JPH0738545B2

JPH0738545B2 - 電荷発生型検知素子の信号処理回路

Info

Publication number: JPH0738545B2
Application number: JP63115392A
Authority: JP
Inventors: 明久万田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: DE68911986T2; JPH01286513A; DE68911986D1; EP0341691A1; US5118966A; EP0341691B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電荷発生型検知素子に発生した電荷を電圧変換
するための信号処理回路に関し、特に各種検知回路、フ
ィルタ回路等として好適に用いる電荷発生型検知素子の
信号処理回路に関する。

〔従来の技術〕

一般に、セラミック誘電体のうち、ある種の強誘電体セ
ラミックス、代表的には、チタン酸バリウム（BaTi
O₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（pb_1-x Zrx TiO₃）等は圧
電性を有すると共に焦電性を有することが知られてい
る。これら圧電性、焦電性を利用してなる電荷発生型検
知素子（以下、検知素子という）は、圧電型センサ、焦
電型センサとして各種用途に利用されている。

具体的には、焦電型センサを人体より放射される赤外線
を検知する赤外線センサとして活用され、第７図に示す
ような人体検知システムとして適用したものが知られて
いる。

第７図において、１は赤外線による微小な温度変化を電
気的変化に変換する赤外線センサを構成する検知素子、
２は該検知素子１で発生した検出電流を電圧変換する電
流−電圧変換回路、３は電流−電圧変換回路２からの出
力電圧を増幅する増幅回路、４は該増幅回路３の次段に
設けられ、人体より得られる検知信号以外のノイズを除
去するローパスフィルタ、５は該ローパスフィルタ４か
らの出力を基準電圧と比較する比較回路、６はデジタル
回路、リレー回路等からなる出力回路を示し、検知素子
１が人体より放射される赤外線を検知したときには、出
力回路６は比較回路５からの出力によって例えば来客報
知信号を発生するようになっている。

しかし、前記検知素子１は焦電体が有する自発分極が温
度変化によって変化することにより電荷を発生するもの
であるため、出力される電流は10^-11〜10^-13Aと微小電
流にすぎず、この検知素子１を用いて人体検知システム
を構成するには、電流−電圧変換回路２として10¹¹〜10
¹²Ωの高抵抗を用いて電流−電圧変換する必要がある。

このため、従来技術による電流−電圧変換回路２とし
て、第８図に示すように演算増幅器2A₁、高抵抗R_Hから
なる電流−電圧変換回路2Aとして構成し、演算増幅器2A
₁の反転入力端子を検知素子１と接続することにより、
その出力端子から出力電圧Voutを発生するようにしたも
のが知られている。また、他の従来技術による電流−電
圧変換回路２として、第９図に示すように電界効果トラ
ンジスタ2B₁、高抵抗R_H、ソース抵抗R_Sからなるインピ
ーダンス変換回路2Bとして構成し、ゲートＧを検知素子
１と接続することにより、ソース抵抗R_Sの両端間電圧に
基づいた電圧をソースＳから出力電圧Voutとして発生す
るようにしたものも知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記第８図、第９図に示す従来技術の電圧変換
回路は、いずれも10¹¹〜10¹²Ωという高抵抗R_Hを使用し
ているために、次のような欠点がある。

第１に、検知素子１に発生する容量成分、演算増幅器2A
₁、電界効果トランジスタ2B₁等の能動素子が有する入力
容量、さらにストレー容量等の容量成分と、高抵抗R_Hと
により電気的な応答遅れが発生する。特に、高抵抗R_Hは
10¹¹〜10¹²Ωであるため、前記容量成分と抵抗値とによ
って決定される時定数は、0.1〜１秒のオーダーとな
り、検知システム全体の応答性が悪化し、人体検知以外
の目的で使用する場合には得られる信号のS/Nが低下す
るという欠点があった。

第２に、信号処理回路の小形化、ワンチップ化を図るた
めに、モノリシックIC化が望まれているにもかかわら
ず、従来技術によるものは高抵抗R_Hの抵抗値が極めて高
いため回路のモノリシック化が困難であるという欠点が
あった。

