(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ出力に混入したノイズ成分によって、センサ出力の精度が低下することを抑制する。【解決手段】コントローラ２０は、短絡部ＳＷ１によって第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２とを短絡させた状態で蓄積処理部ＯＴによって第１処理を行うことによって、第１のコンデンサＣＬへ、少なくとも、センサ部２から出力された電圧信号に重畳したノイズ成分に相当する電荷を蓄積させ、さらに、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２との間の短絡を解除させた状態で蓄積処理部ＯＴによって第２処理を行うことによって、少なくともノイズ成分に相当する電荷が蓄積された第１のコンデンサＣＬから、ノイズ成分、及び、電圧信号に相当する電荷を放電させる蓄積放電処理と、蓄積放電処理が行われた第１のコンデンサＣＬを放電させて、放電された電荷の変化を第１の積分部７によって積分させる積分処理とを交互に行う。【選択図】図１
2011127908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧値を表す基準電圧信号を出力する基準電圧源に接続され、物理量を変換して得られた電圧値を表す電圧信号を、前記基準電圧信号に重畳させて出力するセンサ部と、
電荷の蓄積及び電荷の放電を行う第１のコンデンサと、
前記センサ部に接続された第１の入力端子と、前記基準電圧源に接続された第２の入力端子と、を備え、前記第１の入力端子に入力された信号で表される電圧値から前記第２の入力端子に入力された前記基準電圧信号で表される前記基準電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を前記第１のコンデンサに蓄積させる第１処理と、前記第２の入力端子に入力された前記基準電圧信号で表される電圧値から、前記第１の入力端子に入力された信号で表される電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を前記第１のコンデンサに蓄積させる第２処理と、を選択的に行う蓄積処理部と、
前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とを短絡させる短絡部と、
前記第１のコンデンサから放電される電荷の変化を積分する第１の積分部と、
前記短絡部によって前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とを短絡させた状態で前記蓄積処理部によって前記第１処理を行うことによって、前記第１のコンデンサへ、少なくとも、前記センサ部から出力された前記電圧信号に重畳したノイズ成分に相当する電荷を蓄積させ、さらに、前記短絡部による前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間の短絡を解除させた状態で前記蓄積処理部によって前記第２処理を行うことによって、少なくとも前記ノイズ成分に相当する電荷が蓄積された前記第１のコンデンサから、前記ノイズ成分、及び、前記電圧信号に相当する電荷を放電させる蓄積放電処理と、
当該蓄積放電処理が行われた前記第１のコンデンサを放電させて、放電された電荷の変化を前記第１の積分部によって積分させる積分処理と、を交互に行うコントローラと、
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第１の積分部は、
前記第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに接続された充電スイッチと、
前記第１のコンデンサが前記充電スイッチを介して反転入力端子に接続される一方で、基準電圧を表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力される第１のオペアンプと、
一端が前記第１のオペアンプの反転入力端子に接続される一方で、他端が前記第１のオペアンプの出力端子に接続された第２のコンデンサと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記第１のコンデンサから放電された電荷を増幅する増幅部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記第１の積分部には、
電荷の蓄積及び放電を行う第３のコンデンサと、
前記第３のコンデンサに接続された充電スイッチと、
前記第３のコンデンサが前記充電スイッチを介して反転入力端子に接続される一方で、基準電圧を表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力される第２のオペアンプと、
一端が前記第２のオペアンプの反転入力端子に接続される一方で、他端が前記第２のオペアンプの出力端子に接続された第４のコンデンサと、からなる１又は複数の第２の積分部が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記第１の積分部の前記第２のコンデンサの静電容量は、前記第１のコンデンサの静電容量よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記第２の積分部の前記第４のコンデンサの静電容量は、前記第３のコンデンサの静電容量よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出して電圧信号を出力するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物理量を電気量に変換するセンサ部と、センサ部の出力を検出する検出部とを備えたセンサ装置が知られている。
【０００３】
この種のセンサ装置に用いられるセンサ部として、電気量の変化に応じた電流値の変化を出力するいわゆる電流検出型のものと、電気量の変化に応じた電圧値の変化を出力するいわゆる電圧検出型のものとがある。
【０００４】
電流検出型のセンサ部と共に用いられる検出部は、センサ部から出力される電荷をサンプリング期間内に蓄積する容量成分と、オンオフ動作により容量成分に蓄積された電荷の充放電を行うスイッチング素子とを具備し、容量成分の両端電圧を出力電圧として出力することが一般的である（たとえば特許文献１参照）。なお、特許文献１において、容量成分として、センサ部と検出部とを接続する信号線と、回路グランドまたは電源と、の間の寄生容量を用いることが記載されている。
【０００５】
また、この種の検出部において、スイッチング素子のスイッチングにより発生するノイズを低減するために、一般的にローパスフィルタが用いられている（たとえば特許文献２参照）。
【０００６】
一方、電圧検出型のセンサ部と共に用いられる検出部においても、図９に示すように、特許文献１と同様の構成の検出部３を用いることが知られている。図９の構成では、スイッチング素子ＳＷ１をオンすることで容量成分Ｃ１’の蓄積電荷をリセットし、その後、所定のサンプリング期間にスイッチング素子ＳＷ１をオフしてセンサ部２の出力により容量成分Ｃ１’を充電する。これにより、センサ部２の出力を容量成分Ｃ１’の両端電圧として取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６５８４７号公報
