホールド回路２４１の出力をセンサ出力に出力する。
When SW1 and SW3 are on, the
各種トランスデューサ９を接続した時の動作を以下で説明する。
The operation when
図４に抵抗のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 4 shows a block diagram when a
図５に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図５（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号が出力される。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図５（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電流Ｉｓ（図５（Ｃ））が生じトランスインピーダンスアンプ２３１に入力される。トランスインピーダンスアンプ２３１において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図５（Ｅ））。ドライブ信号が停止され出力切替信号が入力されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図５（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、センシングデータからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。
FIG. 5 shows the waveform of each part. In FIG. 5, the resistance value of the
図６に容量のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 6 shows a block diagram when a
図７に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図７（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号が出力される。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図７（Ｂ））。
FIG. 7 shows the waveform of each part. In FIG. 7, the capacitance value of the
電圧ドライブ回路２２１はパルスの電圧信号がトランスデューサ９である容量に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときドライブ信号から出力されるパルスの立上りと立下りではトランスデューサ９の容量とトランスインピーダンスアンプ２３１の入力抵抗で構成される直列ＣＲ回路に過渡的に電流が流れるＩｓ（図７（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図７（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。図７ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
The
図８にフォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流Ｉｓが変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 8 shows a block diagram when a photodiode (PD)
図９に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図９（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図９（Ｂ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する。ＰＤから生成される電流Ｉｓは一定である（図９（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において一定の電流Ｉｓが一定の電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてはこの一定の電圧が保持され出力される（図９（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図９（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
FIG. 9 shows the waveform of each part. In FIG. 9, the light intensity input to the
図１０に焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓは変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 10 shows a block diagram when a pyroelectric element or
図１１に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｓを一定としている（図１１（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図１１（Ｂ））。ピークホールド回路２４１に入力される電圧は一定である（図１１（Ｃ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する。ピークホールド回路２４１においては入力される一定の電圧が保持され出力される（図１１（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図１１（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
FIG. 11 shows the waveform of each part. In FIG. 11, the voltage Vs output from the
上記の説明のように信号保持機能付センサセル回路２によれば、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できる。
As described above, according to the
これまでの説明では信号保持機能付センサセル回路２が１個の動作に関して説明した。複数の信号保持機能付センサセル回路２を動作させる場合では、各信号保持機能付センサセル回路２に接続されているトランスデューサ９に合わせてモード切替信号を入力する。データを出力する時間になったら各信号保持機能付センサセル回路２へのリセット信号を同時に停止する。このとき接続されているトランスデューサ９が抵抗または容量であれば、測定制御部１１から各信号保持機能付センサセル回路２に対し同時にドライブ信号を出力する。パルスの電圧信号のパルス幅より長い所定の期間待った後、各信号保持機能付センサセル回路２に対し排他的に出力切替信号を出力する。出力切替信号が出力されている信号保持機能付センサセル回路２の出力をＡＤコンバータでデジタル化しデータ蓄積部４にデータを記憶することを順次行う。
In the above description, the operation of one
トランスデューサ９が抵抗または容量の場合では、ピークホールド回路２４１によってパルスの幅の時間精度でピーク値が保持されている。トランスデューサ９がフォトダイオード、焦電素子または圧電素子の場合では、リセット信号を停止した時の値がピーク値となりピークホールド回路２４１によって保持されている。いずれのトランスデューサ９の場合でも再びリセット信号が入力されるまでピーク値を保持しており、最後にピーク値を保持した時間となるパルスの電圧信号が入力された時またはリセット信号を停止した時が各センサのセンシングデータの取得時間となる（図１２）。このため、各信号保持機能付センサセル回路２（図１２ではセンサセル回路と略記）の出力をデジタル化してセンシングデータを記憶するまでの時間が長くてもデータの取得時間は変わらない。
When the
このように、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。
In this way, it is possible to deal with the
上述でのフォトダイオード（ＰＤ）または焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合ではドライブ信号を出力していなかったが、ドライブ信号を出力してもよい。
In the case where the photodiode (PD) or pyroelectric element and
フォトダイオード（ＰＤ）を使用した時でドライブ信号を出力する場合の各部の波形を図１３に示す。ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の接続は図８と同じであり、センシング対象である光強度の変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。図１２ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図１３（Ａ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはセンサ制御部１ではピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図１３（Ｂ））。パルスの電圧信号が入力されるまでＰＤから生成される電流Ｉｓは一定であるが、パルスの電圧信号が入力されるとピークホールド回路２４１にパルス電圧が入力される。ピークホールド回路２４１に入力されるパルス電圧の絶対値は、電圧ドライブ回路２２１から出力されるパルスの電圧信号の振幅と電流Ｉｓに依存する。ピークホールド回路２４１では、電圧ドライブ回路２２１から出力されるパルスの電圧信号の振幅と電流Ｉｓで決まるピーク値を保持する。デジタル化する順番になり出力切替信号が入力された後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図１３（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、センシングデータから光強度を求めることは可能である。また、センシングデータの取得時間となるピーク値が保持される時間は、抵抗や容量のトランスデューサ９と同じパルスの電圧信号が入力された時となる。
FIG. 13 shows waveforms at various parts when a drive signal is output when a photodiode (PD) is used. The connections of SW1, SW2, and SW3 are the same as in FIG. 8, and it is assumed that the change in the light intensity that is the sensing target is slow with respect to the operation of the
図１４に焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合の各部の波形を示す。ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の接続は図１０と同じであり、センシング対象の変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。図１４ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｓを一定としている（図１４（Ａ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図１４（Ｂ））。パルスの電圧信号が入力されるまでピークホールド回路２４１に入力される電圧は一定であるが、パルスの電圧信号が入力されるとピークホールド回路２４１にパルス電圧が入力される。ピークホールド回路２４１では、電圧ドライブ回路２２１から出力されるパルスの電圧信号の振幅とトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓで決まるピーク値を保持する。デジタル化する順番になり出力切替信号が入力された後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図１４（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓに依存するため、センシングデータからセンシング対象の強度を求めることは可能である。また、センシングデータの取得時間となるピーク値が保持される時間は、抵抗や容量のトランスデューサ９と同じパルスの電圧信号が入力された時となる。
FIG. 14 shows waveforms at various parts when a pyroelectric element or
このように、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を使用し、ドライブ信号を出力した場合でも対応が可能であり、センシングデータ取得時間の差を小さくできる。
Thus, even when a drive signal is output using a photodiode (PD), a pyroelectric element, or a
上記の説明ではトランスインピーダンスアンプで直流成分も増幅したが、トランスインピーダンスアンプの低周波雑音やドリフトが信号キャプチャ部で保持する信号に影響を与えることがある。これを防ぐために、交流成分のみを出力するモード切替部を用いてもよい。または低周波除去フィルタなどを使用して交流成分の振幅を保持する信号キャプチャ部を使用してよい。 In the above description, the DC component is also amplified by the transimpedance amplifier, but the low frequency noise and drift of the transimpedance amplifier may affect the signal held by the signal capture unit. In order to prevent this, a mode switching unit that outputs only an AC component may be used. Or you may use the signal capture part which hold | maintains the amplitude of an alternating current component using a low frequency removal filter etc.