第３に、高抵抗R_Hの抵抗値が高いため、抵抗値の偏差を
小さくするのが難かしく、また安定性にも問題があっ
た。さらに、高抵抗より発生するジョンソンノイズも問
題の一つであった。

一方、電荷発生型の検知素子は、本来的に外力や外部熱
によって作動するものであるため、周囲の温度変化、振
動等によるノイズが発生しやすく、このノイズの中には
各種の周波数成分が含まれている。そこで、これらノイ
ズによる誤動作を防止すべく、第10図ないし第12図に示
すように検知素子の複数化によって信頼性の向上を図っ
たものも知られている。

即ち、第10図は２個の検知素子1A,1A′を逆極性で直列
接続（直列対向接続）し、これをインピーダンス変換回
路2Bと接続したものであり、第11図は２個の検知素子1
B,1B′を逆極性で並列接続（並列対向接続）し、これを
インピーダンス変換回路2Bと接続したものである。この
ように構成することにより、ある程度の信頼性は向上で
きるが、各素子に独立に発生するノイズ信号に対しては
効果が小さいという欠点がある。

そこで、このようなノイズに対する信頼性を向上させる
ために、第12図に示す如く、並列対向接続した２個の検
出素子1B,1B′を２組で用い、これら各組の検出素子1B,
1B′をそれぞれ別個の電流−電圧変換回路2,2と接続
し、その出力電圧をAND回路７を介して出力するように
構成したものも知られている。しかし、このように構成
した場合には電流−電圧変換回路２のモノリシックIC化
が困難なことと相まって、部品点数が多く、コスト的に
も高価となるという欠点がある。

本発明は前述した従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、高抵抗を用いた電流−電圧変換回路を廃止し、スイ
ッチトキャパシタ方式によって電圧変換を行なうように
した電荷発生型検知素子の信号処理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〕

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、外因に
依存して電荷を発生する誘電体からなる電荷発生型の検
知素子と、該検知素子に発生した電荷を電圧変換して信
号出力する電荷−電圧変換回路とからなる電荷発生型検
知素子の信号処理回路において、前記電荷−電圧変換回
路は、前記検知素子から発生した電荷を該検知素子自体
の容量成分に貯える第１段目のキャパシタと、該第１段
目のキャパシタから転送された電荷を貯える第２段目の
キャパシタと、前記第１段目のキャパシタと第２段目の
キャパシタとの間に設けられた転送スイッチと、前記第
１段目のキャパシタが該転送スイッチを介して反転入力
端子に接続されると共に、第２段目のキャパシタが反転
入力端子と出力端子との間に接続され、前記転送スイッ
チを介して転送された電荷を前記第２段目のキャパシタ
の容量により電圧として変換する演算増幅器と、該演算
増幅器の出力側に設けられた出力スイッチとからなるス
イッチトキャパシタ回路によって構成したことを特徴と
する。

また、請求項２の発明は、外因に依存して電荷を発生す
る誘電体からなる電荷発生型の検知素子と、該検知素子
に発生した電荷を電圧変換して信号出力する電荷−電圧
変換回路とからなる電荷発生型検知素子の信号処理回路
において、前記電荷−電圧変換回路は、前記検知素子か
ら発生した電荷を該検知素子自体の容量成分に貯える第
１段目のキャパシタと、該第１段目のキャパシタに対し
て逆極性をもって並列対向接続され、容量成分を有する
ノイズ除去用検知素子と、前記第１段目のキャパシタか
ら転送された電荷を貯えるべくコンデンサによって構成
された第２段目のキャパシタと、前記第１段目のキャパ
シタと第２段目のキャパシタとの間および前記ノイズ除
去用検知素子と第２段目のキャパシタとの間に設けられ
た転送スイッチと、前記第１段目のキャパシタおよびノ
イズ除去用検知素子が該転送スイッチを介して反転入力
端子に接続されると共に、第２段目のキャパシタが反転
入力端子と出力端子との間に接続され、前記転送スイッ
チを介して転送された電荷を前記第２段目のキャパシタ
の容量により電圧として変換する演算増幅器と、該演算
増幅器の出力側に設けられた出力スイッチとからなるス
イッチトキャパシタ回路によって構成したことを特徴と
する。

