(57)【要約】【課題】  高精度のオフセットキャンセルが可能であるとともに、低周波領域でのノイズの低減化が可能なセンサ微小検知信号増幅装置を提供する。【課題の解決手段】  センサ１の出力信号を入力するオペアンプ２の入力端子２ａをセンサ１の出力端子１ａまたは基準電位４０と選択的に導通する第１スイッチング素子１１を設け、コンデンサ３１の一方の端子３１ａをオペアンプ２の出力端子２ｃに接続し、他方の端子３１ｂを出力バッファ３に接続し、端子３１ｂを基準電位４０に選択的に導通する第２スイッチング素子１２を設け、各スイッチング素子１１，１２を基準電位４０と導通状態としてコンデンサ３１にオフセット電圧を充電し、次いで第２スイッチング素子１２を基準電位４０と非導通状態としてこれを保持し、その後第１スイッチング素子１１をセンサ１の出力端子１ａと導通状態としてオフセット電圧をキャンセルするとともに、低周波領域でのノイズを低減化する。【選択図】    図１
2005150978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号を入力するオペアンプと、このオペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、一方の端子を前記オペアンプの出力端子に接続したコンデンサと、このコンデンサの他方の端子を前記基準電位に選択的に導通する第２スイッチング素子とを備え、
前記第１および第２のスイッチング素子をともに前記基準電位と導通状態とし、次いで前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態とし、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態とするよう制御する
ことを特徴とするセンサ微小検知信号増幅装置。
【請求項２】
直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号を入力するオペアンプと、このオペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、一方の端子を前記オペアンプの出力端子に接続したコンデンサと、このコンデンサの他方の端子を前記基準電位に選択的に導通する第２スイッチング素子と、前記オペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に直列接続した複数の抵抗と、これら抵抗の各両端間を選択的に短絡する前記各抵抗毎に設けたスイッチング素子とを備え、
前記第１および第２のスイッチング素子をともに前記基準電位と導通状態とし、次いで前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態とし、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態とするよう制御する
ことを特徴とするセンサ微小検知信号増幅装置。
【請求項３】
直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、各出力端子にはそれぞれコンデンサを接続し、当該各コンデンサを介して次段の入力端子に接続することにより縦続接続された複数のオペアンプと、最前段の前記オペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、前記各コンデンサの次段側の端子を前記基準電位に選択的に導通する複数の第２スイッチング素子とを備え、
前記第１および第２の各スイッチング素子をすべて前記基準電位と導通状態とし、次いで最後段から最前段へと順次各段の前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態とし、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態とするよう制御する