図１５にモード切替部２３の第１の変化形を示す。スイッチＳＷ１、ＳＷ２とトランスコンダクタンス回路２３２とトランスインピーダンスアンプ２３１がモード切替部２３となる。ＳＷ１とＳＷ２のオンとオフはモード切替信号により制御され、ＳＷ１がオンの時にはＳＷ２がオフとなり、ＳＷ１がオフの時にはＳＷ２がオンとなる。
FIG. 15 shows a first variation of the
ＳＷ１がオンの時にはトランスインピーダンスアンプ２３１で接続端子ＴＳから入力される電流を電圧に変換して出力し、ＳＷ２がオンの時にはトランスコンダクタンス回路２３２で接続端子ＴＳへの印加電圧を変換した電流をトランスインピーダンスアンプ２３１で電圧に変換して出力する。ピークホールド回路２４１においては、リセット信号が入力されていない時にトランスインピーダンスアンプ２３１の出力のピークを保持して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。
When SW1 is on, the
抵抗、容量、フォトダイオードのトランスデューサ９を用いた場合での本信号保持機能付センサセル回路２を用いた時の動作は図３の信号保持機能付センサセル回路２の場合とＳＷ３を除いて同様であるため割愛する。
The operation when using the
焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を使用した場合の動作について図１６を用いて説明する。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓは変化するが、本説明ではその変化はセンサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
The operation when the pyroelectric element or
図１６ではトランスデューサ９から出力される電圧を一定としている（図１６（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図１６（Ｂ））。トランスコンダクタンス回路２３２から出力される電流は一定である（図１６（Ｃ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する（図１６（Ｄ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において一定の電流が一定の電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においては入力される一定の電圧が保持され出力される（図１６（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図１６（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓに依存するため、センシングデータからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
In FIG. 16, the voltage output from the
上記の説明のように本変化形のモード切替部２３でも抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できる。したがって、本変化形のモード切替部２３を使用した信号保持機能付センサセル回路２を図２に示した実施形態１に適用しても、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。
As described above, the
図１７にモード切替部２３の第２の変化形を示す。スイッチＳＷ１と抵抗Ｒｓがモード切替部２３となる。ＳＷ１がオンの時には抵抗Ｒｓで右の接続端子ＴＳから入力される電流を電圧に変換してピークホールド回路２４１に入力し、ＳＷ１がオフの時には右の接続端子ＴＳへの印加電圧がピークホールド回路２４１に入力される。抵抗、容量、フォトダイオードのトランスデューサ９を用いた場合ではＳＷ１をオンにし、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を用いた場合ではＳＷ２をオフにする。本信号保持機能付センサセル回路２を用いた時の動作は図３の信号保持機能付センサセル回路２の場合とスイッチを除いて同様であるため割愛する。
FIG. 17 shows a second variation of the
図１８に信号キャプチャ部２４の第１の変化形を示す。本変化形では、ホールド信号を使用してピークホールド回路２４１への信号入力を停止し、ホールド信号入力以前の最大値を保持する機能を追加している。信号キャプチャ部２４ではピークホールド回路２４１の前段に入力・接地切替回路２４２を備えている。入力・接地切替回路２４２では、ホールド信号が入力されていない時では入力信号をそのまま出力し、ホールド信号が入力された時では出力を接地する。
FIG. 18 shows a first variation of the
フォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９を接続した場合を例にとって動作を説明する。この場合の各部の波形を図１９に示す。本説明では、センシング対象である光強度が徐々に増加しているとする（図１９（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図１９（Ｂ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する（図１９（Ｄ））。ＰＤから生成される電流Ｉｓは光強度とともに徐々に増加する（図１９（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１においてＩｓが変換された徐々に増加する電圧がピークホールド回路２４１に入力される。このためピークホールド回路２４１の出力電圧は徐々に増加する（図１９（Ｆ））。ホールド信号が入力される（図１９（Ｅ））とピークホールド回路２４１の入力は接地されるため、ホールド信号入力以前の最大値が保持される。デジタル化する順番になり出力切替信号が入力された後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図１９（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、センシングデータから光強度を求めることは可能である。リセット信号入力からホールド信号入力までの時間は、他方の信号保持機能付センサセル回路２に抵抗や容量のトランスデューサ９が接続された時に出力するパルスの電圧信号の幅と同等が望ましい。
The operation will be described by taking as an example a case where a photodiode (PD)
ホールド信号を使用せずセンシング対象である光強度が徐々に増加している場合では、ピークホールド回路２４１の出力は変化し続けデジタル化される直前の光強度に基づいた値がセンシングデータとなる。したがって、センシングデータ取得時間はデジタル化される直前となり、デジタル化する順番が遅いと他方の信号保持機能付センサセル回路２でのセンシングデータ取得時間と差が生じる。これに対しホールド信号を使用した場合では、ピークホールド回路２４１においてホールド信号入力以前の最大値に保持されるため、センシングデータ取得時間はホールド信号入力時となる。したがって、デジタル化する順番が遅くても他方の信号保持機能付センサセル回路２でのセンシングデータ取得時間との差は比較的小さい。
When the light intensity to be sensed is gradually increased without using the hold signal, the output of the
上記ではフォトダイオードのトランスデューサ９で説明したが、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９でも同様である。
In the above description, the
図１８に示した変化形でも、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。図１８では図３に示したモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。
Even at the indicated variant in Figure 18, resistance, capacitance, photodiode (PD), it is possible to reduce the difference of the possible sensing data acquisition time corresponding to the
図２０に信号キャプチャ部２４の第２の変化形を示す。本変化形では、オフセット信号で設定される値をピーク値から差し引いた値を保持して出力するオフセット除去機能付きピークホールド回路２４３が信号キャプチャ部２４となる。リセット信号とオフセット信号が状態制御信号となる。
FIG. 20 shows a second variation of the
図２１にオフセット除去機能付きピークホールド回路２４３の構成例を示す。本構成例は、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピーク値を保持するピークホールド回路２４３１と、ピークホールド回路２４３１の出力信号とオフセット信号の差を増幅して出力する差動増幅回路２４３２とで構成される。
FIG. 21 shows a configuration example of the
抵抗や容量、フォトダイオード、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９においてトランスデューサ９の出力となる抵抗値、容量値、電流または電圧の平均値と比較して変動値が小さい場合では、ＡＤコンバータ３の精度に対する変動値の振れ幅を大きくした方が変動を正確にとらえることができる。本変化形では差動増幅回路２４３２において平均値の一部をオフセット信号で除去して増幅することにより、相対的に変動値を大きくすることができる。
In the case where the fluctuation value is small compared to the average value of the resistance value, the capacitance value, the current or the voltage which is the output of the
図２２に信号キャプチャ部２４の第３の変化形を示す。この変化形では、積分器２４４が信号キャプチャ部２４となる。また、リセット信号と積分区間制御信号とオフセット信号が状態制御信号となる。
FIG. 22 shows a third variation of the
左の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９の一方の端子ならびにトランスデューサ９にパルスの電圧信号を与える電圧ドライブ回路２２１が接続される。右の接続端子ＴＳには、この接続端子ＴＳとトランスインピーダンスアンプ２３１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ１およびＳＷ３と、積分器２４４を接続する時にオンになるスイッチＳＷ２とが接続されている。ＳＷ１およびＳＷ３とＳＷ２のオンとオフはモード切替信号により制御され、ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはＳＷ２がオフとなり、ＳＷ１およびＳＷ３がオフの時にはＳＷ２がオンとなる。
The left connection terminal TS is connected to one terminal of the
ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはトランスインピーダンスアンプ２３１で接続端子から入力される電流を電圧に変換して積分器２４４に出力し、ＳＷ２がオンの時には接続端子の電圧が積分器２４４に入力される。積分器２４４においては、リセット信号が入力されていない時に積分区間制御信号で規定される時間の間、オフセット信号と積分器２４４の入力信号との差を積分し出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。出力切替ＳＷ２５１は、出力切替信号が入力されるとオンになり、積分器２４４の出力をセンサ出力に出力する。
When SW1 and SW3 are on, the current input from the connection terminal is converted into a voltage by the
積分器２４４の構成例を図２３に示す。ＯＰアンプ、抵抗Ｒ１、容量Ｃ１で積分器２４４を構成している。オフセット信号はＲ１を介してＯＰアンプの反転入力（−）に入力される。スイッチＳＷｉ１とＳＷｉ２により積分区間が制御でき、積分時にはＳＷｉ１はオンとなりＳＷｉ２はオフとなる。積分しない時ではＳＷｉ１はオフＳＷｉ２はオンとし、入力からの信号を遮断しＯＰアンプの反転入力（−）と非反転入力（＋）を短絡する。ＳＷｉ３は積分器２４４を初期状態にするときに使用し、初期状態にする時ではリセット信号によりＳＷｉ３をオンとする。初期動作以外ではＳＷｉ３をオフとする。
A configuration example of the
各種トランスデューサ９を接続した時の動作を以下で説明する。
The operation when
図２４に抵抗のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１とＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 24 shows a block diagram when a
図２５に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図２５（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図２５（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図２５（Ｅ））とともにパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図２５（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電流Ｉｓ（図２５（Ｃ））が生じトランスインピーダンスアンプ２３１に入力される。トランスインピーダンスアンプ２３１において電流Ｉｓが電圧に変換され、積分器２４４において積分される（図２５（Ｆ））。ドライブ信号および積分区間制御信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図２５（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。
FIG. 25 shows the waveform of each part. In FIG. 25, the resistance value of the
容量のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化はセンサ回路の動作に対し緩慢であるとする。
When the
図２６に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図２６（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図２６（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させるとともにパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図２６（Ｂ））。
FIG. 26 shows the waveform of each part. In the figure, the capacitance value of the
電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である容量に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときドライブ信号から出力されるパルスの立上りと立下りではトランスデューサ９の容量とトランスインピーダンスアンプ２３１の入力抵抗で構成される直列ＣＲ回路に過渡的に電流が流れるＩｓ（図２６（Ｃ））。電流Ｉｓはトランスインピーダンスアンプ２３１において電圧に変換される。積分器２４４においてはパルスの立上りまたはパルスの立下りのみ積分されるように、ドライブ信号のパルス幅よりも短い積分区間で積分する（図２６（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図２６（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。図２６では積分器２４４においてパルスの立上りを積分したがパルスの立下りを積分してもよい。
The
フォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流Ｉｓが変化するが、本説明ではその変化はセンサ回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a photodiode (PD)
図２７に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図２７（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図２７（Ｂ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図２７（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図２７（Ｅ））。フォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９から生成される電流Ｉｓは一定である（図２７（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において一定の電流Ｉｓが一定の電圧に変換され、積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図２７（Ｆ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図２７（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