【特許文献２】特開２００７−５７４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、センサ装置では、センサ部から出力される電圧信号に、オフセット誤差、フリッカ雑音、サーマルノイズ、スイッチングノイズなどの各種のノイズ成分が混入することがある。このようなノイズ成分が混入していると、センサ出力の検出精度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであって、センサ出力に混入したノイズ成分によって、センサ出力の精度が低下することを抑制することができるセンサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面に係るセンサ装置は、基準電圧値を表す基準電圧信号を出力する基準電圧源に接続され、物理量を変換して得られた電圧値を表す電圧信号を、前記基準電圧信号に重畳させて出力するセンサ部と、電荷の蓄積及び電荷の放電を行う第１のコンデンサと、前記センサ部に接続された第１の入力端子と、前記基準電圧源に接続された第２の入力端子と、を備え、前記第１の入力端子に入力された信号で表される電圧値から前記第２の入力端子に入力された前記基準電圧信号で表される前記基準電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を前記第１のコンデンサに蓄積させる第１処理と、前記第２の入力端子に入力された前記基準電圧信号で表される電圧値から、前記第１の入力端子に入力された信号で表される電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を前記第１のコンデンサに蓄積させる第２処理と、を選択的に行う蓄積処理部と、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とを短絡させる短絡部と、前記第１のコンデンサから放電される電荷の変化を積分する第１の積分部と、前記短絡部によって前記第１の入力端子と前記第２の入力端子とを短絡させた状態で前記蓄積処理部によって前記第１処理を行うことによって、前記第１のコンデンサへ、少なくとも、前記センサ部から出力された前記電圧信号に重畳したノイズ成分に相当する電荷を蓄積させ、さらに、前記短絡部による前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間の短絡を解除させた状態で前記蓄積処理部によって前記第２処理を行うことによって、少なくとも前記ノイズ成分に相当する電荷が蓄積された前記第１のコンデンサから、前記ノイズ成分、及び、前記電圧信号に相当する電荷を放電させる蓄積放電処理と、該蓄積放電処理が行われた前記第１のコンデンサを放電させて、放電された電荷の変化を前記第１の積分部によって積分させる積分処理と、を交互に行うコントローラと、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
第１の入力端子が、基準電圧値を表す基準電圧信号が入力されている第２の入力端子との間で短絡すると、第１の入力端子に基準電圧値が入力される。その結果、第１の入力端子が第２の入力端子との間で短絡している状態で、第１の入力端子にノイズ成分が混入したときには、第１の入力端子側の電圧値が、ノイズ成分の電圧値と基準電圧値との和となる。
【００１２】
この構成によれば、コントローラが、第１の入力端子と第２の入力端子とを短絡させた状態で蓄積放電部に第１処理を行わせることによって、第１の入力端子に入力された、ノイズ成分が重畳した状態の基準電圧信号で表される電圧値と第２の入力端子に入力された基準電圧信号で表される電圧値との差分に応じた電荷を、第１のコンデンサに蓄積させる。これにより、第１のコンデンサは、少なくともノイズ成分に相当する電荷が蓄積された状態となる。
【００１３】
その後、コントローラが、第１の入力端子と第２の入力端子との間の短絡を解除させた状態で蓄積放電部に第２処理を行わせることによって、少なくともノイズ成分に相当する電荷が蓄積された状態の第１のコンデンサに対して、ノイズ成分、及び、センサ部からの電圧信号に相当する電荷を放電させる。これにより、第１のコンデンサには、蓄積放電部による第１処理が終了した時点の極性とは逆の極性の、センサ部からの電圧信号に相当する電荷が蓄積された状態となる。
【００１４】
そして、コントローラが、以上の第１処理及び第２処理を経て第１のコンデンサに蓄積された、電圧信号に相当する電荷を放電させて、放電された電荷の変化を第１の積分部によって積分する。コントローラは、以上の処理を繰り返して行う。
【００１５】
このように、センサ部からの電圧信号に相当する電荷の蓄積と、これに続く電荷の変化の積分と、を一連の処理として繰り返し行うため、コントローラが、一連の処理を行う周期を変更すれば、センサ部からの電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期が必然的に変更される。
【００１６】
したがって、コントローラが、センサ部からの電圧信号に相当する電荷の蓄積と、これに続く電荷の変化の積分とからなる一連の処理の周期を変更することで、センサ部からの電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期を容易に変更することができる。
【００１７】
これにより、コントローラは、センサ部からの電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期を短くすることによって、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を増加させることが容易となる。
【００１８】
このように、センサ部からの電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期を短くすることによって、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が除去された電圧信号が反映された積分値の数を容易に増加させることができる。
【００１９】
ここにおいて、一般には、センサ部から出力される電圧信号にはノイズ成分が混入しやすいため、当該電圧信号の増幅率を高めるとノイズ成分までもが増幅されてしまう。このため、従来では、当該電圧信号の増幅率をあまり高くすることはできなかった。
【００２０】
しかしながら、先述されたように、この構成によれば、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を容易に増加させることができる。したがって、センサ部から出力される電圧信号の増幅率を高めた分だけ、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を増加させることが容易となる。
【００２１】
これにより、センサ部から出力される電圧信号の増幅率を高めながら、精度の良いセンサ出力を得ることが容易となる。
【００２２】
その結果、センサ出力をデジタル変換するデジタル変換部として、高い分解能を持つ高性能のデジタル変換部を設けることが要されなくなる。結果として、コストの削減を図ることができる。
【００２３】
以上により、この構成によれば、センサ出力に混入したノイズ成分によって、センサ出力の精度が低下することを抑制することができるセンサ装置を、低コストで提供することができる。
【００２４】
上記構成において、前記第１の積分部は、前記第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに接続された充電スイッチと、前記第１のコンデンサが前記充電スイッチを介して反転入力端子に接続される一方で、基準電圧を表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力される第１のオペアンプと、一端が前記第１のオペアンプの反転入力端子に接続される一方で、他端が前記第１のオペアンプの出力端子に接続された第２のコンデンサと、を備えることが好ましい（請求項２）。
【００２５】
この構成によれば、第１の積分部は、第１のコンデンサに蓄積された電荷を、充電スイッチの制御によって、第１のオペアンプの非反転入力端子と出力端子との間に介在する第２のコンデンサに入力させて第２のコンデンサを充電させる。この第２のコンデンサに充電された電荷の大きさは、最終的に第１の積分部の出力電圧の形で反映される。
【００２６】
このように、第１のコンデンサに蓄積された電荷を、充電スイッチの制御によって、第１のオペアンプの非反転入力端子と出力端子との間に介在する第２のコンデンサに蓄積させ、最終的に第１の積分部の出力電圧の形で反映させる積分器は、いわゆるスイッチトキャパシタ積分器と呼ばれる。
【００２７】
この種のスイッチトキャパシタ積分器は、一般に、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサ）の静電容量を積分用のコンデンサ（第２のコンデンサ）の静電容量で除して得られた増幅率で、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサ）からの出力電圧を増幅する。
