(57)【要約】      （修正有）【課題】システム開発の労力とリスクを低減でき、多種のトランスデューサに対応できるトランスデューサの電源と後段の回路を含めたセンサ回路を提供する。【解決手段】ドライブ信号に従ってトランスデューサ９にパルスの電気信号を与えるドライブ部２２と、検出動作選択信号に従って、トランスデューサ９の種類に応じてドライブ部２２から与えられたパルスの電気信号に対するトランスデューサ９の応答またはトランスデューサ９から発生する電気信号を検出し保持するトランスデューサ応答検出部２３０と、トランスデューサ９とドライブ部２２とトランスデューサ応答検出部２３０とを接続する接続部２１と、ドライブ信号と検出動作選択信号を出力する測定制御部２５とを設ける。【選択図】図１
2014238766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサの出力を検出するためのセンサ回路であって、
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るドライブ部と、
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に応じて前記ドライブ部から与えられた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前記トランスデューサから発生する電気信号を検出し保持するトランスデューサ応答検出部と、
前記トランスデューサと前記ドライブ部と前記トランスデューサ応答検出部とを接続する接続部と、
前記ドライブ信号と前記検出動作選択信号を出力する測定制御部と
を備えることを特徴とするセンサ回路。
【請求項２】
前記接続部は、
直流結合で接続される、
容量で構成される、
または前記トランスデューサの２個の端子間に接続される容量とインダクタの直列回路ならびに前記ドライブ部と前記トランスデューサ応答検出部との間に接続される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記載のセンサ回路。
【請求項３】
前記ドライブ部は、電圧ドライブ回路、電流ドライブ回路のいずれか一方または両方を含む
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ回路。
【請求項４】
前記トランスデューサ応答検出部は、
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、自身の状態を状態制御信号により切り替える信号キャプチャ部とで構成される
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ回路。
【請求項５】
前記モード切替部は、トランスインピーダンスアンプを備え、前記トランスデューサからの信号を前記トランスインピーダンスアンプを介して前記信号キャプチャ部に出力するか、前記トランスインピーダンスアンプを介さずに前記信号キャプチャ部に出力するかを、前記モード切替信号に従って切り替える
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ回路。
【請求項６】
前記モード切替部は、トランスインピーダンスアンプとトランスコンダクタンス回路を備え、前記トランスデューサからの信号を前記トランスインピーダンスアンプを介して前記信号キャプチャ部に出力するか、前記トランスコンダクタンス回路と前記トランスインピーダンスアンプを介して前記信号キャプチャ部に出力するかを、前記モード切替信号に従って切り替える
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ回路。
【請求項７】
前記モード切替部は、抵抗と、該抵抗の一方端とグランドの間に設けられたスイッチとを備え、前記トランスデューサの出力が前記抵抗の他方端と前記信号キャプチャ部に接続され、前記スイッチをオンするかオフするかを前記モード切替信号に従って切り替える
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ回路。
【請求項８】
前記接続部が、容量で構成される、または前記トランスデューサの２個の端子間に接続される容量とインダクタの直列回路ならびに前記ドライブ部と前記トランスデューサ応答検出部との間に接続される容量とインダクタの直列回路で構成される場合において、
前記トランスデューサ応答検出部が、前記接続部からの信号をキャプチャし、自身の状態を状態制御信号により切り替える信号キャプチャ部で構成される
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ回路。
【請求項９】
前記信号キャプチャ部は、ピークホールド回路、オフセット除去機能付きピークホールド回路、オフセット除去機能・積算機能付きピークホールド回路、積分器、ベースクリッパ積分器またはベースクリッパ切替積分器である
ことを特徴とする請求項４または請求項８に記載のセンサ回路。
【請求項１０】
前記測定制御部は、トランスデューサに印加する前記パルスの電気信号の振幅を制御する振幅設定信号と前記パルスの電気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ドライブ信号生成部を備える
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ回路。
【請求項１１】
前記信号キャプチャ部は、積分器、ベースクリッパ積分器またはベースクリッパ切替積分器であり、
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記載のセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システム開発の労力とリスクを低減でき、多種のトランスデューサに対応できるトランスデューサの電源と後段の回路を含めたセンサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
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９５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９６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。
【０００３】
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９７（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９７（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。
【０００４】
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９７（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９７（ｄ））で増幅し、ＡＤコンバータでデジタル化する。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】センサの活用、「ＰＩＣマイコンの基礎とセンサ活用入門」（ＩＳＢＮ＿４７８９８３４４５Ｘ）、ｐｐ．９７−１０４、ＣＱ出版２００４年１２月
【非特許文献２】Ｄｅｓｉｇｎ  Ｗａｖｅ  Ｍａｇａｚｉｎｅ  ２００８  Ｍａｙ、ｐｐ．９７−１００、ＣＱ出版
【非特許文献３】トランジスタ技術、「光パワー測定のテクニック（後編）」、ＣＱ出版、ｐｐ、２００４年１１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、システム開発の労力とリスクを低減でき、多種のトランスデューサに対応できるトランスデューサの電源と後段の回路を含めたセンサ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、トランスデューサの出力を検出するためのセンサ回路であって、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るドライブ部と、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に応じて前記ドライブ部から与えられた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前記トランスデューサから発生する電気信号を検出し保持するトランスデューサ応答検出部と、前記トランスデューサと前記ドライブ部と前記トランスデューサ応答検出部とを接続する接続部と、前記ドライブ信号と前記検出動作選択信号を出力する測定制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、システム開発の労力とリスクを低減でき、多種のトランスデューサに対応できるトランスデューサの電源と後段の回路を含めたセンサ回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の基本コンセプトを示す。
【図２】本発明に係る第１の実施形態のブロック図を示す。
【図３】抵抗のトランスデューサを使用した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図４】図３のブロック図での各部の波形を示す。
【図５】容量のトランスデューサを使用した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図６】図５のブロック図での各部の波形を示す。
【図７】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図８】図７のブロック図での各部の波形を示す。
【図９】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図１０】図９のブロック図での各部の波形を示す。
【図１１】第１の実施形態の第１の変化形を示す。
【図１２】焦電素子または圧電素子のトランスデューサを使用した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図１３】図１２のブロック図での各部の波形を示す。
【図１４】トランスコンダクタンス回路の構成例を示す。
【図１５】図１４のブロック図での各部の波形を示す。
【図１６】第１の実施形態の第２の変化形のブロック図を示す。
【図１７】第１の実施形態の第３の変化形のブロック図を示す。
【図１８】オフセット除去機能付きピークホールド回路の構成例を示す。
【図１９】第１の実施形態の第４の変化形のブロック図を示す。
【図２０】第１の実施形態の第５の変化形のブロック図を示す。
【図２１】オフセット除去・積算機能付きピークホールド回路の構成例を示す。
【図２２】本発明に係る第２の実施形態のブロック図を示す。
【図２３】抵抗のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図２４】図２３のブロック図での各部の波形を示す。
【図２５】容量のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図２６】図２５のブロック図での各部の波形を示す。
【図２７】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図２８】図２７のブロック図での各部の波形を示す。
【図２９】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図３０】図２９のブロック図での各部の波形を示す。
【図３１】本発明に係る第３の実施形態のブロック図を示す。
【図３２】積分器の構成例を示す。
【図３３】抵抗のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図３４】図３３のブロック図での各部の波形を示す。
【図３５】容量のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図３６】図３５のブロック図での各部の波形を示す。
【図３７】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図３８】図３７のブロック図での各部の波形を示す。