さらに、請求項３の発明は、外因に依存して電荷を発生
する誘電体からなる電荷発生型の検知素子と、該検知素
子に発生した電荷を電圧変換して信号出力する電荷−電
圧変換回路とからなる電荷発生型検知素子の信号処理回
路において、前記電荷−電圧変換回路は、前記検知素子
から発生した電荷を該検知素子自体の容量成分に貯える
第１段目のキャパシタと、該第１段目のキャパシタから
転送された電荷を貯えるべく、該キャパシタに対して逆
極性をもって直列接続され、誘電体からなる電荷発生型
の検知素子自体の容量成分によって構成された第２段目
のキャパシタと、前記第１段目のキャパシタと第２段目
のキャパシタとの間に設けられた転送スイッチと、前記
第１段目のキャパシタが該転送スイッチを介して反転入
力端子に接続されると共に、第２段目のキャパシタが反
転入力端子と出力端子との間に接続され、前記転送スイ
ッチを介して転送された電荷を前記第２段目のキャパシ
タの容量により電圧として変換する演算増幅器と、該演
算増幅器の出力側に設けられた出力スイッチとからなる
スイッチトキャパシタ回路によって構成したことを特徴
とする。

さらにまた、請求項４の発明は、前記演算増幅器の反転
入力端子と出力端子との間には、前記第２段目のキャパ
シタと並列に接続されたリセットスイッチを設けてもよ
い。

〔作用〕

請求項１の発明のように構成することにより、検知素子
に外力、外部熱等を与えることによって電荷を発生し、
発生した電荷は当該検知素子自体に容量成分として形成
される第１段目のキャパシタに貯えられる。そして、転
送スイッチをON動作することによって貯えられた電荷は
第２段目のキャパシタに転送され、転送された電荷は演
算増幅器によって第２段目のキャパシタの静電容量との
関係から電圧に変換され、転送スイッチのON動作後に出
力スイッチをON動作することによって、出力電圧として
出力される。

また、請求項２の発明のように構成することにより、検
知素子に外力、外部熱等を与えることによって電荷を発
生し、発生した電荷は当該検知素子自体に容量成分とし
て形成される第１段目のキャパシタに貯えられると共
に、該キャパシタに対して並列対向接続されたノイズ除
去用検知素子の容量成分にも該ノイズ除去用検知素子か
らの電荷が貯えられる。そして、転送スイッチをON動作
することによって第１段目のキャパシタとノイズ除去用
検知素子に貯えられた電荷は第２段目のキャパシタに転
送され、転送された電荷は演算増幅器によって第２段目
のキャパシタの静電容量との関係から電圧に変換され、
転送スイッチのON動作後に出力スイッチをON動作するこ
とによって出力電圧として出力される。この際、ノイズ
除去用検知素子を検知素子（第１段目のキャパシタ）に
対して逆極性をもって並列対向接続したから、該ノイズ
除去用検知素子はノイズによる電荷が転送スイッチを介
して第２段目のキャパシタに送られることにより、検知
素子（第１段目のキャパシタ）から送られる電荷のう
ち、ノイズによる電荷分を除去し、第２段目のキャパシ
タにノイズのない電荷を貯えることができる。

さらに、請求項３の発明のように構成することにより、
検知素子に外力、外部熱等を与えることによって電荷を
発生し、発生した電荷は当該検知素子自体に容量成分と
して形成される第１段目のキャパシタに貯えられる。そ
して、転送スイッチをON動作することによって貯えられ
た電荷は、第１段目のキャパシタに対して逆極性をもっ
て直列接続され、誘電体からなる電荷発生型の検知素子
自体の容量成分によって構成された第２段目のキャパシ
タに転送され、転送された電荷は演算増幅器によって第
２段目のキャパシタの静電容量との関係から電圧に変換
され、転送スイッチのON動作後に出力スイッチをON動作
することによって、出力電圧として出力される。この
際、第２段目のキャパシタの検知素子を第１段目のキャ
パシタに対して逆極性をもって直列接続したから、該第
２段目のキャパシタの検知素子からはノイズによる電荷
が発生するから、検知素子（第１段目のキャパシタ）か
ら送られる電荷のうち、ノイズによる電荷分を除去し、
第２段目のキャパシタにノイズのない電荷を貯えること
ができる。