【００２８】
これにより、この種の第１の積分部だけで、第１のコンデンサの端子間電圧の大きさを増幅する増幅回路と、第１のコンデンサから放電された電荷の変化を積分する積分回路との双方の機能が実現される。結果として、２つの回路を設けるスペースが要されないため、センサ装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
上記構成において、前記第１のコンデンサから放電された電荷を増幅する増幅部が設けられていることが好ましい（請求項３）。
【００３０】
この構成によれば、第１のコンデンサから放電された電荷を増幅する増幅部が設けられているため、高い増幅率を得ることができる。したがって、高い分解能を持つ高性能のデジタル変換部を設けることが要されなくなるため、コストの削減を図ることができる。
【００３１】
上記構成において、前記第１の積分部には、電荷の蓄積及び放電を行う第３のコンデンサと、前記第３のコンデンサに接続された充電スイッチと、前記第３のコンデンサが前記充電スイッチを介して反転入力端子に接続される一方で、基準電圧を表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力される第２のオペアンプと、一端が前記第２のオペアンプの反転入力端子に接続される一方で、他端が前記第２のオペアンプの出力端子に接続された第４のコンデンサと、からなる１又は複数の第２の積分部が接続されていることが好ましい（請求項４）。
【００３２】
一般に、スイッチトキャパシタ積分器は、先述されたように、サンプリング用のコンデンサ（第３のコンデンサ）の静電容量を積分用のコンデンサ（第４のコンデンサ）の静電容量で除して得られた増幅率で、サンプリング用のコンデンサ（第３のコンデンサ）からの出力電圧を増幅する。
【００３３】
この構成によれば、第１の積分部には、この種のスイッチトキャパシタ積分器が１又は複数設けられているため、第１のコンデンサの出力電圧を第１の積分部だけで増幅するよりも、高い増幅率を得ることができる。したがって、デジタル変換部に要求される分解能がより低くなるため、コストをより削減することができる。
【００３４】
上記構成において、前記第１の積分部の前記第２のコンデンサの静電容量は、前記第１のコンデンサの静電容量よりも小さいことが好ましい（請求項５）。
【００３５】
先述されたように、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサ）の静電容量を積分用のコンデンサ（第２のコンデンサ）の静電容量で除して得られた増幅率で、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサ）からの出力電圧を増幅する。
【００３６】
したがって、第２のコンデンサの静電容量が第１のコンデンサの静電容量よりも小さい場合に、１を超える増幅率が得られる。
【００３７】
この構成によれば、第１の積分部の第２のコンデンサの静電容量は、第１のコンデンサの静電容量よりも小さいため、１を超える増幅率が得られる。これにより、別途、増幅部を設けることが要されない。結果として、コストの低減を図ることができる。
【００３８】
上記構成において、前記第２の積分部の前記第４のコンデンサの静電容量は、第３のコンデンサの静電容量よりも小さいことが好ましい（請求項６）。
【００３９】
先述されたように、サンプリング用のコンデンサ（第３のコンデンサ）の静電容量を積分用のコンデンサ（第４のコンデンサ）の静電容量で除して得られた増幅率で、サンプリング用のコンデンサ（第３のコンデンサ）からの出力電圧を増幅する。
【００４０】
したがって、第４のコンデンサの静電容量が第３のコンデンサの静電容量よりも小さい場合に、１を超える増幅率が得られる。
【００４１】
この構成によれば、第２の積分部の第４のコンデンサの静電容量は、第３のコンデンサの静電容量よりも小さいため、１を超える増幅率が得られる。これにより、別途、増幅部を設けることが要されない。結果として、コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、センサ出力に混入したノイズ成分によって、センサ出力の精度が低下することを抑制することができる、低コストのセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ装置の回路構成の一例を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るセンサ装置で用いられる電圧電流変換器の回路構成の一例を示した図である。
【図３】スイッチ信号について説明するための図である。
【図４】選択部の他の構成例を示した図である。
【図５】電圧電流変換器の第１処理及び第２処理について詳細に説明するための図である。
【図６】センサ装置の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るセンサ装置の回路構成の他の例を示した図である。
【図８】センサ装置の参考例を示した図である。
【図９】従来のセンサ装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明者は、センサ出力に混入したノイズ成分によって、センサ出力の精度が低下することを抑制することができる様々なセンサ装置を開発してきた。図８に示されるセンサ装置１００は、この種のセンサ装置の一例である。
【００４５】
この種のセンサ装置１００は、センサ部２のセンサ出力と基準電圧Ｖｒｅｆｆとの電圧差に応じた電流を出力する電圧電流変換器ＯＴ’を備える。この種の電圧電流変換器ＯＴ’として、一般的に、ｇｍ素子（トランスコンダクタンス素子）あるいはＯＴＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼ばれるものが用いられる。
【００４６】
電圧電流変換器ＯＴ’は、センサ部２の出力側に接続された第１の入力端子Ｉｎ１と、基準電圧Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号が印加された第２の入力端子Ｉｎ２とを備えており、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２との間の電圧差に相当する大きさの電流を出力端子Ｔｏから出力する。
【００４７】
この種のセンサ装置１００は、相関２重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：以下、ＣＤＳという）を行うことによって、ノイズ成分が混入したセンサ出力と、ノイズ成分との間の差分をサンプリングすることで、センサ出力に及ぼすノイズ成分の影響を軽減する。
【００４８】
センサ装置１００において、図８に示されるように電圧電流変換器ＯＴ’の出力端子Ｔｏの後段に、コンデンサＣ１およびスイッチング素子ＳＷ１を具備する信号検出部１１と、当該信号検出部１１と同様にコンデンサＣ２およびスイッチング素子ＳＷ２を具備するオフセット検出部１２とが接続されている。信号検出部１１並びにオフセット検出部１２は、出力端子Ｔｏに対してそれぞれスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して接続されている。
【００４９】
信号検出部１１およびオフセット検出部１２の後段には差分部１３が設けられている。検出増幅部３の出力電圧Ｖｏｆｆは、差分部１３によって、信号検出部１１のコンデンサＣＬの両端電圧Ｖ１からノイズ検出部１２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ２を差し引いた電圧値とされる。電圧電流変換器４において、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２との間には、ノイズ検出部１２側のスイッチＳＷ４と同時にオンされるスイッチＳＷ５が設けられている。
【００５０】