FIG. 27 shows the waveform of each part. In the figure, the intensity of light input to the
焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓは変化するが、本説明ではその変化はセンサ回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a pyroelectric element or
図２８に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧を一定としている（図２８（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図２８（Ｂ））。積分器２４４に入力される電圧は一定である（図２８（Ｃ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図２８（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図２８（Ｅ））。積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図２８（Ｆ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図２８（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
FIG. 28 shows the waveform of each part. In FIG. 28, the voltage output from the
上記の説明のように本変化形の信号キャプチャ部２４を使用した信号保持機能付センサセル回路２によっても、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できる。複数の信号保持機能付センサセル回路２を使用する場合の動作は第１の構成例と同じでよい。したがって、本変化形の信号キャプチャ部２４を使用した信号保持機能付センサセル回路２を図２に示した第１の実施形態に適用しても、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。
As described above, the
図２５から図２８の説明ではトランスデューサ９の種類によって積分区間制御信号の幅を変えていたが、最も狭い積分区間制御信号の幅に統一し、考慮している全てのトランスデューサ９に対し同じ幅の積分区間制御信号を使用してもよい。
In the description of FIGS. 25 to 28, the width of the integration interval control signal is changed according to the type of the
図２２では、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１から成るモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。
Although the
図２９に信号キャプチャ部２４の第４の変化形を示す。本変化形では、ベースクリッパ積分器２４６が信号キャプチャ部２４となる。また、リセット信号とオフセット信号が状態制御信号となる。ベースクリッパ積分器２４６においては、リセット信号が入力されていない時にオフセット信号よりも大きな信号が入力されている間、オフセット信号と入力信号との差を積分して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。
FIG. 29 shows a fourth variation of the
ベースクリッパ積分器２４６の構成例を図３０に示す。ＯＰアンプ、抵抗Ｒ１、容量Ｃ１で積分動作を行う回路を構成している。電圧比較器は正入力（＋）の電圧が負入力（−）の電圧より大きいときはスイッチＳＷｉ１をオンにしてＳＷｉ２をオフにする信号を出力する。また、正入力（＋）の電圧が負入力（−）の電圧より小さいときはＳＷｉ１をオフにしてＳＷｉ２をオンにする信号を出力する。オフセット信号はＲ１を介してＯＰアンプの反転入力（−）と電圧比較器の負入力（−）に入力される。スイッチＳＷｉ１とＳＷｉ２により積分区間を制御でき、オフセット信号より大きな信号が入力された時にはＳＷｉ１がオンＳＷｉ２がオフとなり積分を行う。オフセット信号より小さな信号が入力された時にはＳＷｉ１がオフＳＷｉ２がオンとなり、入力からの信号を遮断しＯＰアンプの反転入力（−）と非反転入力（＋）を短絡して、それまでの積分値を保持する。ＳＷｉ３は積分器２４４を初期状態にするときに使用し、初期状態にする時ではリセット信号によりＳＷｉ３をオンとする。初期状態にする動作以外ではＳＷｉ３をオフとする。
A configuration example of the
図３１の容量のトランスデューサ９を接続した場合のセンサ回路の各部波形を例として用いて、ベースクリッパ積分器２４６を使用した場合の動作を説明する。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
The operation when the
図３１ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図３１（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図３１（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図３１（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である容量に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の容量と、トランスインピーダンスアンプ２３１の入力インピーダンスとの過渡現象によりパルスの電圧信号の立上りと立下りで、それぞれ正と負のピークを持つパルス電流Ｉｓが生じる。トランスインピーダンスアンプ２３１において電流Ｉｓが電圧に変換されベースクリッパ積分器２４６に入力される（図３１（Ｃ））。ベースクリッパ積分器２４６では、オフセット信号より入力信号が大きくなると電圧比較器からＳＷｉ１をオンにＳＷｉ２をオフにする信号が出力される（図３１（Ｅ））。オフセット信号より入力信号が大きい期間で、入力信号とオフセット信号の差が積分される（図３１（Ｆ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図３１（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。図３１ではパルスの立上りを積分するようにベースクリッパ積分器２４６の入力信号がオフセット信号より大きい時を積分したが、パルスの立下りを積分するようにベースクリッパ積分器２４６の入力信号がオフセット信号より小さい時を積分してもよい。
In FIG. 31, the capacitance value of the
ベースクリッパ積分器２４６を使用する場合ではオフセット信号より大きな信号のみ積分されるため、フォトダイオード、焦電素子、圧電素子のトランスデューサ９を使用する場合でもパルスのドライブ信号を出力する。抵抗のトランスデューサ９を使用する場合も同様にパルスのドライブ信号を出力する。
When the
図３２に信号キャプチャ部２４の第５の変化形を示す。本変化形では、ベースクリッパ切替積分器２４７が信号キャプチャ部２４となる。また、リセット信号と積分区間制御信号とオフセット信号と切替信号が状態制御信号となる。ベースクリッパ切替積分器２４７においては、切替信号により積分区間制御信号で積分区間を制御される積分器２４４とオフセット信号より大きな入力信号が入力された区間で入力信号とオフセット信号の差を積分するベースクリッパ積分器２４６に切り替えられる。積分器２４４となった時では、リセット信号が入力されていない時に積分区間制御信号で規定される時間の間、オフセット信号と積分器２４４の入力信号との差を積分し出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。ベースクリッパ積分器２４６となった時では、リセット信号が入力されていない時にオフセット信号よりも大きな信号が入力されている間、オフセット信号と入力信号との差を積分して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。
FIG. 32 shows a fifth variation of the
ベースクリッパ切替積分器２４７の構成例を図３３に示す。ＯＰアンプ、抵抗Ｒ１、容量Ｃ１で積分動作を行う回路を構成している。セレクタでは切替信号により電圧比較器の出力または積分区間制御信号をＳＷｉ１およびＳＷｉ２に出力する。電圧比較器は正入力（＋）の電圧が負入力（−）の電圧より大きいときはスイッチＳＷｉ１をオンにしてＳＷｉ２をオフにする信号を出力する。また、正入力（＋）の電圧が負入力（−）の電圧より小さいときはＳＷｉ１をオフにしてＳＷｉ２をオンにする信号を出力する。オフセット信号はＲ１を介してＯＰアンプの反転入力（−）と電圧比較器の負入力（−）に入力される。スイッチＳＷｉ１とＳＷｉ２により積分区間を制御でき、積分時にはＳＷｉ１はオンとなりＳＷｉ２はオフとなる。積分しない時ではＳＷｉ１はオフＳＷｉ２はオンとし、入力からの信号を遮断しＯＰアンプの反転入力（−）と非反転入力（＋）を短絡する。ＳＷｉ３は積分器２４４を初期状態にするときに使用し、初期状態にする時ではリセット信号によりＳＷｉ３をオンとする。初期状態にする動作以外ではＳＷｉ３をオフとする。
A configuration example of the base
ベースクリッパ積分器として使用する場合では、トランスデューサ９の種類に拘らずパルスのドライブ信号を出力する。
When used as a base clipper integrator, a pulse drive signal is output regardless of the type of the
図３４に信号保持機能付センサセル回路の第２の構成例を示す。本構成例では、左の接続端子ＴＳとドライブ部２２を接続する配線ならびに右の接続端子ＴＳとグランドを接続する配線が接続部２１、電流ドライブ回路２２２がドライブ部２２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１がモード切替部２３、ピークホールド回路２４１が信号キャプチャ部２４、出力切替ＳＷ２５１が出力切替部２５となる。また、リセット信号が状態制御信号となる。
FIG. 34 shows a second configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function. In this configuration example, the wiring connecting the left connection terminal TS and the
左の接続端子ＴＳにトランスデューサ９の一方の端子を接続し、他方の端子を右の接続端子ＴＳを介してグランドに接続する。左の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９にドライブ信号電流を与える電流ドライブ回路２２２と、左の接続端子ＴＳとトランスインピーダンスアンプ２３１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ１と、ピークホールド回路２４１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ２とが接続されている。ＳＷ１およびＳＷ３とＳＷ２のオンとオフはモード切替信号により制御され、ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはＳＷ２がオフとなり、ＳＷ１およびＳＷ３がオフの時にはＳＷ２がオンとなる。
One terminal of the
ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはトランスインピーダンスアンプ２３１で接続端子から入力される電流を電圧に変換してピークホールド回路２４１に出力し、ＳＷ２がオンの時には接続端子の電圧がピークホールド回路２４１に入力される。ピークホールド回路２４１においては、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピークを保持して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。出力切替ＳＷ２５１は、出力切替信号が入力されるとオンになり、ピークホールド回路２４１の出力をセンサ出力に出力する。
When SW1 and SW3 are on, the
各種トランスデューサ９を接続した時の動作を以下で説明する。以下の説明ではモード切替部２３の入力の電圧をＶｓとする。
The operation when
図３５に抵抗のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 35 shows a block diagram when a
図３６に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図３６（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止し（図３６（Ｄ））、ドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図３６（Ｂ））。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電圧Ｖｓ（図３６（Ｃ））が生じピークホールド回路２４１に入力される。ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図３６（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図３６（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電圧Ｖｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。図３６ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
FIG. 36 shows the waveform of each part. In FIG. 36, the resistance value of the
容量のトランスデューサ９を接続した場合では、抵抗の場合と同様にモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a
図３７に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図３７（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止し（図３７（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図３７（Ｂ））。このとき電流ドライブ回路２２２から流れる時間平均値がゼロであるパルスの電流信号によりトランスデューサ９の容量にはパルスの電圧が生じ（図３７（Ｃ））、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図３７（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図３７（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電圧Ｖｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。
FIG. 37 shows the waveform of each part. In the figure, the capacitance value of the
フォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流Ｉｓが変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a photodiode (PD)
図３８に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図３８（Ａ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する（図３８（Ｄ））。トランスデューサ９であるフォトダイオード（ＰＤ）から生成される電流Ｉｓは一定である（図３８（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において一定の電流Ｉｓが一定の電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてはこの一定の電圧が保持され出力される（図３８（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図３８（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
FIG. 38 shows the waveform of each part. In FIG. 38, the light intensity input to the
焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a pyroelectric element or
図３９に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｔを一定としている（図３９（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図３９（Ｂ））。ピークホールド回路２４１に入力される電圧Ｖｓは一定である（図３９（Ｃ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止する（図３９（Ｄ））。ピークホールド回路２４１においては入力される一定の電圧Ｖｓが保持され出力される（図３９（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図３９（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
FIG. 39 shows the waveform of each part. In the figure, the voltage Vt output from the