さらにまた、請求項４の発明のようにリセットスイッチ
を設けることにより、転送スイッチ、出力スイッチをON
動作した後に、リセットスイッチをON動作することによ
って、第２段目のキャパシタをリセットすることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図を参照しつ
つ、詳細に説明する。

第１図ないし第３図は第１の実施例を示す。

まず、第１図において、11は前述したように外力、外部
熱等の外因によって電荷Q₁₁を発生する電荷発生型の検
知素子で、該検知素子11は等価回路的には第２図に示す
ように電流i₁₁の定電流電源11Aと、電荷Q₁₁を貯える容
量成分C₁₁となるコンデンサ11Bとから構成され、該容量
成分C₁₁は後述するようにスイッチトキャパシタ回路19
の第１段目のキャパシタとなっている。

12は同じく電荷Q₁₂を発生する電荷発生型検知素子から
なるノイズ除去用検知素子で、該ノイズ除去用検知素子
12も等価回路的には第２図に示すように電流i₁₂の定電
流電源12Aと、容量成分C₁₂となるコンデンサ12Bとから
構成されている。しかし、ノイズ除去用検知素子12はノ
イズの消去を目的とするものであるから、前記検知素子
11に対して逆特性をもって並列対向接続されている。そ
して、該ノイズ除去用検知素子12は、前記検知素子11か
ら発生する電荷のうち、例えば周囲温度等によるノイズ
電荷分を除去するものである。

13,14は例えば電界効果トランジスタを用いたアナログ
スイッチ等によって構成される転送スイッチで、該転送
スイッチ13,14はこれがONとなることによって検知素子1
1,12のコンデンサ11B、12Bに貯えられた電荷Q₁₁,Q₁₂を
後述のコンデンサ15に転送するものである。

15はスイッチトキャパシタ回路19の第２段目のキャパシ
タを構成すべく容量C₁₅を有するコンデンサで、該コン
デンサ15は転送スイッチ13,14がONとなることによって
検知素子11,12に発生した電荷Q₁₁,Q₁₂を蓄積するもので
ある。

16は例えばアナログスイッチ等によって構成されるリセ
ットスイッチで、該リセットスイッチ16はコンデンサ15
と並列に接続され、これがONとなることによって該コン
デンサ15の電極間を短絡し、貯えた電荷を零にリセット
する。17は同じくアナログスイッチ等によって構成され
る出力スイッチで、該出力スイッチ17はこれがONとなる
ことにより後述の演算増幅器18で演算された出力電圧Vo
utを次段の回路に出力する。

さらに、18は演算増幅器で、該演算増幅器18の非反転入
力端子は信号グランドに接続され、反転入力端子は接続
点ａにおいて転送スイッチ13,14、コンデンサ15、リセ
ットスイッチ16と接続され、出力端子は接続点ｂにおい
てコンデンサ15、リセットスイッチ16、出力スイッチ17
と接続されている。そして、演算増幅器18は転送された
電荷Q₁₁,Q₁₂とコンデンサ15の容量C₁₅とから電荷−電圧
変換を行ない、出力電圧Voutを発生する。

ここで、本実施例によるスイッチトキャパシタ回路19
は、第１段目のキャパシタとなるコンデンサ11B,12B、
転送スイッチ13,14、第２段目のキャパシタとなるコン
デンサ15、リセットスイッチ16、出力スイッチ17および
演算増幅器18から構成され、スイッチトキャパシタフィ
ルタとしての機能も有するものである。

本実施例はこのように構成されるが、次にその作動につ
いて、第３図を参照しつつ述べる。

初めに、基本的動作としてノイズ除去用検知素子12が存
在しない場合について述べる。

まず、リセットスイッチ16がOFFした時刻t₀から転送ス
イッチ13がONとなる時刻t₁までの時間T_Sにおいては、検
知素子11には外力、熱等の外因に依存して電荷Q₁₁が貯
えられる。この間コンデンサ15には電荷の蓄積はない。
これは時刻t₀以前でリセットスイッチ16がONであり、コ
ンデンサ15の電極間が短絡されて電荷が零となり、かつ
演算増幅器18は理想的であり、バイアス電流が流れない
という条件で成立つ。