この種のセンサ装置１００では、コントローラ２０が、所定のタイミングでスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ５を制御することによって、コンデンサＣ１へノイズ成分を含むセンサ出力に対応する電荷を蓄積させるとともに、コンデンサＣ２へノイズ成分に対応する電荷を蓄積させ、その後、コンデンサＣ１及びＣ２の各々に蓄積されている電荷の差分を取る。これにより、ノイズ成分による影響が軽減されたセンサ出力を得る。
【００５１】
ところで、この種のセンサ装置１００では、ノイズ成分による影響が軽減されたセンサ出力を得るために、２つのコンデンサＣ１及びＣ２が設けられている。これらのコンデンサＣ１及びＣ２は、差分によりノイズ成分による影響を軽減するために、同じ静電容量を有することが要されている。
【００５２】
しかしながら、コンデンサＣ１及びＣ２の各々の温度特性が異なると、同じだけ周辺温度が変動しても、静電容量が同じだけ変動するとは限らない。また、コンデンサＣ１及びＣ２の各々の製造時におけるプロセスばらつきが生じると、各々の静電容量に相違が生じる。
【００５３】
このように、コンデンサＣ１及びＣ２の各々の静電容量に相違が生じると、ノイズ成分の軽減効率が低下するため、センサ出力を精度良く検出することができない事態が生じることが考えられる。本発明の一実施形態に係るセンサ装置は、このようなおそれを排除したセンサ装置である。
【００５４】
以下に、本発明の一実施形態に係るセンサ装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置の回路構成の一例を示した図である。図２は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置で用いられる電圧電流変換器の回路構成の一例を示した図である。
【００５５】
図１に示されるセンサ装置１は、基準電圧値Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号を出力する基準電圧源に接続され、物理量を変換して得られた電圧値を表す電圧信号を、基準電圧信号に重畳させて出力する電圧検出型のセンサ部２と、センサ部２から出力される電圧信号を検出する検出部３と、検出部３により検出された電圧信号をデジタル変換するＡＤコンバータＡＤと、このセンサ装置１を統括的に制御するコントローラ２０と、を備える。
【００５６】
このセンサ装置１では、センサ部２と検出部３との間にはスイッチＳＷ０が設けられており、センサ部２からの電圧信号を検出する際には、コントローラ２０がスイッチＳＷ０をオン状態とする。
【００５７】
検出部３は、入力された電圧値に応じた大きさの電流を後段に出力する電圧電流変換器（蓄積処理部）ＯＴと、電荷の蓄積及び放電を行うコンデンサ（第１のコンデンサ）ＣＬと、コンデンサＣＬに蓄積されている電荷が放電されたときにその電荷の変化を積分する積分部（第１の積分部）７と、を備える。
【００５８】
電圧電流変換器ＯＴは、図２に示されるように、センサ部２からの電圧信号が、基準電圧信号が重畳した状態で入力される第１の入力端子Ｉｎ１と、基準電圧信号が入力される第２の入力端子Ｉｎ２と、を備える。電圧電流変換器ＯＴにおいて、スイッチ（短絡部）ＳＷ１は、コントローラ２０によって制御され、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２とを短絡させる機能を有する。
【００５９】
電圧電流変換器ＯＴにおいて、第１及び第２の入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２には、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴｒ１及びＴｒ２のゲートがそれぞれ接続されている。トランジスタＴｒ１及びＴｒ２には直流電圧源ＶＤＤからの直流電圧が印加されており、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２のソース電位が等しくなるようにそれぞれのソースが共通の定電流源５に接続されている。
【００６０】
これにより、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２の各々で流れるドレイン電流の電流値が、それぞれのゲート電圧の大きさに従って決定される。つまり、トランジスタＴｒ１のドレイン電流の電流値がセンサ部２からの信号の電圧値に従って決定される一方で、トランジスタＴｒ２のドレイン電流の電流値が基準電圧信号の電圧値に従って決定される。
【００６１】
トランジスタＴｒ１のドレインは、第１のカレントミラーＭ１の入力側となるトランジスタＴｒ３を通して接地点ＧＮＤに接続されており、トランジスタＴｒ２のドレインは、第２のカレントミラーＭ２の入力側となるトランジスタＴｒ４を通して接地点ＧＮＤに接続されている。
【００６２】
具体的には、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４はＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。トランジスタＴｒ３のドレインがトランジスタＴｒ１のドレインに接続されている一方で、トランジスタＴｒ４のドレインがトランジスタＴｒ２のドレインに接続されている。
【００６３】
さらに、トランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４の各々のゲートが接地点ＧＮＤに接続されている。
【００６４】
これにより、トランジスタＴｒ３のドレイン−ソースが、トランジスタＴｒ１のソース−ドレインに直列に接続されることになる。その一方で、トランジスタＴｒ４のドレイン−ソースが、トランジスタＴｒ２のソース−ドレインに直列に接続されることになる。その結果、トランジスタＴｒ１で流れるドレイン電流がトランジスタＴｒ３のドレイン電流となる一方で、トランジスタＴｒ２で流れるドレイン電流がトランジスタＴｒ４のドレイン電流となる。
【００６５】
第１のカレントミラーＭ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴｒ３及びＴｒ５からなる。トランジスタＴｒ３は第１のカレントミラーＭ１の入力側のトランジスタであり、このトランジスタＴｒ３のドレイン電流がそのまま出力側のトランジスタＴｒ５のドレイン電流となる。
【００６６】
また、第２のカレントミラーＭ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴｒ４及びＴｒ６からなる。トランジスタＴｒ４は第２のカレントミラーＭ２の入力側のトランジスタであり、このトランジスタＴｒ４のドレイン電流がそのまま出力側のトランジスタＴｒ６のドレイン電流となる。
【００６７】
そして、トランジスタＴｒ５のドレインは、スイッチング素子Ｑ１を介してトランジスタＴｒ７に接続されており、さらに、スイッチング素子Ｑ３を介してトランジスタＴｒ８に接続されている。また、トランジスタＴｒ６のドレインは、スイッチング素子Ｑ２を介してトランジスタＴｒ８に接続されており、さらに、スイッチング素子Ｑ４を介してトランジスタＴｒ７に接続されている。
【００６８】
トランジスタＴｒ７及びＴｒ８の各々はＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。トランジスタＴｒ７及びＴｒ８は、トランジスタＴｒ７を入力側トランジスタ、トランジスタＴｒ８を出力側トランジスタとする第３のカレントミラーＭ３を形成している。
【００６９】
第３のカレントミラーＭ３では、トランジスタＴｒ７のゲートと、トランジスタＴｒ８のゲートとが接続されている。また、トランジスタＴｒ７のソースと、トランジスタＴｒ８のソースとが、直流電圧源ＶＤＤに接続されている。
【００７０】
トランジスタＴｒ７のドレインは、スイッチング素子Ｑ１を通じてトランジスタＴｒ５のドレインに接続されている。その一方で、トランジスタＴｒ８のドレインは、スイッチング素子Ｑ２を通じてトランジスタＴｒ６のドレインに接続されている。
【００７１】
さらに、第３のカレントミラーＭ３のトランジスタＴｒ８のドレインと、スイッチング素子Ｑ２との間の接続点には、コンデンサＣＬが接続されており、このコンデンサＣＬの両端電圧が出力電圧として取り出される。
【００７２】