ことを特徴とするセンサ微小検知信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波領域でのノイズ対策が必要な直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサ、例えばサーモパイル型赤外線センサの出力信号をオペアンプで増幅するセンサ微小検知信号増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年におけるＣＭＯＳ回路の高集積化、低電力化技術がセンサ装置の小型化、低電力化に寄与するところは大きい。しかし、ＣＭＯＳオペアンプのように、差動増幅回路で構成される増幅器にあっては、しきい値電圧のばらつき等に起因する入力オフセット電圧を有するので、出力端子には、入力オフセット電圧を増幅した出力オフセット電圧を生じる。この出力オフセット電圧（以下オフセット電圧という）は、例えば、ＣＭＯＳオペアンプを直流および低周波の微小検知信号を出力する赤外線センサの増幅回路に使用した場合に、大きなものとなって、その動作領域の線形領域から外れてクリップ状態を生起することもありうる。また、特に直流および低周波の微小検知信号が入力する場合には、このオフセット電圧とともに、低周波領域でのノイズ対策が問題となる。
【０００３】
従来、このオフセット電圧をキャンセルするために、スイッチトキャパシタ増幅回路において、オペアンプの逆相入力端子と基準電圧との間にコンデンサを設けて、オフセット電圧のキャンセル動作時にのみコンデンサがオペアンプの負荷となるよう構成したものが知られている。また、イメージセンサの駆動装置において、センサ出力信号が供給される信号線に第１のアンプを接続し、この第１のアンプに第２のアンプを第１のスイッチおよび第１のコンデンサを介して接続し、さらに前記第２のアンプに第３のアンプを第２のスイッチおよび第２のコンデンサを介して接続し、前記第２のアンプの入力端子とアース間に並列的に第３のスイッチと第３のコンデンサを接続し、前記第３のアンプの入力端子とアース間に並列的に第４のスイッチと第４のコンデンサを接続し、前記第１および第２のアンプのゲインを前記第３のアンプのゲインよりも大きくし、前記第１〜第４のスイッチをオンした後、前記第１および第２のスイッチをオンにすることにより、アンプのオフセット電圧をキャンセルするものが知られている。
【特許文献１】特開平６−４５８７５号公報
【特許文献２】特開平６−５４１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で開示されたスイッチキャパシタ増幅回路に関しては、実際にはプロセス上の問題から各コンデンサにばらつきを生じ、オフセット電圧を十分にキャンセルすることは困難であるとともに、特に低周波領域でのノイズの低減化も実現できない、という不都合がある。また、特許文献２で開示されたイメージセンサ装置に関しては、大きな容量のコンデンサが必要になるとともに、オフセット電圧のキャンセルの精度はコンデンサの精度に依存しているので、高精度のオフセット電圧のキャンセルは困難であり、また、アンプの信号伝送路上に設けたアナログスイッチを有するので、スイッチングによるノイズが生じるほか、寄生容量による伝送遅延が生じるという不都合がある。本発明は、このような従来の不都合を解消し、オフセット電圧の高精度のキャンセルが可能であるとともに、低周波領域でのノイズの低減化も可能にしたセンサ微小検知信号増幅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】
【０００５】
この目的を達成するため、本発明の請求項１に係るセンサ微小検知信号増幅装置は、直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号を入力するオペアンプと、このオペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、一方の端子を前記オペアンプの出力端子に接続し、他方の端子を出力バッファに接続するコンデンサと、このコンデンサの前記他方の端子を前記基準電位に選択的に導通する第２スイッチング素子とを備え、前記第１および第２のスイッチング素子をともに前記基準電位と導通状態として前記コンデンサにオフセット電圧を充電し、次いで前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態として前記コンデンサにオフセット電圧を保持し、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態としてオフセット電圧をキャンセルするとともに、低周波領域でのノイズを低減化するものである。
【０００６】