【図３９】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図４０】図３９のブロック図での各部の波形を示す。
【図４１】信号キャプチャ部の第１の変化形を示す。
【図４２】ベースクリッパ積分器の構成例を示す。
【図４３】図４１において抵抗のトランスデューサを接続した場合での各部の波形を示す。
【図４４】信号キャプチャ部の第２の変化形を示す。
【図４５】ベースクリッパ切替積分器の構成例を示す。
【図４６】第３の実施形態の第１の変化形を示す。
【図４７】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図４８】図４７のブロック図での各部の波形を示す。
【図４９】トランスコンダクタンス回路の構成例を示す。
【図５０】図４９のブロック図での各部の波形を示す。
【図５１】第３の実施形態の第２の変化形を示す。
【図５２】本発明に係る第４の実施形態のブロック図を示す。
【図５３】抵抗のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図５４】図５３のブロック図での各部の波形を示す。
【図５５】容量のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図５６】図５５のブロック図での各部の波形を示す。
【図５７】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図５８】図５７のブロック図での各部の波形を示す。
【図５９】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図６０】図５９のブロック図での各部の波形を示す。
【図６１】本発明に係る第５の実施形態のブロック図を示す。
【図６２】抵抗のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図６３】図６２のブロック図での各部の波形を示す。
【図６４】容量のトランスデューサを接続した場合のセンサ回路部のブロック図を示す。
【図６５】図６４のブロック図での各部の波形を示す。
【図６６】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図６７】図６６のブロック図での各部の波形を示す。
【図６８】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センサ回路部のブロック図を示す。
【図６９】図６８のブロック図での各部の波形を示す。
【図７０】本実施の形態に係る第６の実施形態を示す。
【図７１】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。
【図７２】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。
【図７３】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ブロック図を示す。
【図７４】図７３のブロック図での各部の波形を示す。
【図７５】フォトダイオードの電流電圧特性を示す。
【図７６】パルスの電圧信号印加時の軌跡を示す。
【図７７】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。
【図７８】図７７のブロック図での各部の波形を示す。
【図７９】トランスデューサを含めたダイオードの電流電圧特性を示す。
【図８０】信号キャプチャ部に積分器を使用し、抵抗のトランスデューサを使用した場合の各部の波形を示す。
【図８１】第６の実施形態における接続部の変化形を示す。
【図８２】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。
【図８３】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。
【図８４】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。
【図８５】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。
【図８６】図８４のブロック図での各部の波形を示す。
【図８７】本発明に係る第７の実施形態を示す。
【図８８】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。
【図８９】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。
【図９０】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。
【図９１】時間平均がゼロであるパルス波形の電流ドライブ信号印加時の軌跡を示す。
【図９２】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各部の波形を示す。
【図９３】トランスデューサを含めたダイオードの電流電圧特性を示す。
【図９４】第７の実施形態における接続部の変化形を示す。
【図９５】データ収集システムの模式図を示す。
【図９６】従来のセンサ回路構成のコンセプトを示す。
【図９７】従来のセンサ回路構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のセンサ回路について図面を参照し詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の基本コンセプトを示す。センサ回路部２には２端子を有するトランスデューサ９が接続される。トランスデューサ９には抵抗、容量、フォトダイオード、焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９を考慮している。接続部２１はトランスデューサ９とドライブ部２２とトランスデューサ応答検出部２３０とを接続する。ドライブ部２２では、トランスデューサ９の種類や接続部２１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。トランスデューサ応答検出部２３０では、ドライブ部２２から与えられた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保持する。検出動作選択信号により、トランスデューサ９の種類や接続部２１の構成に応じてトランスデューサ応答検出部２３０における信号を検出する動作を変更する。測定制御部２５から出力されるドライブ信号と検出動作選択信号はトランスデューサ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。
【００１３】
具体的には図１ではトランスデューサ応答検出部２３０はモード切替部２３と信号キャプチャ部２４とで構成される。モード切替信号と状態制御信号が検出動作選択信号となる。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。
【００１４】
容量のトランスデューサ９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。また、接続部２１が直流結合の場合ではトランスデューサ９から発生する信号が電流か電圧に応じてモード切替部２３の入力モードを切替え、信号キャプチャ部２４でモード切替部２３の出力信号をキャプチャし保持する。
【００１５】
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、測定制御部２５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。
【００１６】
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。本実施形態では２つの接続端子２１１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となる。また、リセット信号が状態制御信号となる。
【００１７】
一方の接続端子２１１には、トランスデューサ９の一方の端子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が直流結合で接続される。他方の接続端子２１１には、その接続端子２１１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とが直流結合で接続されている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
図３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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【００２１】
図４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４（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４（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４（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４（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４（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。
【００２２】
図５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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００２３】
図６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６（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６（Ｂ））。
【００２４】
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６（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６（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６（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６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。
【００２５】
図７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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００２６】
図８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８（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図８（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８（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８（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８（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。
【００２７】
図９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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００２８】
図１０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１０（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１０（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１０（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１０（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。