また、電圧電流変換部ＯＴは、以下の機能を有する選択部６を備える。この選択部６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されている。
【００７３】
スイッチング素子Ｑ１及びＱ３は、トランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ７とを接続するか、及び、トランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ８とを接続するかのいずれか一方を選択する。
【００７４】
また、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４は、トランジスタＴｒ６とトランジスタＴｒ７とを接続するか、及び、トランジスタＴｒ６とトランジスタＴｒ８とを接続するかのいずれか一方を選択する。
【００７５】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はいずれもコントローラ２０から出力されるスイッチ信号φ１によってオンオフ制御される一方で、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４はいずれもコントローラ２０から出力されるスイッチ信号φ２によってオンオフ制御される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はそれぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ゲートにスイッチ信号φ１、φ２が入力されることにより、対応するスイッチ信号φ１、φ２がＨ（ハイ）レベルのときにオンし、Ｌ（ロー）レベルのときにオフする。
【００７６】
ここに、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の組み合わせと、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の組み合わせとが同時にオンすることのないように、図３に示すように互いに逆位相のスイッチ信号φ１、φ２がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲートに入力される。
【００７７】
電圧電流変換器ＯＴは、コントローラ２０による制御を受け付けて、後述される第１処理及び第２処理を行う。コントローラ２０は、電圧電流変換器ＯＴに第１処理を行わせる際には、スイッチ信号φ１のハイレベル信号をスイッチング素子Ｑ１及びＱ２に出力する一方で、電圧電流変換器ＯＴに第２処理を行わせる際には、スイッチ信号φ２のハイレベル信号をスイッチング素子Ｑ３及びＱ４に出力する。
【００７８】
以下、電圧電流変換部ＯＴによる第１処理及び第２処理の基本動作について、図１及び図２を用いて説明する。ここでは、コンデンサＣＬは、後述されるスイッチＳＷ４及びＳＷ５がオン状態とされて基準電圧Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積されているものとする。
【００７９】
電圧電流変換部ＯＴが第１処理を行うために、コントローラ２０からのスイッチ信号φ１によってスイッチング素子Ｑ１及びＱ２がオン状態とされる一方で、スイッチング素子Ｑ３及びＱ４はオフ状態とされる。これにより、電圧電流変換部ＯＴによる第１処理が開始される。
【００８０】
電圧電流変換部ＯＴでは、第１のカレントミラーＭ１の出力側のトランジスタＴｒ５のドレインと、第３のカレントミラーＭ３のトランジスタＴｒ７のドレインとが導通し、第２のカレントミラーＭ２の出力側のトランジスタＴｒ６のドレインと、第３のカレントミラーＭ３のトランジスタＴｒ８のドレインとが導通する。
【００８１】
このような状態で、入力端子Ｉｎ１に電圧信号が入力されると、トランジスタＴｒ１でドレイン電流が流れる。このトランジスタＴｒ１のドレイン電流の電流値は、第１のカレントミラーＭ１の出力側のトランジスタＴｒ５のドレイン電流の電流値を決定する。
【００８２】
そして、第１のカレントミラーＭ１の出力側のトランジスタＴｒ５のドレイン電流の電流値は、第３のカレントミラーＭ３の入力側のトランジスタＴｒ７のドレイン電流の電流値を決定するため、結果として、第３のカレントミラーＭ３の出力側のトランジスタＴｒ８のドレイン電流の電流値を決定する。
【００８３】
その一方で、入力端子Ｉｎ２に基準電圧信号が入力されると、トランジスタＴｒ２でドレイン電流が流れる。このトランジスタＴｒ２のドレイン電流の電流値は、第２のカレントミラーＭ２の出力側のトランジスタＴｒ６のドレイン電流の電流値を決定する。
【００８４】
その結果、トランジスタＴｒ８は、第１の入力端子Ｉｎ１への入力に応じた大きさの電流を供給電流としてコンデンサＣＬに供給する一方で、トランジスタＴｒ６は、第２の入力端子Ｉｎ２への入力に応じた大きさの電流をコンデンサＣＬから引き抜く。
【００８５】
結果として、電圧電流変換器ＯＴは、第１の入力端子Ｉｎ１に入力された電圧信号で表される電圧値から、第２の入力端子Ｉｎ２に入力された基準電圧信号で表される基準電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を、コンデンサＣＬに蓄積させる。
【００８６】
一方、電圧電流変換部ＯＴが第２処理を行うために、コントローラ２０からのスイッチ信号φ２によってスイッチング素子Ｑ３及びＱ４がオン状態とされる一方で、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２はオフ状態とされる。これにより、電圧電流変換部ＯＴによる第２処理が開始される。
【００８７】
電圧電流変換器ＯＴでは、第１のカレントミラーＭ１の出力側のトランジスタＴｒ５のドレインと、第３のカレントミラーＴｒ８のドレインとが導通し、第２のカレントミラーＭ２の出力側のトランジスタＴｒ６のドレインと、第３のカレントミラーＴｒ７のドレインとが導通する。
【００８８】
このような状態で、入力端子Ｉｎ２に基準電圧信号が入力されると、トランジスタＴｒ２でドレイン電流が流れる。このトランジスタＴｒ２のドレイン電流の電流値は、第２のカレントミラーＭ２の出力側のトランジスタＴｒ６のドレイン電流の電流値を決定する。
【００８９】
そして、第２のカレントミラーＭ２の出力側のトランジスタＴｒ６のドレイン電流の電流値は、第３のカレントミラーＭ３の入力側のトランジスタＴｒ７のドレイン電流の電流値を決定するため、結果として、第３のカレントミラーＭ３の出力側のトランジスタＴｒ８のドレイン電流の電流値を決定する。
【００９０】
その一方で、入力端子Ｉｎ１に電圧信号が入力されると、トランジスタＴｒ１でドレイン電流が流れる。このトランジスタＴｒ１のドレイン電流の電流値は、第１のカレントミラーＭ１の出力側のトランジスタＴｒ５のドレイン電流の電流値を決定する。
【００９１】
その結果、トランジスタＴｒ８は、第２の入力端子Ｉｎ２への入力に応じた大きさの電流を供給電流としてコンデンサＣＬに供給する一方で、トランジスタＴｒ５は、第１の入力端子Ｉｎ１への入力に応じた大きさの電流をコンデンサＣＬから引き抜く。
【００９２】
結果として、電圧電流変換器ＯＴは、第２の入力端子Ｉｎ２に入力された基準電圧信号で表される電圧値から、第１の入力端子Ｉｎ１に入力された電圧信号で表される電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を、コンデンサＣＬに蓄積させる。
【００９３】
ところで、選択部６において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々に代えて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（図中ＱＸ）とＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（図中ＱＹ）とを逆直列に接続して構成されたスイッチング素子ＱＱを設けてもよい。
【００９４】