同じく上記目的を達成するために、本発明の請求項２に係るセンサ微小検知信号増幅装置は、直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号を入力するオペアンプと、このオペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、一方の端子を前記オペアンプの出力端子に接続したコンデンサと、このコンデンサの他方の端子を前記基準電位に選択的に導通する第２スイッチング素子と、前記オペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に直列接続した複数の抵抗と、これら抵抗の各両端間を選択的に短絡する前記各抵抗毎に設けたスイッチング素子とを備え、前記第１および第２のスイッチング素子をともに前記基準電位と導通状態として前記コンデンサにオフセット電圧を充電し、次いで前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態として前記コンデンサにオフセット電圧を保持し、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態としてオフセット電圧をキャンセルするとともに、低周波領域でのノイズを低減化するとともに、前記オペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に直列接続した複数の抵抗を選択的に短絡して、前記オペアンプの増幅率をセンサの出力信号に合うよう変化させるものである。
【０００７】
本発明の請求項３に係るセンサ微小検知信号増幅装置は、直流および低周波の微小検知信号を出力するセンサと、各出力端子にはそれぞれコンデンサを接続し、当該各コンデンサを介して次段の入力端子に接続することにより縦続接続された複数のオペアンプと、最前段の前記オペアンプの入力端子を前記センサの出力端子または基準電位と選択的に導通する第１スイッチング素子と、前記各コンデンサの次段側の端子を前記基準電位に選択的に導通する複数の第２スイッチング素子とを備え、前記第１および第２の各スイッチング素子をすべて前記基準電位と導通状態として前記各段のコンデンサにオフセット電圧を充電し、次いで最後段から最前段へと順次各段の前記第２スイッチング素子を前記基準電位と非導通状態として前記各段のコンデンサにオフセット電圧を保持し、その後前記第１スイッチング素子を前記センサの出力端子と導通状態としてオフセット電圧をキャンセルするとともに、低周波領域でのノイズを低減化するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に係るセンサ微小検知信号増幅装置によれば、オペアンプの出力側に設けたコンデンサによって、オペアンプの入力側の第１スイッチング素子よりも出力側の第２スイッチング素子を先にオフとすることにより、オペアンプの入力側の影響を受けることなくオフセット電圧を保持し、センサの出力信号を増幅した後に、オフセット電圧をキャンセルするので、２つのスイッチング素子と１つの容量値の小さいコンデンサを使った簡潔な構成で、オフセット電圧をキャンセルできるとともに、低周波領域でのノイズも低減できるという効果を奏する。
【０００９】
本発明の請求項２に係るセンサ微小検知信号増幅装置によれば、オペアンプの出力側に設けたコンデンサによって、オペアンプの入力側の第１スイッチング素子よりも出力側の第２スイッチング素子を先にオフとすることにより、オペアンプの入力側の影響を受けることなくオフセット電圧を保持し、センサの出力信号を増幅した後に、オフセット電圧をキャンセルするとともに、センサの出力信号のレベルに合わせてオペアンプの増幅率を変えることができるので、オフセット電圧のキャンセルと低周波領域でのノイズの低減化をより確実に実現できるという効果を奏する。
【００１０】
本発明の請求項３に係るセンサ微小検知信号増幅装置によれば、オペアンプの出力側に設けたコンデンサによって、オペアンプの入力側の第１スイッチング素子よりも出力側の第２スイッチング素子を先にオフとすることにより、オペアンプの入力側の影響を受けることなくオフセット電圧を保持し、センサの出力信号を増幅した後に、オフセット電圧をキャンセルする一方、オペアンプの出力端子とコンデンサとの間にスイッチング素子を有しないので、オペアンプを多段化しても、前記スイッチング素子に伴うノイズによる悪影響を受けることがなく、確実にオフセット電圧をキャンセルできるとともに、低周波領域でのノイズの低減化も確実に実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。はじめに、第１の実施形態を図１のブロック図に基づいて説明する。図１に示すように、センサ微小検知信号増幅装置はセンサ部Ａと増幅部Ｂ１とからなり、センサ部Ａを構成するサーモパイル型赤外線センサ１の一方の出力端子１ａは、増幅部Ｂ１の第１スイッチング素子１１を介してオペアンプ２の正相入力端子２ａに接続し、前記オペアンプ２の逆相入力端子２ｂは、抵抗２１を介して基準電位４０に接続するとともに、抵抗２２を介して前記オペアンプ２の出力端子２ｃに接続している。前記オペアンプ２はＭＯＳトランジスタから構成される正相演算増幅器であり、本実施形態の増幅回路（本明細書では増幅部において後述する出力バッファを除いた各構成要素で構成される部分をいう）は正相演算増幅器として機能する。また、前記サーモパイル型赤外線センサ１の他方の出力端子１ｂは、前記基準電位４０に接続している。