【００２９】
上記の説明のようにセンサ回路部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。
【００３０】
図１１に第１の実施形態例の第１の変化形を示す。トランスデューサ９の一方の端子に接続する左の接続端子２１１と他方の端子に接続する右の接続端子２１１があり、左の接続端子２１１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２１１には、この接続端子２１１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、トランスコンダクタンス回路２３２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。
【００３１】
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２１１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２１１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。
【００３２】
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センサ回路を用いた時の動作は図２のセンサ回路部の場合とＳＷ３を除いて同様であるため割愛する。
【００３３】
図１２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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００３４】
図１３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１３（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図１３（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１３（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１３（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においてはこの一定の電圧が保持され出力される（図１３（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１３（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。
【００３５】
図１２では焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓでトランスコンダクタンス回路２３２での電圧を電流に変換する動作が十分機能する場合を記載した。
【００３６】
図１４のようにトランスコンダクタンス回路２３２をｎＭＯＳトランジスタで構成した場合では、ＶｓがｎＭＯＳトランジスタのしきい値より大きくないと電圧を電流に変換する特性が非線形になる。この場合では、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（図１５（Ｂ））。ｎＭＯＳトランジスタ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によりバイアスされ、Ｖｓを電流に変換する特性が線形となる（図１５（Ｃ））。
【００３７】
図１４の構成に対する上述の説明では、トランスインピーダンスアンプ２３１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２３１の低周波雑音やドリフトが信号キャプチャ部２４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２３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２４を使用してよい。
【００３８】
図１６に第１の実施形態の第２の変化形のブロック図を示す。本変化形ではドライブ信号生成部２５２とインターフェース・制御部２５１で測定制御部２５が構成される。ドライブ信号生成部２５２では、トランスデューサ９に印加するパルスの電圧信号の振幅を制御する振幅設定信号とパルスの電圧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。インターフェース・制御部２５１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。
【００３９】
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。パルスの電圧信号の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。本変化形では、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の電圧信号の波形の振幅を設定して上記の問題を回避できる。
【００４０】
図１７に第１の実施形態の第３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。
【００４１】
図１８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。
【００４２】
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。第３の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。
【００４３】
本変化形では電圧ドライブ回路２２１から出力されるドライブ信号の振幅の制御を行っていないが、変化形３と組み合わせてもよい（図１９：第４の変化形）。
【００４４】
図２０に第１の実施形態の第５の変化形のブロック図を示す。本変化形ではドライブ信号生成部２５２とインターフェース・制御部２５１で測定制御部２５が構成される。ドライブ信号生成部２５２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パルスの電圧信号を生成し出力する。インターフェース・制御部２５１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載制御信号を出力する。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と積算制御信号が状態制御信号となる。
【００４５】
図２１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。
【００４６】
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。
【００４７】
図２２に本発明に係る第２の実施形態のブロック図を示す。本実施形態では接続端子２１１とグランドが接続部２１、電流ドライブ回路２２２がドライブ部２２、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒｓ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となる。また、リセット信号が状態制御信号となる。接続端子２１１にトランスデューサ９の一方の端子を接続し、他方の端子をグランドに接続する。接続端子２１１にはトランスデューサ９に時間平均がゼロのパルスの電流信号を与える電流ドライブ回路２２２、抵抗Ｒｓ、ピークホールド回路２４１が接続されている。電流を生じさせるトランスデューサ９（フォトダイオード）を使用する場合に電流を電圧に変換するために、ＳＷ１をオンにして抵抗Ｒｓを使用する。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接続端子２１１の電圧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。
【００４８】
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。図２２に記載した構成ではモード切替部２３の入力の電圧と信号キャプチャ部２４の入力の電圧は同じである。
【００４９】
図２３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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００５０】
図２４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２４（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２４（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２４（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２４（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２４（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２４（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２４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。
【００５１】
図２５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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００５２】
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２６（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２６（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（図２６（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（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。
【００５３】
図２７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をオンとする。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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００５４】
図２８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２８（Ａ））。電流ドライブ回路２２２は、出力を停止している（図２８（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２８（（Ｄ））。ＰＤから生成される電流Ｉｓは一定である（図２８（Ｃ））。抵抗Ｒｓ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２８（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２８（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。
【００５５】
図２９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の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化はセンサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００５６】