上記の説明のように信号保持機能付センサセル回路の第２の構成例でも抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できる。複数の信号保持機能付センサセル回路２を使用する場合の動作は、第１の構成例と同じでよい。したがって、本構成例の信号保持機能付センサセル回路２を図２に示した第１の実施形態に適用しても、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。
As described above, the second configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function can correspond to the
上記の第２の構成例での説明では、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１から成るモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。さらに、図１８、図２０、図２２、図２９または図３２に示した信号キャプチャ部２４を使用してもよい。
In the description of the second configuration example, the
図２２、図２９、図３２に示した信号キャプチャ部２４を使用する場合では、抵抗のトランスデューサ９を使用する時にはパルスの上に凸または下に凸のいずれかの区間のみ積分されるように、ドライブ信号のパルス幅よりも短い積分区間で積分する。その他のトランスデューサ９に対しては時間平均値がゼロであるパルス波形の周期に合わせて積分区間を設定し積分する。または、最も狭い積分区間制御信号の幅に統一し本発明で考慮している全てのトランスデューサ９に対し同じ幅の積分区間制御信号を使用してもよい。
In the case of using the
図４０に信号保持機能付センサセル回路の第３の構成例を示す。本構成例では、左の接続端子ＴＳとドライブ部２２を接続する配線ならびに右の接続端子ＴＳとドライブ部２２およびモード切替部２３を接続する配線が接続部２１、電圧ドライブ回路２２１と電流ドライブ回路２２２がドライブ部２２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１がモード切替部２３、積分器２４４が信号キャプチャ部２４、出力切替ＳＷ２５１が出力切替部２５となる。また、リセット信号とオフセット信号と積分区間制御信号が状態制御信号となる。
FIG. 40 shows a third configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function. In the present configuration example, the wiring connecting the left connection terminal TS and the
トランスデューサ９の一方の端子に接続する接続端子ＴＳと他方の端子に接続する接続端子ＴＳがあり、左の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９にパルスの電圧信号を与える電圧ドライブ回路２２１が接続されている。右の接続端子ＴＳには、トランスデューサ９にドライブ信号電流を与える電流ドライブ回路２２２と、右の接続端子ＴＳとトランスインピーダンスアンプ２３１を接続する時にオンになるスイッチＳＷ１と、積分器２４４を接続する時にオンになるスイッチＳＷ２とが接続されている。ＳＷ１およびＳＷ３とＳＷ２のオンとオフはモード切替信号により制御され、ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはＳＷ２がオフとなり、ＳＷ１およびＳＷ３がオフの時にはＳＷ２がオンとなる。
There is a connection terminal TS connected to one terminal of the
ＳＷ１およびＳＷ３がオンの時にはトランスインピーダンスアンプ２３１で接続端子から入力される電流を電圧に変換して積分器２４４に出力し、ＳＷ２がオンの時には接続端子の電圧が積分器２４４に入力される。積分器２４４においては、リセット信号が入力されていない時に積分区間制御信号で規定される時間の間、オフセット信号と積分器２４４の入力信号との差を積分し出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。
When SW1 and SW3 are on, the current input from the connection terminal is converted into a voltage by the
各種トランスデューサ９を接続した時の動作を以下で説明する。以下の説明ではトランスデューサからモード切替部２３に流れ込む電流をＩｓとし、モード切替部２３の入力に生じる電圧をＶｓとしている。
The operation when
図４１に抵抗のトランスデューサ９を接続した場合のブロック図を示す。この場合ではモード切替信号によりＳＷ１とＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 41 shows a block diagram when a
図４２に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図４２（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図４２（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図６３（Ｅ））とともにパルスのドライブ信号を電圧ドライブ回路２２１へ出力する。このとき電流ドライブ回路２２２へはドライブ信号を出力しないため電流ドライブ回路２２２から出力される電流はゼロで一定となる。接続端子から電流ドライブ回路２２２を見たインピーダンスはトランスインピーダンスアンプ２３１の入力インピーダンスと比較して非常に大きく、電流ドライブ回路２２２の接続を無視できる。電圧ドライブ回路２２１へドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図４２（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電流Ｉｓ（図４２（Ｃ））が生じトランスインピーダンスアンプ２３１に入力される。トランスインピーダンスアンプ２３１において電流Ｉｓが電圧に変換され、積分器２４４において積分される（図４２（Ｆ））。ドライブ信号および積分区間制御信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４２（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。
FIG. 42 shows the waveform of each part. In the figure, the resistance value of the
容量のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a
図４３に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図４３（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図４３（Ｄ）、積分区間制御信号により積分を開始させる（図４３（Ｅ））とともにドライブ信号を電流ドライブ回路２２２へ出力する。このときこのとき電圧ドライブ回路２２１へはドライブ信号を出力しないため電圧ドライブ回路２２１から出力される電圧はゼロで一定となる。
FIG. 43 shows the waveform of each part. In the figure, the capacitance value of the
電流ドライブ回路２２２へのドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図４３（Ｂ））。このとき電流ドライブ回路２２２から流れる時間平均値がゼロであるパルスの電流信号によりトランスデューサ９の容量の２個の端子間にはパルスの電圧Ｖｓが生じる（図４３（Ｃ））。時間平均値がゼロであるパルス波形の周期に合わせて積分区間を設定し積分する（図４３（Ｆ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４３（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電圧Ｖｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。
When a drive signal is output to the
図２２の信号キャプチャ部２４の第３の変化形として積分器２４４を使用した場合では、抵抗と容量のトランスデューサ９で異なる積分区間制御信号を使用していた。これに対し本構成例では、抵抗と容量のトランスデューサ９に対し同じ積分区間制御信号でよい。フォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオンとしＳＷ２をオフとする。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流Ｉｓが変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When the
図４４に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図４４（Ａ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図４４（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図４４（Ｅ））。このとき電圧ドライブ回路２２１へはドライブ信号を出力しないため電圧ドライブ回路２２１から出力される電圧はゼロで一定となる（図４４（Ｂ））。また、電流ドライブ回路２２２へもドライブ信号を出力しないため電流ドライブ回路２２２から出力される電流はゼロで一定となる（図４４（Ｂ））。接続端子から電流ドライブ回路２２２を見たインピーダンスはトランスインピーダンスアンプ２３１の入力インピーダンスと比較して非常に大きく、電流ドライブ回路２２２の接続を無視できる。
FIG. 44 shows the waveform of each part. In FIG. 44, the light intensity input to the
ＰＤから生成される電流Ｉｓは一定である（図４４（Ｃ））。トランスインピーダンスアンプ２３１において一定の電流Ｉｓが一定の電圧に変換され、積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図４４（Ｆ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４４（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
The current Is generated from the PD is constant (FIG. 44C). The
焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を接続した場合ではモード切替信号によりＳＷ１およびＳＷ３をオフとしＳＷ２をオンとする。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
When a pyroelectric element or
図４５に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｔを一定としている（図４５（Ａ））。積分器２４４に入力される電圧も一定である（図４５（Ｃ））。トランスデューサ９から出力される電圧を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図４５（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図４５（Ｅ））。このとき電圧ドライブ回路２２１へはドライブ信号を出力しないため電圧ドライブ回路２２１から出力される電圧はゼロで一定となる（図４５（Ｂ））。また、電流ドライブ回路２２２へもドライブ信号を出力しないため電流ドライブ回路２２２から出力される電流はゼロで一定となる（図４５（Ｂ））。接続端子から電流ドライブ回路２２２を見たインピーダンスはトランスインピーダンスアンプ２３１の入力インピーダンスと比較して非常に大きく、電流ドライブ回路２２２の接続を無視できる。
FIG. 45 shows the waveform of each part. In FIG. 45, the voltage Vt output from the
積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図４５（Ｆ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４５（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
The
第３の構成例を用いれば、積分区間制御信号を変えることなく、抵抗、容量、フォトダイオード、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９に対応できる。複数の信号保持機能付センサセル回路２を使用する場合の動作は、第１の構成例と同じでよい。したがって、本構成例の信号保持機能付センサセル回路２を図２に示した実施形態１に適用しても、抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）、焦電素子および圧電素子のトランスデューサ９に対応できセンシングデータ取得時間の差を小さくすることができる。
If the third configuration example is used, it is possible to cope with the
上記の第３の構成例での説明では、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１から成るモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。さらに、図１８、図２０、図２２、図２９または図３２に示した信号キャプチャ部２４を使用してもよい。
In the description of the third configuration example, the
図４６に接続部の第１の変化形を示す。接続部２１は、容量結合のためのものであり、電極１１と電極１２で形成される容量Ｃ１と電極２１と電極２２で形成される容量Ｃ２で構成される。図４６では本接続部２１を使用した信号保持機能付センサセル回路２の構成例として、ドライブ部２２に電圧ドライブ回路２２１、信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用した構成を示した。
FIG. 46 shows a first variation of the connecting portion. The connecting
図左側の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９の一方の端子が接続され、右側の接続端子ＴＳにはトランスデューサ９の他方の端子が接続される。容量Ｃ１には左側の接続端子ＴＳとトランスデューサ９にパルスの電圧信号を与える電圧ドライブ回路２２１が接続されている。容量Ｃ２には右側の接続端子ＴＳとモード切替部２３が接続されている。電圧ドライブ回路２２１では、ドライブ信号が入力されるとパルスの電圧信号を出力する。モード切替部２３は電流の入力モードに設定されており、トランスデューサ９を介して流れる電流を電圧に変換する。ピークホールド回路２４１においては、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピークを保持して出力し、リセット信号が入力されている時には内部状態を初期化して初期信号を出力する。
One terminal of the
センサを製造する時には、電極１１と電極１２より接続端子側の構成要素と一緒にトランスデューサ９を製造し、電極２１と電極２２よりドライブ部２２および信号キャプチャ部２４側の構成要素を製造した後、両者を実装する製造法が採れる。この製造法ではトランスデューサ９と信号保持機能付センサセル回路２を並行して別個に製造できるとともに、電極２１と電極２２よりドライブ部２２および信号キャプチャ部２４側の構成要素がトランスデューサ９の種類に依存しない。
When the sensor is manufactured, the
接続部２１を介して信号を信号キャプチャ部２４に入力するには、ドライブ部２２から交流成分を含むパルスの電気信号を出力する。ドライブ部２２からのパルスの電気信号に対するトランスデューサ９の応答波形は、接続部の容量Ｃ１とＣ２のインピーダンスと信号キャプチャ部２４の入力インピーダンス、およびトランスデューサ９のインピーダンスに依存して変わる。信号キャプチャ部２４では、応答波形に応じて適切にトランスデューサ９の出力信号をキャプチャし保持する。
In order to input a signal to the
各種トランスデューサを接続した時の動作を以下で説明する。以下の説明でモード切替部２３の入力インピーダンスは抵抗としている。
The operation when various transducers are connected will be described below. In the following description, the input impedance of the
図４７に抵抗のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 47 shows waveforms at various parts when a resistance transducer is connected. Although the resistance of the
図４７ではトランスデューサの抵抗値を一定としている（図４７（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図４７（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗と、接続部２１の容量Ｃ１およびＣ２と、モード切替部２３の入力インピーダンスとの過渡現象によりパルスの電圧信号の立上りと立下りで、それぞれ正と負のピークを持つパルス電流Ｉｓ（図４７（Ｃ））が生じる。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図４７（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４７（Ｆ））、図1でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、センシングデータからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。図４７ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