【００１２】
オペアンプ２の出力端子２ｃはコンデンサ３１を介して出力バッファ３の入力端子３ａに接続している。この出力バッファ３もＭＯＳトランジスタから構成されるもので、ハイインピーダンスの入力端子３ａを備え、この入力端子３ａに接続する側のコンデンサ３１の端子３１ｂが、第２スイッチング素子１２がオフとなることにより、オペアンプ２の入力が変化しない限り、直前の電荷を保持することを可能としている。前記出力バッファ３は、ハイインピーダンスの入力端子３ａを備えていればよく、その他の構成は適宜選択することができる。また、前記出力バッファ３の出力端子３ｂが図示していない後段回路への出力端子となる一方、前記出力バッファ３の入力端子３ａと前記コンデンサ３１の一方の端子３１ｂとの接続点Ｙは、前記第２スイッチング素子１２を介して基準電位４０に接続している。
【００１３】
第１スイッチング素子１１は、オペアンプ２の正相入力端子２ａをサーモパイル型赤外線センサ１の一方の出力端子１ａまたは基準電位４０に選択的に導通させるものであり、例えば、ＭＯＳトランジスタからなる３端子のアナログスイッチである。また、第２スイッチング素子１２も、例えば、ＭＯＳトランジスタからなる３端子のアナログスイッチであり、前記各スイッチング素子１１，１２は、図示していない制御回路からのクロック信号によって、その動作が制御される。
【００１４】
続いて、上述のように構成した本実施形態の増幅回路における動作を説明する。まず、第１，第２の各スイッチング素子１１，１２をともに基準電位４０側に導通させ、オペアンプ２の正相入力端子２ａと、各端子３１ｂ，３ａの接続点Ｙを、基準電位４０に導通させる（第１状態）。
【００１５】
ここで、基準電位４０の電位を０Ｖとし、第１状態での前記オペアンプ２の出力端子２ｃの電位をＶｘ１とし、前記接続点Ｙの電位をＶｙ１とし、オペアンプ２の入力オフセット電圧をＶｏｓとし、抵抗２１，２２の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とし、コンデンサ３１の容量値をＣとし、第１状態でコンデンサ３１に充電された電荷をΔＱとすると、次の式（１）が成り立つ。
Ｖｙ１−Ｖｘ１＝−Ｖｏｓ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）＝ΔＱ／Ｃ・・・（１）
すなわち、オペアンプ２における入力オフセット電圧Ｖｏｓによって生じる出力電圧の誤差分の電荷がコンデンサ３１に充電される。
【００１６】
次に、第２スイッチング素子１２をオフとして（図１参照）、接続点Ｙと基準電位４０とを非導通とする（第２状態）。この第２状態で、出力バッファ３の入力端子３ａはハイインピーダンスのものであり、前記第２スイッチング素子１２がオフとなることによって、コンデンサ３１の端子３１ｂがフローティングとなり、また、オペアンプ２の正相入力端子２ａが基準電位４０に接続されたままで、出力端子２ｃの電位が変化しないことから、第１状態においてコンデンサ３１に充電された電荷が保持される。ここでコンデンサ３１の端子３１ａ，３１ｂ間に保持する電圧は入力オフセット電圧Ｖｏｓによる誤差分だけでよいので、前記コンデンサ３１の容量は従来に比べて小さなもので足りる。
【００１７】
次いで、第１スイッチング素子１１を基準電位４０から切り離し、サーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａ側に導通する（第３状態、図１参照）。これによって、オペアンプ２の正相入力端子２ａは基準電位４０に変わって前記出力端子１ａに接続され、前記オペアンプ２には前記サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号が入力する。ここで、第１状態および第２状態でのコンデンサ３１の電荷は保存されており、第３状態での出力端子２ｃの電位をＶｘ３とし、接続点Ｙの電位をＶｙ３とし、前記サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号の電位をＶｏ３とすると、次の（２）式が成り立つ。