図３０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３０（Ａ））。電流ドライブ回路２２２は、出力を停止している（図３０（Ｂ））。ピークホールド回路２４１に入力される電圧Ｖｓも一定である（図３０（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３０（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３０（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３０（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。
【００５７】
上記の説明のようにセンサ回路部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。
【００５８】
本実施形態においても、第１の実施形態の第２の変化形２から第４の変化形と同様な構成、即ちドライブ信号生成部２５２の付加や、オフセット除去機能付きピークホールド回路２４３またはオフセット除去・積算機能付きピークホールド回路２４８の使用を実施してもよい。これにより、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すること、オフセット信号による平均値の一部の除去と増幅による相対的に変動値の増幅と、各回路の雑音の高周波成分の除去と相対的な変動値の増幅が可能である。
【００５９】
図３１に本発明に係る第３の実施形態を示す。本実施形態では２つの接続端子２１１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、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。左の接続端子２１１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２１１には、この接続端子２１１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。
【００６０】
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。
【００６１】
積分器２４４の構成例を図３２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。
【００６２】
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。
【００６３】
図３３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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００６４】
図３４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３４（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３４（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図３４（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３４（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３４（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３４（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３４（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。
【００６５】
図３５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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００６６】
図３６に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図３６（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３６（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図３６（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３６（Ｂ））。
【００６７】
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３６（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（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３５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。
【００６８】
図３７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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００６９】
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））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図３８（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３８（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図３８（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、積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図３８（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３８（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。
【００７０】
図３９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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００７１】
図４０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４０（Ａ））。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図４０（Ｂ））。積分器２４４に入力される電圧は一定である（図４０（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４０（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図４０（Ｅ））。積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図４０（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４０（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。
【００７２】
上記の説明のように第３の実施形態によれば、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。
【００７３】
図４１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、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。
【００７４】
ベースクリッパ積分器２４６の構成例を図４２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。
【００７５】
図４３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。
【００７６】
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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００７７】
図４３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））、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４３（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４３（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４３（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４３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。
【００７８】
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。
【００７９】
図４４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、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。
【００８０】
ベースクリッパ切替積分器２４７の構成例を図４５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。
【００８１】
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。
【００８２】
図４６に第３の実施形態の第１の変化形を示す。トランスデューサ９の一方の端子に接続する左の接続端子２１１と他方の端子に接続する右の接続端子２１１があり、左の接続端子２１１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２１１には、この接続端子２１１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、トランスコンダクタンス回路２３２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。
【００８３】
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２１１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２１１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。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。
【００８４】
トランスデューサ９が抵抗、容量、フォトダイオード（ＰＤ）の場合では、モード切替信号によりＳＷ１をオンとしＳＷ２をオフとする。また、トランスコンダクタンス回路２３２の出力を高インピーダンスにして電流の混入を防ぐ。この場合の測定する時の各部の動作は第３の実施形態と同様であるため割愛する。
【００８５】
図４７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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００８６】