In FIG. 47, the resistance value of the transducer is constant (FIG. 47A). When the resistance value of the
図４８に容量のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 48 shows waveforms at various parts when a capacitive transducer is connected. Although the capacitance of the
図４８ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図４８（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図４８（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である容量に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の容量と、接続部２１の容量Ｃ１およびＣ２と、モード切替部２３の入力インピーダンスとの過渡現象によりパルスの電圧信号の立上りと立下りで、それぞれ正と負のピークを持つパルス電流Is（図４８（Ｃ））が生じる。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図４８（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図1でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４８（Ｆ））、図1でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。図４８ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
In FIG. 48, the capacitance value of the
図４９にフォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流が変化してコンダクタンスが変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。図４９ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止してパルスのドライブ信号が出力される。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９であるＰＤに印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。
FIG. 49 shows waveforms at various parts when a photodiode (PD) transducer is connected. Although the current generated from the PD, which is the
ＰＤの電流電圧特性は図５０に示すように光の強度が大きいほど電流軸のマイナス側に移動する。今、光強度が一定で容量を介してパルスの電圧信号を入力しているため、ＰＤの電流と電圧は図５１に示すように電流電圧特性上の点Ａ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ａという軌跡をたどる。すなわち、初期値であるパルスの電圧信号の入力前では、光が入射されたことにより生じる直流電流は容量により遮断されるためＰＤの電流と電圧は点Ａとなる。パルスの電圧信号の立上りでは、立上りの交流成分に対して容量のインピーダンスが低いためＰＤのカソードの電位が大きくなり、ＰＤの電流と電圧は点Ａから点Ｂに向かって遷移する。このとき生じる電流はモード切替部２３に流れる電流Ｉｓとなる。点Ｂは光強度に依存して変化するため、パルスの電圧信号の立上りで生じる電流Ｉｓのピーク値も光強度に依存する。
As shown in FIG. 50, the current-voltage characteristic of the PD moves to the negative side of the current axis as the light intensity increases. Since the pulse voltage signal is input through the capacitor with constant light intensity, the PD current and voltage are referred to as points A, B, A, C, and A on the current-voltage characteristics as shown in FIG. Follow the trajectory. That is, before the input of the pulse voltage signal, which is the initial value, the direct current generated by the incidence of light is blocked by the capacitance, so the PD current and voltage are at point A. At the rising edge of the pulse voltage signal, since the capacitance impedance is low with respect to the rising AC component, the PD cathode potential increases, and the PD current and voltage transition from point A to point B. The current generated at this time is the current Is flowing through the
パルスの電圧信号の立上り後の一定の状態では、容量との過渡現象によりＰＤの電流と電圧は再び点Ａに戻り、これに伴い電流Ｉｓもゼロとなる。パルスの電圧信号の立下りでは、立下りの交流成分に対して容量のインピーダンスが低いためＰＤのカソードの電位が小さくなり、ＰＤの電流と電圧は点Ａから点Ｃに向かって遷移する。パルスの電圧信号の立下り後の一定の状態では、容量との過渡現象によりＰＤの電流と電圧は再び点Ａに戻る。 In a certain state after the rise of the pulse voltage signal, the current and voltage of the PD again return to the point A due to a transient phenomenon with the capacitance, and accordingly, the current Is also becomes zero. At the falling edge of the pulse voltage signal, the potential of the cathode of the PD decreases because the capacitance impedance is low with respect to the alternating current component of the falling edge, and the PD current and voltage transition from point A to point C. In a constant state after the fall of the pulse voltage signal, the PD current and voltage return to point A again due to a transient phenomenon with the capacitance.
以上の動作によりモード切替部２３を流れる電流Ｉｓは図４９（Ｃ）のようになる。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてはピーク値が保持され出力される（図４９（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図４９（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
With the above operation, the current Is flowing through the
図５２に焦電素子または圧電素子のトランスデューサを接続した場合のブロック図を示す。この場合ではトランスデューサ９と並列にダイオードを接続する。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 52 shows a block diagram when a pyroelectric element or piezoelectric element transducer is connected. In this case, a diode is connected in parallel with the
図５３に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｔを一定としている（図５３（Ａ））。ピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止して（図５３（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がダイオードに印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。
FIG. 53 shows the waveform of each part. In the figure, the voltage Vt output from the
トランスデューサ９を含めたダイオードの電流電圧特性は、図５４に示すように印加されていない時の初期値Ａがトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔに依存する。パルスの電圧信号の立上りでは、立上りの交流成分に対して容量のインピーダンスが低いためダイオードのアノードの電位が大きくなり、ダイオードの電流と電圧は点Ａから点Ｂに向かって遷移する。このとき生じる電流はモード切替部２３に流れる電流Ｉｓとなる。点ＢはＶｔに依存して変化するため、パルスの電圧信号の立上りで生じる電流Ｉｓのピーク値もＶｔに依存する。
In the current-voltage characteristics of the diode including the
パルスの電圧信号の立上り後の一定の状態では、容量との過渡現象によりダイオードの電流と電圧は再び点Ａに戻り、これに伴い電流Ｉｓもゼロとなる。パルスの電圧信号の立下りでは、立下りの交流成分に対して容量のインピーダンスが低いためダイオードのアノードの電位が小さくなり、ダイオードの電流と電圧は点Ａから点Ｃに向かって遷移する。パルスの電圧信号の立下り後の一定の状態では、容量との過渡現象によりダイオードの電流と電圧は再び点Ａに戻る。 In a certain state after the rise of the pulse voltage signal, the current and voltage of the diode again return to the point A due to a transient phenomenon with the capacitance, and accordingly, the current Is also becomes zero. At the falling edge of the pulse voltage signal, the impedance of the capacitor is low with respect to the alternating current component of the falling edge, so that the potential of the anode of the diode decreases, and the current and voltage of the diode transition from point A to point C. In a certain state after the fall of the pulse voltage signal, the diode current and voltage return to point A again due to a transient phenomenon with the capacitance.
以上の動作によりモード切替部２３を流れる電流Ｉｓは図５３（Ｃ）のようになる。ピークホールド回路２４１においてはピーク値が保持され出力される（図５３（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図５３（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
With the above operation, the current Is flowing through the
トランスデューサ９が焦電素子または圧電素子の場合ではダイオードが電極１１と電極２１間に必要であるが、この場合でもトランスデューサ９と信号保持機能付センサセル回路２を並行して別個に製造できるとともに、電極１２と電極２２よりドライブ部２２および信号キャプチャ部２４側の構成要素は変更しなくてよい。
In the case where the
信号キャプチャ部２４に積分器２４４を使用した場合ではドライブ信号の立上り、または立下りのみ積分するように積分区間制御信号を出力する。図４７、４８、４９、５３に示したように、どのトランスデューサ９の種類でもドライブ信号の立上りと立下りで電流Ｉｓはそれぞれ正と負のピークを持つパルス電流となる。積分器２４４ではパルス電流の正のピークまたは負のピークのみ積分するように、積分区間制御信号により積分区間を制御する。
When the
図５５に接続部の第２の変化形を示す。本変化形では、容量Ｃｔ１と容量Ｃｔ２とインダクタＬｔ１とインダクタＬｔ２により接続部２１を構成している。容量Ｃｔ１とインダクタＬｔ１は直列に接続されており、Ｃｔ１で直流成分を除去している。容量Ｃｔ２とインダクタＬｔ２は直列に接続されており、フォトダイオードや焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を使用する場合にトランスデューサ９から生じる電圧または電流が短絡されないようにしている。さらに、インダクタＬｔ１とインダクタＬｔ２とでトランスを形成し、磁気結合でトランスデューサ９とドライブ部２２２およびモード切替部２３が結合している。
FIG. 55 shows a second variation of the connecting portion. In this variation, the
インダクタＬｔ１の一端にはドライブ部２２である電圧ドライブ回路２２１が接続され、他端にはモード切替部２３が接続されている。図５５では、電圧ドライブ回路２２１とインダクタＬｔ１の接続の間に容量Ｃｔ１が挿入されているが、モード切替部２３とインダクタＬｔ１の接続の間に容量Ｃｔ１を挿入してもよい。電圧ドライブ回路２２１と信号キャプチャ部２４の動作は、図４６に示した接続部の第１の変化形と同じであるため説明を割愛する。
A
各種トランスデューサを接続した時の動作を以下で説明する。以下の説明でモード切替部２３の入力インピーダンスは抵抗としている。Ｌｔ１をトランスの１次側としＬｔ２を２次側とする。また、Ｌｔ２とＣｔ２とトランスデューサ９を含む回路を２次側回路と記述する。
The operation when various transducers are connected will be described below. In the following description, the input impedance of the
図５６に抵抗のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 56 shows waveforms at various parts when a resistance transducer is connected. Although the resistance of the
図５６ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図５６（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止して（図５６（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図５６（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がインダクタＬｔ１および２次側回路に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗を含む２次側回路と、インダクタＬｔ１および容量Ｃｔ１とモード切替部２３の入力インピーダンスとの過渡現象によりパルスの電圧信号の立上りと立下りで、それぞれ正と負のピークを持つパルス電流Ｉｓ（図５６（Ｃ））が生じる。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図５６（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図５６（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にセンシングデータが蓄積される。このセンシングデータはトランスデューサ９の抵抗値で決まる電流Ｉｓに基づいて決定されるため、センシングデータからトランスデューサ９の抵抗値を求めることは可能である。図５６ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
In FIG. 56, the resistance value of the