Ｖｙ３−Ｖｘ３＝Ｖｙ３−（Ｖｏ３＋Ｖｏｓ）×（１＋Ｒ２／Ｒ１）
＝ΔＱ／Ｃ・・・（２）
【００１８】
式（１）を式（２）に代入すると次の式（３）が成り立つ。
Ｖｙ３＝Ｖｏ３×（１＋Ｒ２／Ｒ１）・・・（３）
この式（３）から、第３状態において、オペアンプ２における入力オフセット電圧Ｖｏｓによって生じる出力電圧の誤差分Ｖｏｓ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）、すなわち、オフセット電圧をキャンセルした出力電圧Ｖｙ３が接続点Ｙに生じることが示される。そして、この出力電圧Ｖｙ３は出力バッファ３を介してその出力端子３ｂから図示しない後段回路に出力される。
【００１９】
本実施形態の増幅回路は、上述した第１，第２，第３の各状態を繰り返すことにより、サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号をオペアンプ２の入力オフセット電圧の影響なく増幅できる。第１状態から第２状態への移行期間は、誤差分Ｖｏｓ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）に相当する電圧をコンデンサ３１に充電可能な期間とすればよい。また、第２状態から第３状態への移行期間は、その期間内にクロック信号によって第２スイッチング素子１２を十分にオフとさせ得る期間とすればよく、第３状態から第１状態への移行期間は、コンデンサ３１に保持された誤差分の電圧によってオフセット電圧をキャンセル可能な期間であればよく、後段回路に応じて適宜決めるもので、例えば、後段回路のサンプルタイミングにあわせて第３状態から第１状態に切り替えればよいものである。
【００２０】
このように、本実施形態の増幅回路では、入力オフセット電圧Ｖｏｓによって生じるオフセット電圧をコンデンサ３１の端子３１ａ，３１ｂ間に保持した後に、サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号をオペアンプ２に入力するとともに、前記コンデンサ３１に保持した前記オフセット電圧を差し引くことで、オフセットキャンセルを行う。このため、本実施形態では、１つのコンデンサ３１と、２つのスイッチング素子１１，１２を用いた簡潔な構成でオフセットキャンセルが可能であり、増幅回路の小型化および低電力化が可能になるとともに、高精度のオフセットキャンセルおよび低周波領域でのノイズの低減化が可能となる。
【００２１】
続いて、本発明の第２実施形態を図２のブロック図に基づき説明する。第１実施形態では正相演算増幅器として機能する増幅回路について説明したが、本実施形態は逆相演算増幅器として機能する増幅回路であり、第１実施形態と同一の構成要素については同一符号を付して説明する。図２に示すように、増幅部Ｂ２におけるオペアンプ２の正相入力端子２ａは基準電位４０に接続され、逆相入力端子２ｂは抵抗２１を介して第１スイッチング素子１１に接続するとともに、直列に接続した各抵抗２２，２３を介して出力端子２ｃに接続している。前記第１スイッチング素子１１は、抵抗２１を介して選択的に、逆相入力端子２ｂを基準電位４０に接続するか、サーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａに接続する。また、前記各抵抗２２，２３の両端間にはそれぞれ両端間を短絡する第３、第４のスイッチング素子１３，１４を接続している。これらのスイッチング素子１３，１４も、各スイッチング素子１１，１２と同様にＭＯＳトランジスタからなる３端子のアナログスイッチで構成すればよい。他の構成については第１実施形態と同一であるからその説明は省略する。
【００２２】
本実施形態においては、図示していない制御回路からのクロック信号によって、各スイッチング素子１３，１４をオン、オフ制御することによって、オペアンプ２の逆相入力端子２ｂと出力端子２ｃとの間に接続される抵抗２２，２３を選択的に短絡可能とし、抵抗値を変えることでオペアンプ２の構成する逆相演算増幅回路の増幅率を可変としている。すなわち、各抵抗２１，２２，２３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、図２図示状態においては、オペアンプ２の増幅率に関与する抵抗値は（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１であるが、第３スイッチング素子１３のみを切り替えて抵抗２２の両端を短絡すると、抵抗値はＲ３／Ｒ１となり、第４スイッチング素子１４のみを切り替えて、抵抗２３の両端を短絡すると、抵抗値はＲ２／Ｒ１となる。微小電圧を取り扱う取り扱う増幅回路としては、増幅率の調整が容易に行えることは有利である。