図４８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４８（Ａ）。電圧ドライブ回路２２１は、出力を停止している（図４８（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４８（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４８（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図４８（Ｅ））。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、積分器２４４においてはこの一定の電圧が入力され積分（図４８（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４８（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。
【００８７】
図４７では焦電素子または圧電素子のトランスデューサ９の出力電圧Ｖｓでトランスコンダクタンス回路での電圧を電流に変換する動作が十分機能する場合を記載した。
【００８８】
図４９のようにトランスコンダクタンス回路２３２をｎＭＯＳトランジスタで構成した場合では、ＶｓがｎＭＯＳトランジスタのしきい値より大きくないと電圧を電流に変換する特性が非線形になる。この場合では、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積分器２４４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（図５０（Ｂ））。ｎＭＯＳトランジスタ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によりバイアスされ、Ｖｓを電流に変換する特性が線形となる（図５０（Ｃ））。
【００８９】
第３の実施形態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。
【００９０】
第３の実施形態の第２の変化形である複数回積分を行う場合に使用するセンサ回路部のブロック図を図５１に示す。本センサ回路部では、タイミング生成部２５３とインターフェース・制御部２５１で測定制御部２５が構成される。タイミング生成部２５３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。インターフェース・制御部２５１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。
【００９１】
トランスデューサ９が抵抗の場合では、ドライブ信号の出力が有り、ドライブ信号が出力される時間に含まれるように積分区間を設定する。トランスデューサ９が容量の場合では、ドライブ信号の出力が有り、ドライブ信号の立上り又は立下りのいずれかのみが含まれるように積分区間を設定する。トランスデューサ９がフォトダイオードの場合では、ドライブ信号の出力無しで積分区間を設定する。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図４７に示したトランスコンダクタンス回路２３２を使用する場合では、ドライブ信号の出力無しで積分区間を設定する。また、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図４９に示したトランスコンダクタンス回路２３２を使用する場合では、ドライブ信号の出力が有り、ドライブ信号が出力される時間に含まれるように積分区間を設定する。ドライブ信号の出力や積分は回数設定信号で設定された回数分繰り返す。
【００９２】
図４６では信号キャプチャ部に積分器を使用したが、ベースクリッパ積分器またはベースクリッパ切替積分器を使用してもよい。ベースクリッパ積分器を使用した場合では測定制御部からベースクリッパ積分器に出力する状態制御信号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状態制御信号は積分区間制御信号、オフセット信号、リセット信号、切替信号となる。
【００９３】
図５２に本発明に係る第４の実施形態のブロック図を示す。接続端子２１１にトランスデューサ９の一方の端子を接続し、他方の端子をグランドに接続する。接続端子２１１にはトランスデューサ９にパルスの電流信号を与える電流ドライブ回路２２２、抵抗Ｒｓ、積分器２４４が接続されている。電流を生じさせるトランスデューサ９（フォトダイオード）を使用する場合に電流を電圧に変換するために、ＳＷ１をオンにして抵抗Ｒｓを使用する。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。
【００９４】
図５３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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【００９５】
図５４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５４（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５４（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図５４（Ｅ））とともに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５４（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５４（Ｃ））が生じ積分器２４４に入力される。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し積分する（図５４（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５４（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５４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。
【００９６】
図５５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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００９７】
図５６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５６（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５６（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図５６（Ｅ））とともに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５６（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５６（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５６（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５６（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。
【００９８】
図５７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をオンとする。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部の動作に対し緩慢であるとする。
【００９９】
図５８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５８（Ａ））。電流ドライブ回路２２２は、出力を停止している（図５８（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５８（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図５８（Ｅ））。ＰＤから生成される電流Ｉｓは一定である（図５８（Ｃ））。抵抗Ｒｓ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５８（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５８（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。
【０１００】
図５９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の出力電圧Ｖｔは変化するが、本説明ではその変化はセンサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【０１０１】
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））。電流ドライブ回路２２２は、出力を停止している（図６０（Ｂ））。積分器２４４に入力される電圧Ｖｓは一定である（図６０（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６０（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図６０（Ｅ））。積分器２４４においては入力される一定の電圧Ｖｓを積分する（図６０（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６０（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。
【０１０２】
図５２では信号キャプチャ部に積分器を使用したが、ベースクリッパ積分器またはベースクリッパ切替積分器を使用してもよい。ベースクリッパ積分器を使用した場合では測定制御部からベースクリッパ積分器に出力する状態制御信号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状態制御信号は積分区間制御信号、オフセット信号、リセット信号、切替信号となる。
【０１０３】
図６１に本発明に係る第５の実施形態を示す。本実施形態では、２つの接続端子２１１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。
【０１０４】
トランスデューサ９の一方の端子に接続する接続端子２１１と他方の端子に接続する接続端子２１１があり、左の接続端子２１１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２１１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２１１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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
図６２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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【０１０７】
図６３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６３（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６３（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６３（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６３（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６３（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６３（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。
【０１０８】
図６４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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【０１０９】