図５７に容量のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 57 shows waveforms at various parts when a capacitive transducer is connected. Although the capacitance of the
図５７ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図５７（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止して（図５７（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図５７（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がインダクタＬｔ１および２次側回路に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の容量を含む２次側回路と、インダクタＬｔ１およびＣｔ１と、モード切替部２３の入力インピーダンスとの過渡現象によりパルスの電圧信号の立上りと立下りで、それぞれ正と負のピークを持つパルス電流Ｉｓ（図５７（Ｃ））が生じる。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてピーク値が保持され出力される（図５７（Ｅ））。ドライブ信号が停止されると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図５７（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の容量値に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データからトランスデューサ９の容量値を求めることは可能である。図５７ではピークホールド回路２４１において最大値を保持したが最小値を保持してもよい。
In FIG. 57, the capacitance value of the
図５８にフォトダイオード（ＰＤ）のトランスデューサを接続した場合の各部の波形を示す。センシング対象である光強度の変化によりトランスデューサ９であるＰＤから生成される電流が変化してコンダクタンスが変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 58 shows waveforms at various parts when a photodiode (PD) transducer is connected. Although the current generated from the PD, which is the
図５８ではトランスデューサ９に入力される光強度を一定としている（図５８（Ａ））。トランスデューサ９に入力される光強度を測定する時にはピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止して（図５８（Ｄ））、パルスのドライブ信号が出力される。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がインダクタＬｔ１および２次側回路に印加された時に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。パルスの電気信号が出力されている時のＰＤに印加される電圧と電流の振舞いは図５１と同じであるため割愛する。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてはピーク値が保持され出力される（図５８（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図５８（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９に入力される光強度に依存する電流Ｉｓに基づいて決定されるため、データから光強度を求めることは可能である。
In FIG. 58, the light intensity input to the
図５９に焦電素子または圧電素子のトランスデューサを接続した場合のブロック図を示す。この場合では２次側回路にトランスデューサ９と並列にダイオードを接続する。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路２の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 59 shows a block diagram when a pyroelectric element or a piezoelectric element transducer is connected. In this case, a diode is connected to the secondary circuit in parallel with the
図６０に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９から出力される電圧Ｖｔを一定としている（図６０（Ａ））。ピークホールド回路２４１を初期状態にするリセット信号を停止して、図６０（Ｄ））、パルスのドライブ信号を出力する。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がインダクタＬｔ１および２次側回路に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。トランスデューサ９を含めたダイオードに印加される電圧と電流の振る舞いは図５４と同じであるため割愛する。モード切替部２３において電流Isが電圧に変換され、ピークホールド回路２４１においてはピーク値が保持され出力される（図６０（Ｅ））。この後、図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図６０（Ｆ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。このデータはトランスデューサ９の出力電圧Ｖｔに依存するため、データからセンシング対象の強度を求めることは可能である。
FIG. 60 shows the waveform of each part. In the figure, the voltage Vt output from the
図４６と図５５に示した接続部の第１の変化形を使用した場合の信号保持機能付センサセル回路２のブロック図ではドライブ部２２に電圧ドライブ回路２２１を使用したが、信号保持機能付センサセル回路２の第２の構成例のように電流ドライブ回路２２２を使用してもよい。
In the block diagram of the
接続部の変形例を信号保持機能付センサセル回路の第２の構成例に適用した場合のブロック図を図６１に示し、接続部の第２の変形例を適用した場合を図６２に示す。信号保持機能付センサセル回路の第２の構成例に適用した場合ではモード切替部２３を電圧の入力モードに設定する。
FIG. 61 shows a block diagram when the second modification of the sensor cell circuit with a signal holding function is applied, and FIG. 62 shows a case where the second modification of the connection is applied. When applied to the second configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function, the
図４６と図５５に示した接続部の第１の変化形を使用した場合の信号保持機能付センサセル回路のブロック図では信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用したが信号キャプチャ部２４の第１から第５の変化形を使用してもよい。
In the block diagram of the sensor cell circuit with a signal holding function when the first variation of the connecting portion shown in FIGS. 46 and 55 is used, the
モード切替部２３においては図３に示したモード切替部２３およびその第１と第２の変化形を使用してもよい。
In the
図６３に信号保持機能付センサセル回路の第４の構成例を示す。本構成例では、モード切替部２３を有しないことが前述の信号保持機能付センサセル回路の構成例と異なる。図６３ではドライブ部２２に電圧ドライブ回路２２１を使用したため、信号キャプチャ部２４に電流電圧変換回路２４５を有する。電圧ドライブ回路２２１および直流結合でない接続部２１を用いた図４６に示した信号保持機能付センサセル回路のブロック図および動作を鑑みると、図４６ではトランスデューサ９の種類にかかわらずモード切替部２３を電流の入力モードに設定したことが電流電圧変換回路２４５に対応する。したがって各トランスデューサ９を接続した時の動作は図４６での動作と同じであるため割愛する。
FIG. 63 shows a fourth configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function. This configuration example is different from the configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function described above in that the
図６３では接続部２１の第１の変化形を使用したが接続部２１の第２の変化形を使用してもよい。
In FIG. 63, the first variation of the
また、図６３では信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用しているが、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３、積分器２４４、ベースクリッパ積分器２４６、ベースクリッパ切替積分器２４７のいずれかに置き換えてもよい。
In FIG. 63, the
さらに、図６３ではドライブ部２２に電圧ドライブ回路２２１を使用したが、電流ドライブ回路２２２を使用してもよい。この場合では図６４に示すように信号キャプチャ部２４には電流電圧変換回路２４５を使用しない。この場合においても接続部２１の第２の変化形を使用してもよい。また、信号キャプチャ部２４のピークホールド回路２４１を、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３、積分器２４４、ベースクリッパ積分器２４６、ベースクリッパ切替積分器２４７のいずれかに置き換えてもよい。
Further, although the
図６５に本発明に係る第２の実施形態のブロック図を示す。本実施形態はセンサ制御部１にドライブ信号生成部１３を備えることが第１の実施形態と異なる。センサ制御部１は、各信号保持機能付センサセル回路２と１対１に対応した測定制御部１１およびドライブ信号生成部１３と、各信号保持機能付センサセル回路２に対し出力切替信号を出力する出力制御部１２とで構成される。信号保持機能付センサセル回路２は第１の実施形態と同じであるため構成の説明を割愛する。図４６では２個の信号保持機能付センサセル回路２を有しているが、２個以上の数Ｎ個でもよい。
FIG. 65 shows a block diagram of the second embodiment according to the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the
ドライブ信号生成部１３では、トランスデューサ９に印加するパルス信号の振幅を制御する振幅設定信号とパルス信号の波形を制御するドライブ波形信号を用いてドライブ信号を生成し出力する。測定制御部１１ではトランスデューサ９データとデータ取得トリガデータに基づいて振幅設定信号とドライブ波形信号とモード切替信号とリセット信号を出力する。
The drive
本実施形態では、信号保持機能付センサセル回路２の信号キャプチャ部２４に、図３や図１８や図２０に示したピークホールド回路２４１をベースとした回路を使用する。
In this embodiment, a circuit based on the
抵抗や容量のトランスデューサ９を使用する場合では、抵抗または容量の平均値がトランスデューサ９ごとに大きく異なることがある。パルス波形の振幅が一定の場合では、生成される電流値の平均値が抵抗や容量の平均値に左右されピークホールド回路２４１の許容できる入力範囲から外れることや、ＡＤコンバータ３でデジタル化する際に十分な精度を保てないことがある。本実施形態では、トランスデューサ９の抵抗値または容量値の平均値に合わせてパルス波形の振幅を設定して上記の問題を回避できる。
In the case of using a resistance or
本実施形態では、図３、図３４または図４０に示したドライブ部２２および接続部２１を使用してもよい。また、図３、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。
In this embodiment, you may use the
図６６に第２の実施形態で使用される信号キャプチャ部２４の第６の変化形を示す。本変化形ではオフセット信号で設定される値をピーク値から差し引いた値を積算制御信号で設定される回数積算し保持するオフセット除去・積算機能付きピークホールド回路２４８を使用する。また、測定制御部１１ではトランスデューサ９データとデータ取得トリガデータに基づいて振幅設定信号とドライブ波形信号とモード切替信号とリセット信号とオフセット信号と積算制御信号を出力する。リセット信号とオフセット信号と積算制御信号が状態制御信号となる。
FIG. 66 shows a sixth variation of the
図６７にオフセット除去・積算機能付きピークホールド回路２４８の構成例を示す。本構成例は、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピーク値を保持するピークホールド回路２４８１と、ピークホールド回路２４８１の出力信号とオフセット信号の差を増幅して出力する差動増幅回路２４８２と、差動増幅回路２４８２の出力と複数のホールド回路２４８４から積算制御信号によって指定された一つのホールド回路２４８４とを接続するセレクタ２４８３と、それらのホールド回路２４８４と、積算制御信号に基づいて指定されたホールド回路２４８４の出力を初期状態にするクリア信号を出力するサンプルホールド制御部２４８５と、各ホールド回路２４８４の出力を加算し増幅して出力する加算増幅回路２４８６を備える。
FIG. 67 shows a configuration example of the
測定を行う前に積算制御信号によってサンプルホールド制御部２４８５を介してクリア信号を各ホールド回路２４８４に入力し初期状態にする。測定を行うときにはクリア信号を解除して所定のオフセット信号を差動増幅回路２４８２に入力する。はじめに積算制御信号によりセレクタ２４８３を制御して差動増幅回路２４８２と第１のホールド回路２４８４を接続する。この後、リセット信号を解除して１回目の測定を行いピークホールド回路２４１で検出したピーク値からオフセット信号で設定される値を差し引いた値をホールド回路２４８４で保持する。次に積算制御信号によりセレクタ２４８３を制御して差動増幅回路２４８２と第２のホールド回路２４８４を接続し、同様の処理によりピークホールド回路２４１で検出したピーク値からオフセット信号で設定される値を差し引いた値をホールド回路２４８４で保持する。この処理を各ホールド回路２４８４について行うことにより、加算増幅回路２４８６において各測定結果の加算値が出力される。以上の処理の時間と比較してセンシング対象の変化が緩慢であれば、本変化形によって各回路の雑音の高周波成分を除去できるとともに相対的に変動値を大きくすることができる。
Prior to the measurement, a clear signal is input to each
第２の実施形態と図６６に示した信号キャプチャ部２４の変形例では、図３に示したドライブ部２２及び接続部２１を使用したが、図３４または図４０に示したドライブ部２２および接続部２１を使用してもよい。また、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１から成るモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。
In the second embodiment and the modification of the
図２２に示した信号キャプチャ部２４の第３の変化形の動作の説明では計測の時に積分を１回行っていたがリセットを行わずに複数回積分を行ってもよい。積分器２４４に入力される信号とオフセット信号の差が小さくてもリセットを行わずに複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる。
In the description of the operation of the third variation of the
図６７にオフセット除去・積算機能付きピークホールド回路２４８の構成例を示す。本構成例は、リセット信号が入力されていない時に入力信号のピーク値を保持するピークホールド回路２４８１と、ピークホールド回路２４８１の出力信号とオフセット信号の差を増幅して出力する差動増幅回路２４８２と、差動増幅回路２４８２の出力と複数のホールド回路２４８４から積算制御信号によって指定された一つのホールド回路２４８４とを接続するセレクタ２４８３と、それらのホールド回路２４８４と、積算制御信号に基づいて指定されたホールド回路２４８４の出力を初期状態にするクリア信号を出力するサンプルホールド制御部２４８５と、各ホールド回路２４８４の出力を加算し増幅して出力する加算増幅回路２４８６を備える。
FIG. 67 shows a configuration example of the