【００２３】
続いて、上述のように構成した本実施形態の増幅回路における動作を各抵抗２２，２３の両端間を非短絡状態とした場合について説明する。この状態において、まず、第１，第２の各スイッチング素子１１，１２をともに基準電位４０側に導通させ、オペアンプ２の逆相入力端子２ｂと、各端子３１ｂ，３ａの接続点Ｙを、基準電位４０に導通させる（第１状態）。
【００２４】
ここで、基準電位４０の電位を０Ｖとし、第１状態での前記オペアンプ２の出力端子２ｃの電位をＶｘ１とし、前記接続点Ｙの電位をＶｙ１とし、オペアンプ２の入力オフセット電圧をＶｏｓとし、抵抗２１，２２，２３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とし、コンデンサ３１の容量値をＣとし、第１状態でコンデンサ３１に充電された電荷をΔＱとすると、次の式（４）が成り立つ。
Ｖｙ１−Ｖｘ１＝Ｖｏｓ×{（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１}＝ΔＱ／Ｃ・・・（４）
すなわち、第１実施形態におけると同様に、オペアンプ２における入力オフセット電圧Ｖｏｓによって生じる出力電圧の誤差分の電荷がコンデンサ３１に充電される。
【００２５】
次に、第２スイッチング素子１２をオフとして接続点Ｙと基準電位４０とを非導通とする（第２状態）。この第２状態で、出力バッファ３の入力端子３ａはハイインピーダンスのものであり、前記第２スイッチング素子１２がオフとなることによって、コンデンサ３１の端子３１ｂがフローティングとなり、また、オペアンプ２の逆相入力端子２ｂが基準電位４０に接続されたままで、出力端子２ｃの電位が変化しないことから、第１状態においてコンデンサ３１に充電された電荷が保持される。ここでコンデンサ３１の端子３１ａ，３１ｂ間に保持する電圧は入力オフセット電圧Ｖｏｓによる誤差分だけでよいので、コンデンサ３１の容量は従来に比べて小さなもので足りる。
【００２６】
次いで、第１スイッチング素子１１を基準電位４０から切り離し、サーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａ側に導通する（第３状態、図２図示状態）。これによって、オペアンプ２の逆相入力端子２ｂは基準電位４０に変わって前記出力端子１ａに接続され、前記オペアンプ２には前記サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号が入力する。ここで、第１状態および第２状態でのコンデンサ３１の電荷は保存されており、第３状態での出力端子２ｃの電位をＶｘ３とし、接続点Ｙの電位をＶｙ３とし、前記サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号の電位をＶｏ３とすると、次の（５）式が成り立つ。
Ｖｙ３−Ｖｘ３＝Ｖｙ３＋（Ｖｏ３＋Ｖｏｓ）×{（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１}
＝ΔＱ／Ｃ・・・（５）
【００２７】
式（４）を式（５）に代入すると次の式（６）が成り立つ。
Ｖｙ３＝−Ｖｏ３×{（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１}・・・（６）
この式（６）から、第３状態において、オペアンプ２における入力オフセット電圧Ｖｏｓによって生じる出力電圧の誤差分Ｖｏｓ×{（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１}、すなわち、オフセット電圧をキャンセルした出力電圧Ｖｙ３が接続点Ｙに生じることが示される。この出力電圧Ｖｙ３は出力バッファ３を介してその出力端子３ｂから図示しない後段回路に出力される。
【００２８】
このように、本実施形態の逆相増幅器として機能する増幅回路においても、第１実施形態の正相増幅器として機能する増幅回路と同様の作用効果を奏するものである。また、本実施形態においては、サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号のレベルに応じて、オペアンプ２の増幅率を変えることができるという利点を有する。
【００２９】