さて、時刻t₁において転送スイッチ13がONとなると、検
知素子11に貯えられた電荷Q₁₁は、時刻t₁′までの間
に、として、すべてコンデンサ15に転送され、蓄積される。
ただし、n,n-1の添字は、スイッチ14のON/OFFの一周期
に対応することを示すものである。この結果、演算増幅
器18の出力端子には、なる出力電圧Voutが発生するように電荷−電圧変換が行
なわれる。

次に、電荷Q₁₁の転送が完了した後の時刻t₂（転送スイ
ッチ13がOFFした時間Δｔ後）において、出力スイッチ1
7をONすると、出力電圧Voutは次段の回路に出力され
る。そして、出力スイッチ17をOFFした後、時刻t₃にお
いてリセットスイッチ16をONとして、コンデンサ15の電
荷を零とし、再び次のサイクルに入る。

以上の動作は転送スイッチ13のみをONとする場合につい
て述べたが、転送スイッチ13,14を同時にONとし、また
は出力スイッチ17をONとする前に転送スイッチ13,14を
順次にONすることにより、として出力すると共に、検知素子11のノイズ除去用検知
素子12とを逆極性で並列対向接続したから、周囲の温度
変化、振動等によるノイズを除去することができる。

然るに、本実施例では電荷−電圧変換回路はスイッチト
キャパシタ回路19により構成しているから、従来技術の
ように高抵抗を用いる必要がなく、高応答性をもった信
号処理回路とすることができる。

また、高抵抗が不要となり、しかも検知素子11,12に誘
電体薄膜を用いるようにすれば、スイッチ13,14,16,1
7、コンデンサ15、演算増幅器18は基板上に集積回路と
して形成しうるものばかりであるから、モノリシックIC
化が可能となる。

一方、リセットスイッチ16がOFFしてから出力スイッチ1
7がONするまでの時間T_Sは出力スイッチ17がONしている
時間に比べて非常に長い。このため、時間T_Sの間で突発
的に発生した高い周波数成分を有するノイズは電荷Q₁₁,
Q₁₂の一部とし平均化されてしまい、かつ出力スイッチ1
7がONしている微小時間にノイズが発生する確率は極め
て小さいから、高い周波数成分を有するノイズに対する
影響をなくし、信頼性の高い信号処理回路とすることが
でき、検知精度を高めることができる。

さらに、検知素子11,12の容量成分C₁₁,C₁₂はスイッチト
キャパシタ回路19の一部として第１段目のキャパシタを
兼用する構成としているから、回路構成が簡単となる。

さらにまた、スイッチトキャパシタ回路19は、サンプリ
ング周波数を適当に選ぶこと、即ちサンプリング時間T_S
を決定することで、使用目的に応じた周波数特性を有す
るスイッチトキャパシタフィルタ回路を実現することが
できる。

次に、第４図ないし第６図は本発明の第２の実施例を示
す。

然るに、本実施例の特徴は、検知素子は誘電体によって
形成され、当該検知素子自体が十分な容量成分を持って
いることに着目し、第１の実施例におけるコンデンサ15
を廃止し、検知素子12を当該コンデンサ15として使用す
るようにしたことにある。

即ち、第４図において、21は第１の検知素子、22は転送
スイッチ、23は第２の検知素子、24はリセットスイッ
チ、25は出力スイッチ、26は演算増幅器を示し、該演算
増幅器26の反転入力端子は接続点ｃにおいて転送スイッ
チ22、検知素子23、リセットスイッチ24と接続され、そ
の出力端子は接続点ｄにおいて検知素子23、リセットス
イッチ24、出力スイッチ25と接続されている。従って、
第１の実施例と比較すれば、コンデンサ15が廃止され
て、ノイズ除去用検知素子12が第２の検知素子23として
置換され、転送スイッチ14が不要となっている。