図６５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６４（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６４（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図６４（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。
【０１１０】
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６５（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６５（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６５（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６５（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。
【０１１１】
図６６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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【０１１２】
図６７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６７（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６７（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図６７（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６７（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６７（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。
【０１１３】
ＰＤから生成される電流Ｉｓは一定である（図６７（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６７（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６７（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。
【０１１４】
図６８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センサ回路部の動作に対し緩慢であるとする。
【０１１５】
図６９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６９（Ａ））。積分器２４４に入力される電圧も一定である（図６９（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６９（Ｄ））、積分区間制御信号により積分を開始させる（図６９（Ｅ））。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（図６９（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６９（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。
【０１１６】
積分器２４４においてはこの一定の電圧を積分する（図６９（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６９（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。
【０１１７】
図６１では信号キャプチャ部に積分器を使用したが、ベースクリッパ積分器またはベースクリッパ切替積分器を使用してもよい。ベースクリッパ積分器を使用した場合では測定制御部からベースクリッパ積分器に出力する状態制御信号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状態制御信号は積分区間制御信号、オフセット信号、リセット信号、切替信号となる。
【０１１８】
図７０に本発明に係る第６の実施形態を示す。本実施形態では、接続部２１が２つの接続端子２１１と電極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とで構成されていることと、トランスデューサ応答検出部２３０が信号キャプチャ部２４のみで構成されていることが第１の実施形態と異なる。センサを製造する時には、電極１１と電極２１より接続端子２１１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とセンサ回路部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およびトランスデューサ応答検出部２３０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。本実施形態では状態制御信号が検出動作選択信号となる。
【０１１９】
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。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、接続部２１の容量Ｃ１および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。
【０１２０】
図左側の接続端子２１１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２１１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２１１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２１１と電流電圧変換回路２４５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。電流電圧変換回路２４５においては、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。
【０１２１】
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。以下の説明で電流電圧変換回路２４５の入力インピーダンスは抵抗としている。
【０１２２】
図７１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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１２３】
図７１ではトランスデューサ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７１（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７１（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、電流電圧変換回路２４５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７１（Ｃ））が生じる。電流電圧変換回路２４５において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４５においてピーク値が保持され出力される（図７１（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７１（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７１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。
【０１２４】
図７２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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１２５】
図７２ではトランスデューサ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７２（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７２（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、電流電圧変換回路２４５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７２（Ｃ））が生じる。電流電圧変換回路２４５において電流Ｉｓが電圧に変換され、ピークホールド回路２４５においてピーク値が保持され出力される（図７２（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７２（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７２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。
【０１２６】
図７３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ブロック図を示す。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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１２７】
図７４に各部の波形を示す。同図ではトランスデューサに入力される光強度を一定としている（図７４（Ａ））。トランスデューサ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７４（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。
【０１２８】
ＰＤの電流電圧特性は図７５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７６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電流電圧変換回路２４５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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
以上の動作により電流電圧変換回路２４５を流れる電流Ｉｓは図７４（Ｃ）のようになる。電流電圧変換回路２４５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７４（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７４（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。
【０１３１】
図７７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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１３２】
図７８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７８（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７８（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。
【０１３３】
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７９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電流電圧変換回路２４５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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