測定を行う前に積算制御信号によってサンプルホールド制御部２４８５を介してクリア信号を各ホールド回路２４８４に入力し初期状態にする。測定を行うときにはクリア信号を解除して所定のオフセット信号を差動増幅回路２４８２に入力する。はじめに積算制御信号によりセレクタ２４８３を制御して差動増幅回路２４８２と第１のホールド回路２４８４を接続する。この後、リセット信号を解除して１回目の測定を行いピークホールド回路２４１で検出したピーク値からオフセット信号で設定される値を差し引いた値をホールド回路２４８４で保持する。次に積算制御信号によりセレクタ２４８３を制御して差動増幅回路２４８２と第２のホールド回路２４８４を接続し、同様の処理によりピークホールド回路２４１で検出したピーク値からオフセット信号で設定される値を差し引いた値をホールド回路２４８４で保持する。この処理を各ホールド回路２４８４について行うことにより、加算増幅回路２４８６において各測定結果の加算値が出力される。以上の処理の時間と比較してセンシング対象の変化が緩慢であれば、本変化形によって各回路の雑音の高周波成分を除去できるとともに相対的に変動値を大きくすることができる。
Prior to the measurement, a clear signal is input to each
第２の実施形態と図４７に示した信号キャプチャ部２４の変形例では、図３に示したドライブ部２２及び接続部２１を使用したが、図３４または図４０に示したドライブ部２２および接続部２１を使用してもよい。また、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３とトランスインピーダンスアンプ２３１から成るモード切替部２３を使用したが、図１５または図１７に示したモード切替部２３を使用してもよい。
In the second embodiment and the modification of the
図２２に示した信号キャプチャ部２４の第３の変化形の動作の説明では計測の時に積分を１回行っていたがリセットを行わずに複数回積分を行ってもよい。積分器２４４に入力される信号とオフセット信号の差が小さくてもリセットを行わずに複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる。
In the description of the operation of the third variation of the
上述の第２の実施形態の説明では直流結合の接続部を使用したが、接続部の第１の変化形および第２の変化形を使用してもよい。さらに、接続部の第１の変化形および第２の変化形を使用した場合では信号保持機能付センサセル回路の第４の構成例を使用してもよい。 In the above description of the second embodiment, the DC coupling connection is used. However, the first variation and the second variation of the connection may be used. Furthermore, when the first variation and the second variation of the connection portion are used, the fourth configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function may be used.
図６８に本発明に係る第３の実施形態のブロック図を示す。本実施形態はセンサ制御部１にタイミング生成部１４を備え、タイミング生成部１４からドライブ信号と積分区間制御信号を出力することが第１の実施形態と異なる。また、信号キャプチャ部２４には積分器２４４、ベースクリッパ積分器２４６またはベースクリッパ切替積分器２４７のいずれかを使用する。以下の説明では信号キャプチャ部２４に積分器２４４を使用した場合で説明する。タイミング生成部１４では、ドライブ・積分モード設定信号によりトランスデューサ９に合わせて設定されたドライブ信号の出力の有無とドライブ信号と積分区間のタイミングで、回数設定信号により設定された積分回数分のドライブ信号と積分区間制御信号を出力する。測定制御部１１では、トランスデューサ９データとデータ取得トリガデータに基づいて、ドライブ・積分モード設定信号と回数設定信号、回数設定信号、モード切替信号、リセット信号、オフセット信号を出力する。リセット信号、オフセット信号が状態制御信号となる。本実施形態では、モード切替部２３に図３または図１５または図１７に示したモード切替部２３のいずれか一つを使用する。
FIG. 68 shows a block diagram of a third embodiment according to the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the
積分区間の制御はトランスデューサ９の種類とドライブ部２２の構成によって設定される。図６９を用いて、ドライブ部２２に図３に示した電圧ドライブ回路２２１を使用し抵抗のトランスデューサ９を接続した場合の積分の動作を説明する。
The control of the integration interval is set by the type of the
センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
Although the resistance of the
同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図６９（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図６９（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号によりドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数のパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図６９（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電流Ｉｓが生じモード切替部２３に入力される。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、パルスの信号が積分器２４４に入力される（図６９（Ｃ））。ドライブ・積分モード設定信号により設定される積分区間で、回数設定信号により決められた所定の回数の積分区間制御信号が積分器２４４に入力される（図６９（Ｅ））。抵抗のトランスデューサ９の場合では積分区間はパルスの電圧信号の幅と同じでよい。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図６９（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図６９（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the resistance value of the
図７０を用い、容量のトランスデューサ９を接続し、ドライブ部２２に図３に示した電圧ドライブ回路２２１を使用した場合の積分の動作を説明する。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
Referring to FIG. 70, the integration operation when the
同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図７０（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図７０（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号によりドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数のパルスのドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図７０（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である容量に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときドライブ信号から出力されるパルスの立上りと立下りではトランスデューサ９の容量とモード切替部２３の入力抵抗で構成される直列ＣＲ回路に過渡的に電流Ｉｓが流れる。電流Ｉｓはモード切替部２３において電圧に変換され積分器２４４に入力される（図７０（Ｃ））。ドライブ・積分モード設定信号により設定される積分区間で、回数設定信号により決められた所定の回数の積分区間制御信号が積分器２４４に入力される（図７０（Ｅ））。容量のトランスデューサ９ではパルスの立上りまたはパルスの立下りのみ積分されるように、ドライブ信号のパルス幅よりも短い積分区間で積分する。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図７０（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７０（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the capacitance value of the
図３４に示した電流ドライブ回路２２２のドライブ部２２と接続部２１を使用した場合の動作を以下で説明する。
The operation when the
図７１に抵抗のトランスデューサ９を用いた場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 71 shows waveforms of respective parts when the
同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図７１（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図７１（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号によりドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数のドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図７１（Ｂ））。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電圧Ｖｓ（図７１（Ｃ））が生じ積分器２４４に入力される。ドライブ・積分モード設定信号により設定される積分区間で、回数設定信号により決められた所定の回数の積分区間制御信号が積分器２４４に入力される（図７１（Ｅ））。抵抗のトランスデューサ９の場合では、時間平均値がゼロであるパルス波形の上に凸または下に凸のいずれかのみを積分するように積分区間を設定する。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図７１（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７１（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the resistance value of the
図７２に容量のトランスデューサ９を用いた場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 72 shows waveforms of respective parts when the
同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図７２（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図７２（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号によりドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数のドライブ信号を出力する。ドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図７２（Ｂ））。このとき電流ドライブ回路２２２から流れる時間平均値がゼロであるパルス波形の電流によりトランスデューサ９の容量にはパルスの電圧Ｖｓが生じる（図７２（Ｃ））。容量のトランスデューサ９の場合では時間平均値がゼロであるパルス波形の周期に合わせて積分区間を設定する（図７２（Ｅ））。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図７２（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７２（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the capacitance value of the
図４０に示したドライブ部２２と接続部２１を使用した場合の動作を以下で説明する。
The operation when the
図７３に抵抗のトランスデューサ９を用いた場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の抵抗が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 73 shows waveforms of respective parts when the
同図ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図７３（Ａ））。トランスデューサ９の抵抗値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図７３（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号により、電圧ドライブ回路２２１へのドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数の当該ドライブ信号を出力する。このとき電流ドライブ回路２２２へのドライブ信号を出力しないため電流ドライブ回路２２２から出力される電流はゼロで一定となる。接続端子から電流ドライブ回路２２２を見たインピーダンスはモード切替部２３の入力インピーダンスと比較して非常に大きく、電流ドライブ回路２２２の接続を無視できる。電圧ドライブ回路２２１へのドライブ信号が出力されると電圧ドライブ回路２２１からパルスの電圧信号が出力される（図７３（Ｂ））。電圧ドライブ回路２２１は電圧信号がトランスデューサ９である抵抗に印加された時に流れる電流を十分流せる能力を持つ。このときトランスデューサ９の抵抗に基づいた電流Ｉｓが生じモード切替部２３に入力される。モード切替部２３において電流Ｉｓが電圧に変換され、パルスの信号が積分器２４４に入力される（図７３（Ｃ））。ドライブ・積分モード設定信号により設定される積分区間で、回数設定信号により決められた所定の回数の積分区間制御信号が積分器２４４に入力される（図７３（Ｅ））。抵抗のトランスデューサ９の場合では積分区間はパルスの電圧信号の幅と同じでよい。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図７３（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７３（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the resistance value of the
図７４に容量のトランスデューサ９を用いた場合の各部の波形を示す。センシング対象の変化によりトランスデューサ９の容量が変化するが、本説明ではその変化は信号保持機能付センサセル回路の動作に対し緩慢であるとする。
FIG. 74 shows waveforms at various parts when the
同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図７４（Ａ））。トランスデューサ９の容量値を測定する時には積分器２４４を初期状態にするリセット信号を停止し（図７４（Ｄ））、ドライブ・積分モード設定信号により電流ドライブ回路２２２へのドライブ信号の出力を許可するとともに回数設定信号により決められた所定の回数の当該ドライブ信号を出力する。このとき電圧ドライブ回路２２１へのドライブ信号を出力しないため電圧ドライブ回路２２１から出力される電圧はゼロで一定となる。電流ドライブ回路２２２へのドライブ信号が出力されると電流ドライブ回路２２２から時間平均値がゼロであるパルスの電流信号が出力される（図７４（Ｂ））。このとき電流ドライブ回路２２２から流れる時間平均値がゼロであるパルス波形の電流によりトランスデューサ９の容量にはパルスの電圧が生じる（図７４（Ｃ））。容量のトランスデューサ９の場合では時間平均値がゼロであるパルス波形の周期に合わせて積分区間を設定する（図７４（Ｅ））。積分器２４４では複数回積分行うことにより信号が積算され積分器２４４の出力信号は大きくなる（図７４（Ｆ））。所定の回数の積分が終了すると図１でのＡＤコンバータ３でデジタル化処理が行われ（図７４（Ｇ））、図１でのデータ蓄積部４にデータが蓄積される。
In the figure, the capacitance value of the
以上の第３の実施形態の説明では信号キャプチャ部２４に積分器２４４を使用したが、信号キャプチャ部２４にベースクリッパ積分器２４６またはベースクリッパ切替積分器２４７のいずれかを使用してもよい。ベースクリッパ積分器を使用した場合では積分区間制御信号が不要でオフセット信号とリセット信号のみでよい。ベースクリッパ切替積分器を使用した場合では積分区間制御信号を使用するとともに、状態制御信号がオフセット信号、リセット信号、切替信号となる。
In the above description of the third embodiment, the
また、第３の実施形態の説明では直流結合の接続部を使用したが、接続部の第１の変化形および第２の変化形を使用してもよい。さらに、接続部の第１の変化形および第２の変化形を使用した場合では信号保持機能付センサセル回路の第４の構成例を使用してもよい。 In the description of the third embodiment, the DC coupling connection portion is used. However, the first variation and the second variation of the connection portion may be used. Furthermore, when the first variation and the second variation of the connection portion are used, the fourth configuration example of the sensor cell circuit with a signal holding function may be used.