ここで、各検知素子21,23は等価回路的には第５図に示
す如くであって、第１の検知素子21は電流i₂₁の定電流
電源21Aと、電荷Q₂₁を貯える容量成分C₂₁となるコンデ
ンサ21Bとから構成され、第２の検知素子23も電流i₂₃の
定電流電源23Aと、発生した電荷Q₂₃と転送された電荷Q
₂₁を貯える容量成分C₂₃となるコンデンサ23Bとから構成
されている。従って、本実施例によるスイッチトキャパ
シタ回路27は第１段目のキャパシタとなるコンデンサ21
B、転送スイッチ22、第２段目のキャパシタとなるコン
デンサ23B、リセットスイッチ24、出力スイッチ25、お
よび演算増幅器26等から構成されている。

本実施例はこのように構成されるが、次にその作動につ
いて第６図を参照しつつ述べる。

第６図中、t₀はリセットスイッチ24がOFFとなった時
刻、t_Sは転送スイッチ22がONとなった時刻、t_S′は転送
スイッチ22がOFFとなると共に出力スイッチ25がONとな
った時刻、t_S″は出力スイッチ25がOFFとなると共にリ
セットスイッチ24がONとなった時刻を示している。

そして、リセットスイッチ24がOFFしてから転送スイッ
チ22がONとなるまでのt₀≦ｔ≦t_Sの時間T_Sにおいて、外
因によって検知素子21に蓄積される電荷Q₂₁は、となり、またリセットスイッチ24がOFFしてから出力ス
イッチ25がONとなるまでの時間T_S′において、外因によ
って検知素子23に蓄積される電荷Q₂₃は、次の（５）式
となる。

ここで、転送スイッチ22がOFFしている時間T_Sの間で
は、検知素子21は演算増幅器26と接続されないから、
（４）式による電荷Q₂₁は出力電圧Voutに影響しない。
一方、検知素子23は常時演算増幅器26と接続されている
から、リセットスイッチ24がOFFしている時間T_S″の間
では演算増幅器26の出力電圧Voutは電荷Q₂₃によって変
化し、第６図中のt₀≦ｔ≦t_S間の特性のようになる。さ
らに、時刻T_Sで転送スイッチ22がONとなると、検出素子
21に貯えられた電荷Q₂₁は全て検出素子23に転送され、
時刻T_S′で出力スイッチ25がONとなると、出力電圧Vout
は次段の回路に出力される。

これらのことから、時間t₀≦ｔ≦t_S″間における演算増
幅器26の出力電圧をみてみると、（イ）t₀≦ｔ≦t_S間では、（ロ）t_S≦ｔ≦t_S′間では、（ハ）t_S′≦ｔ≦t_S″間では、となり、全体としては第６図のような特性となる。

然るに、本実施例では第１の実施例におけるコンデンサ
15を廃止し、第２の検出素子23に形成されるコンデンサ
23Bをスイッチトキャパシタ回路27を構成する第２段目
のキャパシタと兼用しているから、回路構成を一層簡略
化することができる。

また、検出素子21,23は演算増幅器26の反転入力端子か
らみて逆極性に接続されている。この結果、検出素子2
1,23に同様な外部熱、外力等が作用した場合、転送スイ
ッチ22がONとなった時点で、これらに発生した電荷はキ
ャンセルしあい、出力スイッチ25をONにしても出力電圧
は発生しない。

よって、本実施例では検知素子21または23に電荷が発生
したときのみ、出力電圧Voutを発生するもので、一方の
検知素子を補正用検知素子とすることができ、安定的な
検知動作が可能となる。

さらに、本実施例においても、t_S≦ｔ≦t_S″間の時間T
d、出力スイッチ25がONとなっている時間Tmをt₀≦ｔ≦t
_S間の時間T_Sに比較して十分に小さな時間とすることに
より、高い周波数成分を持つノイズに対する影響をなく
し、次段への出力を安定することができる。

なお、各実施例では演算増幅器18,26は理想的な演算増
幅器として取扱ったが、実際には反転入力端子にバイア
ス電流i_B（−）が流れる（第４図参照）。しかし、この
バイアス電流分の出力は、として均一に出力されるため、次段の回路で容易に補正
することができる。