以上の動作により電流電圧変換回路２４５を流れる電流Ｉｓは図７８（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７８（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７８（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。
【０１３６】
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とセンサ回路部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。
【０１３７】
図７０において信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用したが、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３またはオフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８のいずれかを使用してもよい。ピークホールド回路２４１またはオフセット除去機能付ピークホールド回路２４３のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用してもよい。オフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８を使用した際には測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用する。また、図７０において信号キャプチャ部２４に積分器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のいずれかを使用してもよい。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のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にタイミング生成部２５３を使用してもよい。
【０１３８】
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。動作の例として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図８０に示す。トランスデューサの抵抗値を測定する時には積分器を初期状態にするリセット信号を停止し、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からパルスの電圧信号が出力される（図８０（Ｂ））。電圧ドライブ回路は電圧信号がトランスデューサ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の抵抗と、交流結合接続部の容量Ｃ１およびＣ２と、電流電圧変換回路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８０（Ｃ））が生じる。電流電圧変換回路において電流Isが電圧に変換され、積分器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８０（Ｅ））。
【０１３９】
第６の実施形態における接続部の変化形を図８１に示す。本変化形では、２つの接続端子２１１と容量Ｃｔ１と容量Ｃｔ２とインダクタＬｔ１とインダクタＬｔ２とで接続部２１を構成している。容量Ｃｔ１とインダクタＬｔ１と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と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ている。
【０１４０】
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、他端には信号キャプチャ部２４の電流電圧変換回路２４５が接続されている。図８０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、電流電圧変換回路２４５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７０に示した第６の実施形態と同じであるため説明を割愛する。
【０１４１】
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。以下の説明で電流電圧変換回路２４５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。
【０１４２】
図８２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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１４３】
図８２ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図８２（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８２（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８２（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と電流電圧変換回路２４５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８２（Ｃ））が生じる。電流電圧変換回路において電流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８２（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８２（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８２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。
【０１４４】
図８３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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１４５】
図８３ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図８３（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８３（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８３（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、電流電圧変換回路２４５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８３（Ｃ））が生じる。電流電圧変換回路２４５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８３（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８３（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８３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。
【０１４６】
図８４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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１４７】
図８４ではトランスデューサに入力される光強度を一定としている（図８４（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８４（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７６と同じであるため割愛する。電流電圧変換回路２４５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８４（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８４（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。
【０１４８】
図８５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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１４９】
図８６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８６（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８６（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７９と同じであるため割愛する。電流電圧変換回路２４５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８６（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８６（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。
【０１５０】
図８１において信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用したが、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３またはオフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８のいずれかを使用してもよい。ピークホールド回路２４１またはオフセット除去機能付ピークホールド回路２４３のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用してもよい。オフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８を使用した際には測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用する。また、図８１において信号キャプチャ部２４に積分器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のいずれかを使用してもよい。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のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にタイミング生成部２５３を使用してもよい。
【０１５１】
さらに、図７０と図８２に示した第６の実施形態と接続部の変化形では、トランスデューサ応答検出部２３０に信号キャプチャ部２４のみを使用したが、第１から第５の実施形態例で示したモード切替部２３と信号キャプチャ部２４で構成されるトランスデューサ応答検出部２３０を使用してもよい。モード切替部２３と信号キャプチャ部２４で構成されるトランスデューサ応答検出部２３０を使用する場合では、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する。この場合ではモード切替部と状態制御信号が検出動作選択信号となる。
【０１５２】
図８７に本発明に係る第７の実施形態を示す。本実施形態では、２つの接続端子２１１と電極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とが接続部２１、電流ドライブ回路２２２がドライブ部２２となる。また、本実施形態では状態制御信号が検出動作選択信号となる。
【０１５３】
図左側の接続端子２１１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２１１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２１１とグランドが接続されている。容量Ｃ２には右側の接続端子２１１とピークホールド回路２４１と電流ドライブ回路２２２が接続されている。電流ドライブ回路２２２では、ドライブ信号が入力されると時間平均がゼロであるパルスの電流信号を出力する。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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