続いて、本発明の第３実施形態を、図３のブロック図に基づき説明する。本実施形態は微小電圧の取扱にさらに適合させ、かつ、より大きな増幅率を得るために、複数のオペアンプを縦続接続したものであり、第１実施形態と同様、正相演算増幅器として機能する増幅回路であって、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成要素についてはそれぞれ同一符号を付して説明する。図３に示すように、増幅部Ｂ３におけるオペアンプ２の正相入力端子２ａは第１スイッチング素子１１を介してセンサ部Ａのサーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａに接続し、逆相入力端子２ｂは抵抗２１を介して基準電位４０に接続するとともに、直列に接続した各抵抗２２，２３を介して出力端子２ｃに接続する。前記各抵抗２２，２３の両端間にはそれぞれ両端間を短絡する第３、第４のスイッチング素子１３，１４を接続している。
【００３０】
オペアンプ２の出力端子２ｃは、コンデンサ３１を介してオペアンプ４の正相入力端子４ａに接続している。このオペアンプ４は前記オペアンプ２と同様なもので、その出力端子４ｃは前記コンデンサ３１と同様のコンデンサ３２を介して出力バッファ３の入力端子３ａに接続している。このコンデンサ３２の端子３２ｂと出力バッファ３の入力端子３ａとの接続点Ｚと基準電位４０との間に、第２スイッチング素子１１と同様のさらなる第２スイッチング素子１７を接続している。そして、前記コンデンサ３２の端子３２ｂが、第２スイッチング素子１７がオフとなることにより、オペアンプ４の入力が変化しない限り、直前の電荷を保持することを可能としている。前記出力バッファ３の出力端子３ｂが図示していない後段回路への出力端子となる。
【００３１】
また、オペアンプ４の正相入力端子４ａは第２のスイッチング素子１２を介して基準電位４０に接続し、逆相入力端子４ｂは抵抗２４を介して基準電位４０に接続するとともに、直列に接続した各抵抗２５，２６を介して出力端子４ｃに接続し、正相演算増幅器を構成する。さらに、前記各抵抗２５，２６の両端間には、それぞれ両端間を短絡する第５、第６のスイッチング素子１５，１６を接続している。前記オペアンプ４はハイインピーダンスの入力端子４ａを備えるもので、コンデンサ３１の端子３１ｂを第２スイッチング素子１２がオフのときにフローティングとし、前段のオペアンプ２の入力が変化しない限り、コンデンサ３１の電荷を保持可能としている。なお、前記各抵抗２５，２６および各スイッチング素子１５，１６は、上述の各抵抗２２，２３および各スイッチング素子１３，１４と同様の構成である。
【００３２】
そして、上述した第２実施形態と同様に、図示していない制御回路からのクロック信号によって、各スイッチング素子１３，１４及び１５，１６をオン、オフ制御することによって、オペアンプ２及び４の逆相入力端子２ｂ及び４ｂと出力端子２ｃ及び４ｃとの間に接続される抵抗２２，２３及び２５，２６を選択的に短絡可能とし、抵抗値を変えることでオペアンプ２及び４で構成する正相演算増幅器の増幅率を可変としている。
【００３３】
続いて、上述のように構成した本実施形態の増幅回路における動作を、各スイッチング素子１３，１４，１５，１６をオフ状態（図３参照）とした場合について説明する。この状態において、まず、第１スイッチング素子１１及び各第２スイッチング素子１２，１７をすべて基準電位４０側に導通させ、オペアンプ２の正相入力端子２ａと、オペアンプ４の正相入力端子４ａ（接続点Ｙ）と、各端子３２ｂ，３ａの接続点Ｚを、基準電位４０に導通させる（第１状態）。
【００３４】
これによって、上述した第１実施形態と同様の作用により、コンデンサ３１の両端子３１ａ，３１ｂ間にはオペアンプ２の入力オフセット電圧による誤差分の電圧が生じ、また、同様の作用によって、コンデンサ３２の両端子３２ａ，３２ｂ間にはオペアンプ４の入力オフセット電圧による誤差分の電圧が生じる。
【００３５】
次に、最終段（本実施形態では２段目）のオペアンプ４の第２スイッチング素子１７をオフとする（第２の１状態、図３参照）。これによりコンデンサ３２の端子３２ｂがフローティングとなり、オペアンプ４の正相入力端子４ａは基準電位４０に接続されているので、コンデンサ３２の端子３２ａ，３２ｂ間にはオペアンプ４の入力オフセット電圧による誤差分の電圧が保持される。
【００３６】
次いで、１段目のオペアンプ２の第２スイッチング素子１２をオフとする（第２の２状態、図３参照）。これによってコンデンサ３１の端子３１ｂがフローティングとなり、オペアンプ２の正相入力端子４ａは基準電位４０に接続されているので、コンデンサ３１の端子３１ａ，３１ｂ間にはオペアンプ２の入力オフセット電圧による誤差分の電圧が保持される。
【００３７】