また、実施例ではリセットスイッチ24を設けるものとし
て述べたが、例えば積分器、フィルタ回路等として用い
る場合には該リセットスイッチ24を省略する構成として
もよい。

さらに、実施例ではスイッチとしてアナログスイッチを
例示したが、他のスイッチを用いてもよいことは勿論で
ある。

さらにまた、各実施例の検知素子11,12,21,23は、第10
図の如く直列接続して用いてもよく、第11図の如く並列
接続として用いてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明に係る電荷発生型検知素子の信号処理回路は以上
詳細に述べた如くであって、請求項１の発明では、電荷
−電圧変換回路としてスイッチトキャパシタ回路によっ
て構成し、第１段目のキャパシタを検知素子自体が有す
る容量成分を用いるようにしたから、従来技術の高抵抗
が不要となり、出力時の応答性を高めると共に電荷−電
圧変換回路のモノリシックIC化を可能にできる。また、
検知時間に比較して出力時間を短縮することができ、高
い周波数成分を有するノイズによる影響をなくし、さら
にスイッチトキャパシタフィルタとして構成可能である
等の効果を奏する。

また、請求項２の発明では、電荷−電圧変換回路として
スイッチトキャパシタ回路によって構成し、該スイッチ
トキャパシタ回路中の第１段目のキャパシタを検知素子
自体が有する容量成分を用いると共に、該第１段目のキ
ャパシタにノイズ除去用検知素子を逆極性をもって並列
対向接続するようにしたから、検知素子（第１段目のキ
ャパシタ）から発生する電荷のうち、周囲温度の変化、
振動等によるノイズ電荷を除去できる。さらに、スイッ
チトキャパシタ回路により高い周波数成分を有するノイ
ズの影響をなくし、しかも出力時の応答性を高め、電荷
−電圧変換回路のモノリシックIC化を可能にできる等、
前記請求項１の発明と同様の効果を奏する。

さらに、請求項３の発明では、電荷−電圧変換回路とし
てスイッチトキャパシタ回路によって構成し、該スイッ
チトキャパシタ回路中の第１段目のキャパシタおよび第
２段目のキャパシタを検知素子自体が有する容量成分を
用いると共に、前記第２段目のキャパシタを第１段目の
キャパシタに対して逆極性をもって直列接続したから、
検知素子（第１段目のキャパシタ）から発生する電荷の
うち、周囲温度の変化、振動等によるノイズ電荷を除去
できる。さらに、スイッチトキャパシタ回路により高い
周波数成分を有するノイズの影響をなくし、しかも出力
時の応答性を高め、電荷−電圧変換回路のモノリシック
IC化を可能にできる等、前記請求項１の発明と同様の効
果を奏する。