図８８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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１５６】
図８８ではトランスデューサ９の抵抗値を一定としている（図８８（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８８（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８８（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８８（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８８（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８８（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。図８８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。
【０１５７】
図８９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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１５８】
図８９ではトランスデューサ９の容量値を一定としている（図８９（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８９（Ｄ））、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８９（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（図８９（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８９（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８９（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。
【０１５９】
図９０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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１６０】
図９０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９０（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９０（Ｄ））、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９０（Ｂ））。
【０１６１】
光強度が一定で容量を介してパルスのドライブ信号電流を入力しているため、ＰＤの電流と電圧は図９１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ドライブ信号電流の入力前では、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。パルスのドライブ信号電流の最大値までの立上りでは、パルス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。点Ｂは光強度に依存して変化するため、パルスのドライブ信号電流の最大値で生じる電圧Ｖｓのピーク値も光強度に依存する。
【０１６２】
パルスのドライブ信号電流の最大値通過後では、ＰＤの電流と電圧は点Ｂから点Ａ、点Ａから点Ｃに向かって遷移する。この後、パルスのドライブ信号電流の出力が完了した後の一定の状態では再び点Ａに戻る。
【０１６３】
以上の動作により電圧Ｖｓは図９０（Ｃ）のようになり、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９０（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９０（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圧Ｖｓ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。
【０１６４】
図９２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各部の波形を示す。この場合では図７７と同様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センサ回路部２の動作に対し緩慢であるとする。
【０１６５】
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９２（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９２（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９２（Ｂ））。
【０１６６】
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９３に示すようにパルスの電流信号が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。パルスの電流信号の最大値までの立上りでは、パルス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。点ＢはＶｔに依存して変化するため、パルスのドライブ信号電流の最大値で生じる電圧Ｖｓのピーク値もＶｔに依存する。
【０１６７】
パルスのドライブ信号電流の最大値通過後では、ダイオードの電流と電圧は再び点Ａに戻り、そののち点Ａから点Ｃに向かって遷移する。パルスのドライブ信号電流の出力が完了した後の一定の状態では再び点Ａに戻る。
【０１６８】
以上の動作により電圧Ｖｓは図９２（Ｃ）のようになり、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９２（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９２（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。
【０１６９】
図８７において信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用したが、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３またはオフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８のいずれかを使用してもよい。ピークホールド回路２４１またはオフセット除去機能付ピークホールド回路２４３のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用してもよい。オフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８を使用した際には測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用する。また、図８７において信号キャプチャ部２４に積分器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のいずれかを使用してもよい。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のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にタイミング生成部２５３を使用してもよい。
【０１７０】
第７の実施形態における接続部の変化形を図９４に示す。本変化形では、２つの接続端子２１１と容量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と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と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ている。
【０１７１】
インダクタＬｔ１の一端にはドライブ部２２である電流ドライブ回路２２２と信号キャプチャ部２４のピークホールド回路２４１が接続され、他端にはグランドが接続されている。図９４では、グランドとインダクタＬｔ１の接続の間に容量Ｃｔ１が挿入されているが、電流ドライブ回路２２２およびピークホールド回路２４１とインダクタＬｔ１の接続の間に容量Ｃｔ１を挿入してもよい。電流ドライブ回路２２２とピークホールド回路２４１の動作やトランスデューサ９を接続したときの動作は、図８１に示した第６の実施形態における接続部の変化形と同じであるため説明を割愛する。
【０１７２】
図９４において信号キャプチャ部２４にピークホールド回路２４１を使用したが、オフセット除去機能付ピークホールド回路２４３またはオフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８のいずれかを使用してもよい。ピークホールド回路２４１またはオフセット除去機能付ピークホールド回路２４３のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用してもよい。オフセット除去・積算機能付ピークホールド回路２４８を使用した際には測定制御部２５にドライブ信号生成部２５２を使用する。また、図９４において信号キャプチャ部２４に積分器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のいずれかを使用してもよい。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のいずれかを使用した際には、測定制御部２５にタイミング生成部２５３を使用してもよい。
【０１７３】
さらに、図８７と図９４に示した第7の実施形態と接続部の変化形では、トランスデューサ応答検出部２３０に信号キャプチャ部２４のみを使用したが、第１から第５の実施形態例で示したモード切替部２３と信号キャプチャ部２４で構成されるトランスデューサ応答検出部２３０を使用してもよい。モード切替部２３と信号キャプチャ部２４で構成されるトランスデューサ応答検出部２３０を使用する場合では、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を電圧の入力モードに設定する。この場合ではモード切替部と状態制御信号が検出動作選択信号となる。
【０１７４】
以上の説明ではセンサ回路部２を１個としていたが、センサ回路部２を複数とし、それぞれにトランスデューサ９を接続してもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
２…センサ回路部
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
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…測定制御部
２２１…電圧ドライブ回路
２２２…電流ドライブ回路
２３０…トランスデューサ応答検出部
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
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…インターフェース・制御部
２５２…ドライブ信号生成部
２５３…タイミング生成部
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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