この種のスイッチング素子ＱＱがスイッチング素子Ｑ１及びＱ２に代えて設けられた場合には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ）及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）の各ゲートにはスイッチ信号φ１が入力される。その一方で、スイッチング素子ＱＱがスイッチング素子Ｑ３及びＱ４に代えて設けられた場合には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ）及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）の各ゲートにはスイッチ信号φ２が入力される。
【００９５】
ここにおいて、スイッチング素子ＱＱでは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ）のドレインが、トランジスタＴｒ７又はトランジスタＴｒ８のドレインに接続される。その一方で、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ）のソースが、トランジスタＴｒ５又はトランジスタＴｒ６のドレインに接続されている。
【００９６】
その一方で、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）のドレインが、トランジスタＴｒ５又はトランジスタＴｒ６のドレインに接続される。その一方で、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）のソースが、トランジスタＴｒ７又はトランジスタＴｒ８のドレインに接続されている。
【００９７】
一般に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧がソース電圧より高い時にドレイン電流が流れる。これに対してＰチャネルＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧がソース電圧より低い時にドレイン電流が流れる。
【００９８】
したがって、図２に示されるように、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々では、ゲート電圧がソース電圧より低い場合にはドレイン電流が流れない。そのため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々に入力されるスイッチ信号φ１、φ２のハイレベル信号の電圧値がソース電圧より低いと、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々において適切なスイッチング動作が行われなくなる。
【００９９】
これに対して、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ）及びＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）からなるスイッチング素子ＱＱでは、両ＭＯＳＦＥＴ（ＱＸ及びＱＹ）に、スイッチ信号φ１及びφ２が入力されるため、スイッチ信号φ１及びφ２のハイレベル信号の電圧値が仮にソース電圧よりも低くても、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＱＹ）において適切なスイッチング動作が行われる。
【０１００】
以上に示されるように、図２に示されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の各々に代えて、図４に示されるスイッチング素子ＱＱを設けた場合には、スイッチ信号φ１及びφ２のハイレベル信号が十分な電圧値を有していない場合でも、各スイッチング素子ＱＱにおいて適切なスイッチング動作が行われるという利点を有する。
【０１０１】
以下、図１に戻って、センサ装置１の説明を続ける。
【０１０２】
検出部３において、電圧電流変換器ＯＴと、コンデンサＣＬとの間には、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４が設けられている。また、コンデンサＣＬと積分部７との間にはスイッチＳＷ５及び充電スイッチＳＷ６が設けられている。
【０１０３】
積分部７は、コンデンサＣＬと、コンデンサに接続された充電スイッチＳＷ６と、充電スイッチＳＷ６が反転入力端子に接続される一方で、基準電圧Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力されるオペアンプ（第１のオペアンプ）ＯＰと、一端がオペアンプＯＰの反転入力端子に接続される一方で、他端がオペアンプＯＰの出力端子に接続されたコンデンサ（第２のコンデンサ）ＣＦと、コンデンサＣＦの両端を短絡させてコンデンサＣＦに蓄積されている電荷を放電させるためのスイッチＳＷ７と、を備える。
【０１０４】
この積分部７は、コンデンサＣＬに蓄積された電荷を、充電スイッチＳＷ６の制御によって、オペアンプＯＰの非反転入力端子と出力端子との間に介在するコンデンサＣＦに入力させてコンデンサＣＦを充電させる。このコンデンサＣＦに充電された電荷の大きさは、最終的に積分部７の出力電圧の形で反映される。
【０１０５】
このように、コンデンサＣＬに蓄積された電荷を、充電スイッチＳＷ６の制御によって、オペアンプＯＰの非反転入力端子と出力端子との間に介在するコンデンサＣＦに蓄積させ、最終的に積分部７の出力電圧の形で反映させる積分器は、いわゆるスイッチトキャパシタ積分器と呼ばれる。
【０１０６】
この種のスイッチトキャパシタ積分器は、一般に、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサＣＬ）の静電容量を積分用のコンデンサ（第２のコンデンサＣＦ）の静電容量で除して得られた増幅率で、サンプリング用のコンデンサ（第１のコンデンサＣＬ）からの出力電圧を増幅する。
【０１０７】
これにより、この種の積分部７だけで、コンデンサＣＬの端子間電圧の大きさを増幅する増幅回路と、コンデンサＣＬから放電された電荷の変化を積分する積分回路との双方の機能が実現される。結果として、２つの回路を設けるスペースが要されないため、センサ装置の小型化を図ることができる。
【０１０８】
また、コンデンサＣＦの静電容量は、コンデンサＣＬの静電容量よりも小さくされている。
【０１０９】
先述されたように、積分部７では、コンデンサＣＬの端子間電圧を、コンデンサＣＬの静電容量をコンデンサＣＦの静電容量で除して得られた値で定められる増幅率で増幅して、出力電圧として出力する。したがって、コンデンサＣＦの静電容量がコンデンサＣＬの静電容量よりも小さければ、少なくとも１を超える増幅率が得られる。この構成によれば、積分部７のコンデンサＣＦの静電容量は、コンデンサＣＬの静電容量よりも小さいので、別途、増幅部を要さずに増幅率を得ることができる。
【０１１０】
以下に、電圧電流変換器ＯＴの第１処理及び第２処理について、図１及び図５を用いて詳細に説明する。ここにおいて、電圧電流変換器ＯＴにおいて効率良く抑制できるノイズとしては、例えば、回路オフセット及びフリッカノイズがある。以下の説明では、電圧電流変換器ＯＴによる抑制の対象となるノイズを、回路オフセットとする。このような回路オフセットを、以下の説明において、ノイズ成分Ｖｏｆｆとして説明する。
【０１１１】
図５（ａ）に示すように、第１の入力端子Ｉｎ１はセンサ部２に接続されており、第２の入力端子Ｉｎ２は、基準電圧値Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号を出力する基準電圧源Ｖｒｅｆ（ＶＤＤ＞Ｖｒｅｆ＞ＧＮＤ）に接続されている。尚、コンデンサＣＬは、第１処理が行われる前提として、基準電圧源による基準電圧信号で表されている基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積されているものとする。
【０１１２】
コントローラ２０は、電圧電流変換器ＯＴに第１処理を行わせる際には、短絡スイッチＳＷ１をオン状態として第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２とを短絡させる。この状態では、第１および第２の入力端子Ｉｎ１、Ｉｎ２に、基準電圧値Ｖｒｅｆで表される基準電圧信号が入力されることになる。
【０１１３】