１…センサ制御部
２…信号保持機能付センサセル回路
３…ＡＤコンバータ
４…データ蓄積部
５…制御部
６…通信部
９…トランスデューサ
１１…測定制御部
１２…出力制御部
１３…ドライブ信号生成部
１４…タイミング生成部
２１…接続部
２２…ドライブ部
２３…モード切替部
２４…信号キャプチャ部
２５…出力切替部
２２１…電圧ドライブ回路
２２２…電流ドライブ回路
２３１…トランスインピーダンスアンプ
２３２…トランスコンダクタンス回路
２４１…ピークホールド回路
２４２…入力・接地切替回路
２４３…オフセット除去機能付きピークホールド回路
２４４…積分器
２４５…電流電圧変換回路
２４６…ベースクリッパ積分器
２４７…ベースクリッパ切替積分器
２４８…オフセット除去・積算機能付きピークホールド回路
２５１…出力切替ＳＷ
２４３１…ピークホールド回路
２４３２…差動増幅回路
２４８１…ピークホールド回路
２４８２…差動増幅回路
２４８３…セレクタ
２４８４…ホールド回路
２４８５…サンプルホールド制御部
２４８６…加算増幅回路
DESCRIPTION OF
2431 ...
Claims (11)
前記トランスデューサごとに、
内部に前記トランスデューサと２個の端子で接続する接続部を有し、ドライブ信号に従って前記トランスデューサにパルスの電気信号を与え、検出動作選択信号に従って前記トランスデューサの種類と前記接続部の構成に応じて前記パルスの電気信号に対する前記トランスデューサの応答またはトランスデューサから発生する信号を検出して保持し、出力切替信号に従って保持した結果をセンサ出力に出力する信号保持機能付センサセル回路を備え、且つ、
前記ドライブ信号、前記検出動作選択信号および前記出力切替信号を出力するセンサ制御部を備える
ことを特徴とするアレイセンサ回路。 An array sensor circuit for detecting outputs of a plurality of transducers,
For each transducer,
It has a connection part for connecting to the transducer with two terminals inside, gives a pulse electrical signal to the transducer according to a drive signal, and according to the type of the transducer and the configuration of the connection part according to a detection operation selection signal A sensor cell circuit having a signal holding function for detecting and holding a response of the transducer to the electric signal of the pulse or a signal generated from the transducer and outputting the result held according to the output switching signal to the sensor output; and
An array sensor circuit comprising: a sensor control unit that outputs the drive signal, the detection operation selection signal, and the output switching signal.
直流結合で接続される、
容量で構成される、
または互いに磁気結合している２個の容量とインダクタの直列回路で構成される
ことを特徴とする請求項１記載のアレイセンサ回路。 The connecting portion is
Connected by DC coupling,
Composed of capacity,
The array sensor circuit according to claim 1, further comprising a series circuit of two capacitors and an inductor magnetically coupled to each other.
前記ドライブ信号に従って前記トランスデューサに前記パルスの電気信号を与えるドライブ部と、
前記検出動作選択信号に含まれるモード切替信号に従って前記トランスデューサの出力の入力モードを電圧または電流に切り替えるモード切替部と、
前記モード切替部からの信号をキャプチャし、前記検出動作選択信号に含まれる状態制御信号により自身の状態を切り替える信号キャプチャ部と、
前記出力切替信号に従って前記信号キャプチャ部からの信号を出力するか否かを切り替える出力切替部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイセンサ回路。 The sensor cell circuit with a signal holding function is
A drive unit for applying an electrical signal of the pulse to the transducer according to the drive signal;
A mode switching unit that switches the input mode of the output of the transducer to voltage or current in accordance with a mode switching signal included in the detection operation selection signal;
A signal capture unit that captures a signal from the mode switching unit and switches its state by a state control signal included in the detection operation selection signal;
The array sensor circuit according to claim 1, further comprising: an output switching unit that switches whether to output a signal from the signal capture unit according to the output switching signal.
前記信号保持機能付センサセル回路が、
前記ドライブ信号に従って前記トランスデューサに前記パルスの電気信号を与えるドライブ部と、
前記接続部からの信号をキャプチャし、前記検出動作選択信号に含まれる状態制御信号により自身の状態を切り替える信号キャプチャ部と、
前記出力切替信号に従って前記信号キャプチャ部からの信号を出力するか否かを切り替える出力切替部とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のアレイセンサ回路。 In the case where the connecting portion is constituted by a capacitor or a series circuit of two capacitors and an inductor magnetically coupled to each other,
The sensor cell circuit with a signal holding function,
A drive unit for applying an electrical signal of the pulse to the transducer according to the drive signal;
A signal capture unit that captures a signal from the connection unit and switches its own state by a state control signal included in the detection operation selection signal;
The array sensor circuit according to claim 1, further comprising: an output switching unit that switches whether to output a signal from the signal capture unit according to the output switching signal.
ことを特徴とする請求項３または４記載のアレイセンサ回路。 The array sensor circuit according to claim 3, wherein the drive unit includes one or both of a voltage drive circuit and a current drive circuit.
ことを特徴とする請求項３記載のアレイセンサ回路。 The mode switching unit includes a transimpedance amplifier, and outputs the signal from the transducer to the signal capture unit via the transimpedance amplifier or to the signal capture unit without passing through the transimpedance amplifier. The array sensor circuit according to claim 3, wherein the array sensor circuit is switched according to the mode switching signal.
ことを特徴とする請求項３記載のアレイセンサ回路。 The mode switching unit includes a transimpedance amplifier and a transconductance circuit, and outputs a signal from the transducer to the signal capture unit via the transimpedance amplifier, or via the transconductance circuit and the transimpedance amplifier. The array sensor circuit according to claim 3, wherein whether to output to the signal capture unit is switched according to the mode switching signal.
ことを特徴とする請求項３記載のアレイセンサ回路。 The mode switching unit includes a resistor and a switch provided between one end of the resistor and the ground, and an output of the transducer is connected to the other end of the resistor and the signal capture unit, and the switch is turned on. The array sensor circuit according to claim 3, wherein switching is performed according to the mode switching signal.
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアレイセンサ回路。 The signal capture unit is a peak hold circuit, a peak hold circuit with an offset removal function, a peak hold circuit with an offset removal function / integration function, an integrator, a base clipper integrator, or a base clipper switching integrator. The array sensor circuit according to claim 3 or 4.
ことを特徴とする請求項１記載のアレイセンサ回路。 The measurement control unit generates and outputs a drive signal using an amplitude setting signal for controlling the amplitude of the electric signal of the pulse applied to the transducer and a drive waveform signal for controlling the waveform of the electric signal of the pulse. The array sensor circuit according to claim 1, further comprising: a section.
前記センサ制御部は、ドライブ・積分モード設定信号により設定されたタイミングで、回数設定信号により設定された積分回数分のドライブ信号を出力するタイミング生成部を備える
ことを特徴とする請求項１記載のアレイセンサ回路。 The signal capture unit is an integrator, a base clipper integrator or a base clipper switching integrator,
The said sensor control part is provided with the timing production | generation part which outputs the drive signal for the frequency | count of integration set by the frequency | count setting signal at the timing set by the drive / integration mode setting signal. Array sensor circuit.
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