続いて、第１スイッチング素子１１を基準電位４０から切り離し、サーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａ側に導通する（第３状態、図３図示状態）。これによって、オペアンプ２の正相入力端子２ａは基準電位４０に変わって前記出力端子１ａに接続され、前記オペアンプ２には前記サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号が入力する。ここで、上述した第１実施形態と同様の作用でオペアンプ２にそのオフセット電圧をキャンセルした出力電圧が接続点Ｙに生じる。この出力電圧が入力するオペアンプ４においても上述の第１実施形態と同様の作用によって、オペアンプ４にそのオフセット電圧をキャンセルした出力電圧が接続点Ｚに生じる。そして、この出力電圧は出力バッファ３を介してその出力端子３ｂから、図示していない後段回路に出力される。
【００３８】
本実施形態のように、第１実施形態の増幅回路を基本としてオペアンプを多段化したものでも、第１スイッチング素子１１、各第２スイッチング素子１２，１７を基準電位４０側に導通させ、各段のコンデンサ３１，３２にそれぞれ各段のオペアンプ２，４のオフセット電圧を充電し、各第２スイッチング素子１２，１７を最終段の第２スイッチング素子１７から順にオフとし、各コンデンサ３１，３２にそれぞれ各段の電荷を保持し、各端子３１ａ，３１ｂ及び３２ａ３２ｂ間の電圧を保持した後、第１スイッチング素子１１をサーモパイル型赤外線センサ１の出力端子１ａ側に導通させることにより、各段のオペアンプ２，４のオフセット電圧をキャンセルできるとともに、低周波数領域でのノイズを低減することができる。
【００３９】
本実施形態の図３図示状態においては、オペアンプ２の増幅率に関与する抵抗値は１＋（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１であるが、第３スイッチング素子１３のみを切り替えて抵抗２２の両端を短絡すると、抵抗値は１＋Ｒ３／Ｒ１となり、第４スイッチング素子１４のみを切り替えて、抵抗２３の両端を短絡すると、抵抗値は１＋Ｒ２／Ｒ１となる。同様に、各抵抗２４，２５，２６の抵抗値をそれぞれＲ４，Ｒ５，Ｒ６とすると、図３図示状態においては、オペアンプ４の増幅率に関与する抵抗値は１＋（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ４であるが、第５スイッチング素子１５のみを切り替えて抵抗２５の両端を短絡すると、抵抗値は１＋Ｒ６／Ｒ４となり、第６スイッチング素子１６のみを切り替えて、抵抗２６の両端を短絡すると、抵抗値は１＋Ｒ５／Ｒ４となる。このように、本実施形態においても、サーモパイル型赤外線センサ１の出力信号のレベルに応じて、オペアンプ２，４の増幅率を変えることができるという利点を有する。
【００４０】
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、例えば、第３実施形態で説明した多段化にあっては２段としたが、３段以上としてもよいものであり、２段目以降のオペアンプ４はハイインピーダンスの入力端子４ａ，４ｂを備えるものであればよい。また、第２実施形態で説明した逆相演算増幅器として機能する増幅回路について多段化することも可能である。さらに、センサとしては、直流及び低周波の微小検知信号を出力するものであれば、サーモパイル型赤外線センサ１に限らないことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態のセンサ微小検知信号増幅装置の構成を示すブロック図。
【図２】第２実施形態のセンサ微小検知信号増幅装置の構成を示すブロック図。
【図３】第３実施形態のセンサ微小検知信号増幅装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４２】
１      サーモパイル型赤外線センサ１
２，４      オペアンプ
３      出力バッファ
１１      第１スイッチング素子
１２，１７      第２スイッチング素子
１３      第３スイッチング素子
１４      第４スイッチング素子
１５      第５スイッチング素子
１６      第６スイッチング素子
２１，２２，２３，２４，２５，２６      抵抗
３１，３２      コンデンサ
４０      基準電位
【図１】
2005150978.tif 000003
【図２】
2005150978.tif 000004
【図３】
2005150978.tif 000005