その一方で、コントローラ２０は、電圧電流変換器ＯＴに第２処理を行わせる際には、短絡スイッチＳＷ１をオフ状態として、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２との短絡を解除させる。この状態では、第１の入力端子Ｉｎ１にはセンサ部２からの電圧信号Ｖｓｉｇが、基準電圧信号が重畳した状態で入力される一方で、第２の入力端子Ｉｎ２には基準電圧信号が入力されることになる。
【０１１４】
ここに、基準電圧値Ｖｒｅｆは赤外線を受光していない状態でのセンサ部２の出力と同じ大きさに設定されている。したがって、センサ部２の出力と基準電圧値Ｖｒｅｆとの差分は、赤外線を受光したことによるセンサ部２の出力変化に相当し、言い換えればセンサ部２での赤外線受光量に相当する。
【０１１５】
電圧電流変換器ＯＴは、第１処理を開始したときには、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２とが短絡した状態であるから、第１および第２の入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２に基準電圧値Ｖｒｅｆで表される基準電圧信号が入力される。したがって、理想的には、第１の入力端子Ｉｎ１における電圧値と第２の入力端子Ｉｎ２における電圧値が同じとなるから、コンデンサＣＬの両端電圧（出力電圧）は変化しないはずである。
【０１１６】
しかしながら、実際には、入力端子Ｉｎ１に入力される電圧信号には、ノイズ成分Ｖｏｆｆが混入しているため、第１の入力端子Ｉｎ１における電圧値と第２の入力端子Ｉｎ２における電圧値との間に差が生じるので、コンデンサＣＬに対して、その差に応じた電荷が蓄積されることになる。
【０１１７】
これにより、図５（ｂ）に示されるように、第１の入力端子Ｉｎ１における電圧値と第２の入力端子Ｉｎ２における電圧値との差であるノイズ成分Ｖｏｆｆの電圧値に相当する電荷が、基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積された状態のコンデンサＣＬに順次蓄積される。
【０１１８】
その後、電圧電流変換器ＯＴが第２処理を開始したときには、第１の入力端子Ｉｎ１と第２の入力端子Ｉｎ２との短絡が解除されているから、第１の入力端子Ｉｎ１にはセンサ部２の出力が入力される一方で、第２の入力端子Ｉｎ２には基準電圧値Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号が入力される。
【０１１９】
電圧電流変換器ＯＴは、第２処理では、第２の入力端子Ｉｎ２に入力された基準電圧信号で表される電圧値から、第１の入力端子Ｉｎ１に基準電圧信号が重畳した状態で入力された電圧信号Ｖｓｉｇで表される電圧値を減算して得られた値に応じた電荷を、ノイズ成分Ｖｏｆｆ及び基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積された状態のコンデンサＣＬに蓄積させる。
【０１２０】
その結果、ノイズ成分Ｖｏｆｆ及び基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積された状態のコンデンサＣＬから、ノイズ成分Ｖｏｆｆ、基準電圧値Ｖｒｅｆ、及び、電圧信号Ｖｓｉｇに相当する電荷が放電されることになる。その結果、コンデンサＣＬには、電圧信号Ｖｓｉｇに相当する電荷が、基準電圧値Ｖｒｅｆに対する負の極性の電荷として蓄積された状態となる。
【０１２１】
このような構成のセンサ装置１は、コントローラ２０の制御によって、以下に示されるように動作する。これについて、図１及び図６を用いて説明する。
【０１２２】
コントローラ２０は、短絡スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３及びＳＷ５をオン状態とさせる一方で、スイッチＳＷ２及びＳＷ４、及び、充電スイッチＳＷ６をオフ状態とさせる。この状態で、コントローラ２０は、電圧電流変換器ＯＴにより第１処理を行って、基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷を蓄積した状態のコンデンサＣＬにノイズ成分に相当する電荷を蓄積させる。この処理は、図６において、“Ｏｆｆｓｅｔ  ｓａｍｐｌｅ”で表されており、Ｔｓ秒間の間に行われる。
【０１２３】
尚、コンデンサＣＬを、基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷を蓄積した状態とする処理（いわゆるコンデンサＣＬのリセット処理）として、例えば、スイッチＳＷ０〜ＳＷ７のうち、スイッチＳＷ４及びＳＷ５をオン状態とさせて、コンデンサＣＬの一端を基準電圧源Ｖｒｅｆに接続する一方でその他端を接地点ＧＮＤに接続することが挙げられる。
【０１２４】
ついで、コントローラ２０は、短絡スイッチＳＷ１をオフ状態とし、この状態で、電圧電流変換器ＯＴにより第２処理を行う。その結果、コンデンサＣＬにはノイズ成分による影響が軽減された電圧信号に相当する電荷が蓄積される。この処理は、図６において、“Ｓｉｇｎａｌ  ｓａｍｐｌｅ”で表されており、Ｔｓ秒間の間に行われる。
【０１２５】
以上に示される処理が、蓄積放電処理である。この蓄積放電処理が終了すると、コントローラ２０は、以下の処理を行う。
【０１２６】
ついで、コントローラ２０は、短絡スイッチＳＷ１、ＳＷ３、及び、ＳＷ５をオフ状態とさせる一方で、スイッチＳＷ４及び充電スイッチＳＷ６をオン状態とさせる。この状態では、基準電圧源から、スイッチＳＷ４、コンデンサＣＬ、及び、充電スイッチＳＷ６を通じて積分部７に至る電荷経路が形成される。
【０１２７】
その結果、コンデンサＣＬに蓄積されている、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号に相当する電荷が放電されて積分部７に達するので、積分部７は、その電荷を順次受け付ける（以上、積分処理）。この処理は、図６において、“Ｓａｍｐｌｅ”で表されている。また、この処理において、積分部７に達した電荷が順次オペアンプＯＰで増幅されてコンデンサＣＦに蓄積されるため、図６において、“Ｓｉｇｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”で表されている。この処理は、Ｔａｍｐ秒間の間に行われる。
【０１２８】
以上の蓄積放電処理及び積分処理をコントローラ２０がサンプリング期間Ｔｃｄｓの間行う。コントローラ２０は、以上の処理を、コンデンサＣＬのリセット処理（先述）を挟みながら繰り返し行う。
【０１２９】
また、コントローラ２０は、適宜、スイッチＳＷ２をオン状態とさせて、電圧電流変換器ＯＴをリセットして、電圧電流変換器ＯＴの寄生容量を除去する。
【０１３０】
ここにおいて、図６に示されている“Ｈｏｌｄ”は、コンデンサＣＦがコンデンサＣＬから放電された電荷の全てをコンデンサＣＦが受け付けたときにその電荷を保持する処理である。コントローラ２０は、このようにコンデンサＣＦが保持している電荷を、適宜、スイッチＳＷ７をオン状態とすることによって放電させて、ＡＤコンバータＡＤへ入力させる。
【０１３１】
このように、コントローラ２０が、以上の第１処理及び第２処理を経て第１のコンデンサＣＬに蓄積された、電圧信号に相当する電荷を放電させて、放電された電荷の変化を積分部７によって積分する。コントローラ２０は、以上の処理を繰り返して行う。
【０１３２】
このように、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号に相当する電荷の蓄積と、これに続く電荷の変化の積分と、を一連の処理として繰り返し行うため、コントローラ２０が、一連の処理を行う周期を変更すれば、電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期が必然的に変更される。
【０１３３】
したがって、コントローラ２０が、電圧信号に相当する電荷の蓄積と、これに続く電荷の変化の積分とからなる一連の処理の周期を変更することで、電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期を容易に変更することができる。
【０１３４】