さらにまた、請求項４の発明では、転送スイッチ、出力
スイッチを順次ON動作した後にリセットスイッチをON動
作することによって第２段目のキャパシタを確実にリセ
ットすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例に係り、第
１図は本実施例による回路構成図、第２図は第１図の等
価回路図、第３図はスイッチ動作タイミングと出力電圧
の関係を示す線図、第４図ないし第６図は本発明の第２
の実施例に係り、第４図は本実施例の回路構成図、第５
図は第４図の等価回路図、第６図はスイッチの動作タイ
ミングと出力電圧の関係を示す線図、第７図ないし第12
図は従来技術に係り、第７図は検知素子を用いた人体検
知システムを示すブロック図、第８図は第７図中の電流
−電圧変換回路を電流−電圧変換回路とした場合の回路
構成図、第９図は同じく第７図中の電流−電圧変換回路
を電界効果トランジスタを用いたインピーダンス変換回
路とした場合の回路構成図、第10図は検知素子を直列対
向接続してなる第９図と同様の回路構成図、第11図は検
知素子を並列対向接続してなる第９図と同様の回路構成
図、第12図は検知素子と電流−電圧変換回路を二重化し
た場合の構成を示すブロック図である。 11,12,21,23……検知素子 11B,12B,21B……コンデンサ（第１段目のキャパシタ） 13,14,22……転送スイッチ 15,23B……コンデンサ（第２段目のキャパシタ） 16,24……リセットスイッチ 17,25……出力スイッチ 18,26……演算増幅器 19,27……スイッチトキャパシタ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外因に依存して電荷を発生する誘電体から
なる電荷発生型の検知素子と、該検知素子に発生した電
荷を電圧変換して信号出力する電荷−電圧変換回路とか
らなる電荷発生型検知素子の信号処理回路において、前
記電荷−電圧変換回路は、前記検知素子から発生した電
荷を該検知素子自体の容量成分に貯える第１段目のキャ
パシタと、該第１段目のキャパシタから転送された電荷
を貯える第２段目のキャパシタと、前記第１段目のキャ
パシタと第２段目のキャパシタとの間に設けられた転送
スイッチと、前記第１段目のキャパシタが該転送スイッ
チを介して反転入力端子に接続されると共に、第２段目
のキャパシタが反転入力端子と出力端子との間に接続さ
れ、前記転送スイッチを介して転送された電荷を前記第
２段目のキャパシタの容量により電圧として変換する演
算増幅器と、該演算増幅器の出力側に設けられた出力ス
イッチとからなるスイッチトキャパシタ回路によって構
成したことを特徴とする電荷発生型検知素子の信号処理
回路。
【請求項２】外因に依存して電荷を発生する誘電体から
なる電荷発生型の検知素子と、該検知素子に発生した電
荷を電圧変換して信号出力する電荷−電圧変換回路とか
らなる電荷発生型検知素子の信号処理回路において、前
記電荷−電圧変換回路は、前記検知素子から発生した電
荷を該検知素子自体の容量成分に貯える第１段目のキャ
パシタと、該第１段目のキャパシタに対して逆極性をも
って並列対向接続され、容量成分を有するノイズ除去用
検知素子と、前記第１段目のキャパシタから転送された
電荷を貯えるべくコンデンサによって構成された第２段
目のキャパシタと、前記第１段目のキャパシタと第２段
目のキャパシタとの間および前記ノイズ除去用検知素子
と第２段目のキャパシタとの間に設けられた転送スイッ
チと、前記第１段目のキャパシタおよびノイズ除去用検
知素子が該転送スイッチを介して反転入力端子に接続さ
れると共に、第２段目のキャパシタが反転入力端子と出
力端子との間に接続され、前記転送スイッチを介して転
送された電荷を前記第２段目のキャパシタの容量により
電圧として変換する演算増幅器と、該演算増幅器の出力
側に設けられた出力スイッチとからなるスイッチトキャ
パシタ回路によって構成したことを特徴とする電荷発生
型検知素子の信号処理回路。
【請求項３】外因に依存して電荷を発生する誘電体から
なる電荷発生型の検知素子と、該検知素子に発生した電
荷を電圧変換して信号出力する電荷−電圧変換回路とか
らなる電荷発生型検知素子の信号処理回路において、前
記電荷−電圧変換回路は、前記検知素子から発生した電
荷を該検知素子自体の容量成分に貯える第１段目のキャ
パシタと、該第１段目のキャパシタから転送された電荷
を貯えるべく、該キャパシタに対して逆極性をもって直
列接続され、誘電体からなる電荷発生型の検知素子自体
の容量成分によって構成された第２段目のキャパシタ
と、前記第１段目のキャパシタと第２段目のキャパシタ
との間に設けられた転送スイッチと、前記第１段目のキ
ャパシタが該転送スイッチを介して反転入力端子に接続
されると共に、第２段目のキャパシタが反転入力端子と
出力端子との間に接続され、前記転送スイッチを介して
転送された電荷を前記第２段目のキャパシタの容量によ
り電圧として変換する演算増幅器と、該演算増幅器の出
力側に設けられた出力スイッチとからなるスイッチトキ
ャパシタ回路によって構成したことを特徴とする電荷発
生型検知素子の信号処理回路。
【請求項４】前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子
との間には、前記第２段目のキャパシタと並列に接続さ
れたリセットスイッチを設けてなる請求項（１），
（２）または（３）に記載の電荷発生型検知素子の信号
処理回路。