これにより、コントローラ２０は、電圧信号に相当する電荷を蓄積する周期、及び、これに続く電荷の変化の積分を行う周期を短くすることによって、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を増加させることが容易となる。
【０１３５】
ここにおいて、一般には、センサ部から出力される電圧信号にはノイズ成分が混入しやすいため、当該電圧信号の増幅率を高めるとノイズ成分までもが増幅されてしまう。このため、従来では、当該電圧信号の増幅率をあまり高くすることはできなかった。
【０１３６】
しかしながら、先述されたように、この構成によれば、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を容易に増加させることができる。したがって、センサ部２から出力される電圧信号の増幅率を高めた分だけ、単位時間当たりに得られる、ノイズ成分による影響が軽減された電圧信号が反映された積分値の数を増加させることが容易となる。
【０１３７】
これにより、センサ部２から出力される電圧信号の増幅率を高めながら、精度の良いセンサ出力を得ることが容易となる。その結果、高い分解能を持つ高性能のＡＤコンバータＡＤを設けることが要されなくなる。結果として、コストの削減を図ることができる。
【０１３８】
図７は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置の他の回路構成の一例を示した図である。このセンサ装置１Ａでは、コンデンサＣＬから放電された電荷の変化を積分する積分部７の後段には、スイッチ群を介して、コンデンサ（第３のコンデンサ）ＣＬ１から放電された電荷の変化を積分する積分部（第２の積分部）７０が接続されている。センサ装置１Ａにおいて、コンデンサＣＬ１は、積分部７のコンデンサＣＦから放電された電荷の蓄積及び放電を行う。
【０１３９】
積分部７０は、コンデンサＣＬ１と、コンデンサＣＬ１に接続された充電スイッチＳＷ１１と、充電スイッチＳＷ１１が反転入力端子に接続される一方で、基準電圧Ｖｒｅｆを表す基準電圧信号が非反転入力端子に入力されるオペアンプ（第２のオペアンプ）ＯＰ１と、一端がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続される一方で、他端がオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されたコンデンサ（第４のコンデンサ）ＣＦ１と、コンデンサＣＦ１の両端を短絡させてコンデンサＣＦ１に蓄積されている電荷を放電させるためのスイッチＳＷ１２と、を備える。
【０１４０】
この積分部７０は、コンデンサＣＬ１に蓄積された電荷を、充電スイッチＳＷ１１の制御によって、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子との間に介在するコンデンサＣＦ１に入力させてコンデンサＣＦ１を充電させる。このコンデンサＣＦに充電された電荷の大きさは、最終的に積分部７０の出力電圧の形で反映される。
【０１４１】
このように、コンデンサＣＬ１に蓄積された電荷を、充電スイッチＳＷ１１の制御によって、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と出力端子との間に介在するコンデンサＣＦ１に蓄積させ、最終的に積分部７０の出力電圧の形で反映させる積分器は、いわゆるスイッチトキャパシタ積分器と呼ばれる。
【０１４２】
また、積分部７と積分部７０との間に介在するスイッチ群は、積分部７のオペアンプＯＰの出力端子に一端が接続されたスイッチＳＷ８と、スイッチＳＷ８の他端とコンデンサＣＬ１の一端との間を接続点として一端が接続される一方で、他端が回路グランドに接続されるスイッチＳＷ９と、コンデンサＣＬ１の他端と充電スイッチＳＷ１１の一端との間を接続点として一端が接続される一方で、他端が基準電圧源Ｖｒｅｆに接続されるスイッチＳＷ１０と、充電スイッチＳＷ１１と、で構成されている。
【０１４３】
この構成によれば、積分部７における積分処理でコンデンサＣＦに蓄積された電荷が放電し、放電した電荷がコンデンサＣＬ１に蓄積される。積分部７０は、コンデンサＣＬ１に蓄積された電荷を用いて積分を行う。
【０１４４】
以下、センサ装置１の動作を、図７とともに説明する。コントローラ２０は、積分部７０による積分処理を行うにあたり、スイッチＳＷ９、ＳＷ１０、及びＳＷ１２をオン状態とさせて、コンデンサＣＬ１及びコンデンサＣＦ１をリセットする。このとき、コンデンサＣＬ１及びコンデンサＣＦ１には、基準電圧値Ｖｒｅｆに相当する電荷が蓄積された状態となる。
【０１４５】
ついで、コントローラ２０は、スイッチＳＷ９、ＳＷ１０、及びＳＷ１２をオフ状態としてから、スイッチＳＷ８及びＳＷ１１をオン状態とする。すると、積分部７のオペアンプＯＰの出力端子からコンデンサＣＬ１を経て積分部７０のオペアンプＯＰ１の反転入力端子に通じる経路が形成される。
【０１４６】
このとき、積分部７のコンデンサＣＦには、基準電圧値Ｖｒｅｆよりも低い電圧値のセンサ出力成分Ｖｓｉｇに相当する電荷が蓄積されているため（図５（ｂ）参照）、コンデンサＣＦの電荷が放電されて、コンデンサＣＬ１の方向へ向かう。これにより、コンデンサＣＬ１には、センサ出力成分Ｖｓｉｇと基準電圧値Ｖｓｉｇに相当する電荷が順次蓄積される。
【０１４７】
すると、積分部７０のオペアンプＯＰ１の反転入力端子の電圧値が、コンデンサＣＬ１の電荷の変化に応じて順次変化する。このとき、オペアンプＯＰ１は、反転入力端子の電圧値を、非反転入力端子の基準電圧値Ｖｒｅｆに近づけるべく、出力端子と非反転入力端子との間に電荷を流す。これにより、積分部７０のコンデンサＣＦ１には、コンデンサＣＬ１の電荷の変化に応じた電荷が順次蓄積される。
【０１４８】
ところで、このセンサ装置１Ａのように、いわゆるスイッチトキャパシタからなる積分部７０が、充電スイッチＳＷ１１を介してコンデンサＣＬ１に接続されている場合、積分部７０で得られる出力電圧の値として、コンデンサＣＬ１の端子間電圧の値を“ＣＬ１／ＣＦ１”倍した値が得られる。ここにおいて、“ＣＬ１”をコンデンサＣＬ１の静電容量であり、“ＣＦ１”はコンデンサＣＦの静電容量である。
【０１４９】
図７に示される構成では、コンデンサＣＦ１の静電容量は、コンデンサＣＬ１の静電容量よりも小さくされている。
【０１５０】
先述されたように、積分部７０では、コンデンサＣＬ１の端子間電圧を、コンデンサＣＬ１の静電容量をコンデンサＣＦ１の静電容量で除して得られた値で定められる増幅率で増幅して、出力電圧として出力する。したがって、コンデンサＣＦ１の静電容量がコンデンサＣＬ１の静電容量よりも小さければ、少なくとも１を超える増幅率が得られる。
【０１５１】
図７に示される構成によれば、コンデンサＣＦ１の静電容量がコンデンサＣＬ１の静電容量よりも小さく設定されているので、ＡＤコンバータＡＤには、電圧値が増幅されたセンサ信号成分Ｖｓｉｇが入力されるため、高い分解能を持つ高性能のＡＤコンバータＡＤを設けることが要されなくなる。その結果、コストの削減を図ることができる。
【０１５２】
尚、以上の説明において、積分部として、積分部７および積分部７０を設けた構成を例示しているが、複数の積分部７及び７０に代えて、積分部７の前段に、コンデンサＣＬから放電された電荷を増幅する増幅部（図示せず）が設けられていても、同様に、高い増幅率を得ることができる。
【０１５３】
さらに、積分部７０は１つのみ設けられているが、複数の積分部７０が順次直列に接続された場合には、さらなる増幅率が得られる。
【符号の説明】
【０１５４】
１，１Ａ    センサ装置
２    センサ部
７    第１の積分部
７０    第２の積分部
２０    コントローラ
ＣＬ    第１のコンデンサ
ＣＦ    第２のコンデンサ
ＣＬ１    第３のコンデンサ
ＣＦ１    第４のコンデンサ
Ｉｎ１    第１の入力端子
Ｉｎ２    第２の入力端子
ＯＴ    電圧電流変換器
ＳＷ１    短絡スイッチ
ＳＷ６    充電スイッチ
ＯＰ    第１のオペアンプ
ＯＰ１    第２のオペアンプ
【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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