JP2007085840A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光に応じて発生する熱を検出することにより光を検出する光検出装置に関し、簡単な回路構成で、精度良く検出対象からの光検出することができる光検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、検出対象からの入射光に応じた信号を出力する第１の検出部（１１１）と、周囲環境からの入射光に応じた信号を出力する第２の検出部（１１２）と、第１の検出部（１１１）の出力信号と第２の検出部（１１２）の出力信号との差分を出力する差動アンプ（１２３）と、差動アンプ（１２３）の出力と基準電圧とを比較し、比較結果に応じて反転する出力信号を出力するコンパレータ（１２４）と、第１の検出部（１１１）の温度に応じて基準電圧を変化させることにより、温度補償を行なう温度補償手段（１２５、Ｒ31）とを有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は光検出装置に係り、特に、入射光に応じて発生する熱を検出することにより光を検出する光検出装置に関する。

検出対象から放射される赤外線を検出して、検出対象の存在、通過を検出する検出センサが開発されている。赤外線を検出するセンサとしては、例えば、サーミスタを用いたものやサーモパイルと呼ばれるものが存在する。

このうち、サーモパイルは、微小な熱電対を複数対直列に接続したデバイスでありサーミスタに比べて応答性がよい。このため、サーモパイルを用いた赤外線検出装置が注目されている。

サーミスタやサーモパイルは、周囲温度の影響を受けやすく、温度補償が必要不可欠となる。サーミスタを用いた温度検知デバイスでは、同じパッケージ内に赤外線検知用サーミスタの他に温度補償用サーミスタを設け、その差分を出力として用いることにより温度補償を行なう温度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３０２２８８

しかるに、従来の検出装置は、パッケージを構成するアルミニウムケース内に温度補償用サーミスタを設け、単に、パッケージ内の温度を検出し、赤外線検知用サーミスタの出力との差分をとる構成であったため、パッケージ外の周囲の赤外光の影響を反映した構成とはなっていなかった。このため、精度よく検出を行なうことができなかった。また、赤外線検知用サーミスタの温度変動による検出信号の変動を検出することもできない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な回路構成で、精度良く検出対象からの光検出することができる光検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、検出対象からの入射光に応じた信号を出力する第１の検出部（１１１）と、周囲環境からの入射光に応じた信号を出力する第２の検出部（１１２）と、第１の検出部（１１１）の出力信号と第２の検出部（１１２）の出力信号との差分を出力する差動アンプ（１２３）と、差動アンプ（１２３）の出力と基準電圧とを比較し、比較結果に応じて反転する出力信号を出力するコンパレータ（１２４）と、第１の検出部（１１１）の温度に応じて基準電圧を変化させることにより、温度補償を行なう温度補償手段（１２５、Ｒ31）とを有することを特徴とする。

温度補償手段（１２５、Ｒ31）は、第１の検出部（１１１）の周囲温度に応じて抵抗が変化するサーミスタ（１２５）を有することを特徴とする。サーミスタ（１２５）は、第１の検出部（１１１）に内蔵されていることを特徴とする。

第１の検出部（１１１）及び第２の検出部（１１２）に入射する光は、赤外線であることを特徴とする。第１の検出部（１１１）及び第２の検出部（１１２）は、サーモパイルから構成されたことを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、集光手段により第１の検出部に所定の成分の光を集光させて入射し、入射手段により第２の検出部に所定の成分の光を入射し、第１の検出部の出力信号と第２の検出部の出力信号との差分に応じた検出信号を出力することにより、周囲環境で生じている所定の成分の光を検出対象からの光からキャンセルすることができ、検出対象からの光だけを精度良く検出することができる。

図１は本発明の一実施例の構成図、図２は本発明の一実施例の断面図、図３は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。

本実施例の光検出装置１００は、第１の検出部１１１、第２の検出部１１２、集光手段１１３、入射手段１１４、出力手段１１５をプリント配線板１３１上に搭載し、樹脂１３２によりモールドした構成とされている。

第１の検出部１１１は、サーモパイルから構成されており、入射する赤外光に応じた信号を出力する。第１の検出部１１１は、プリント配線板１３１に半田付けされている。

第２の検出部１１２は、サーモパイルから構成されており、入射する赤外光に応じた信号を出力する。第２の検出部１１２は、プリント配線板１３１に半田付けされている。

集光手段１１３は、高密度ポリエチレンから形成されたフレネルレンズを凸状に成形した構成とされており、赤外光を集光して、第１の検出部１１１に入射させる。集光手段１１３は、ケース１４１及びスペーサ１４２により保持されている。

入射手段１１４は、集光手段１１３と同じ材料の高密度ポリエチレンを平板状に成形したものであり、入射光を集光することなく、周囲環境の赤外光を第２の検出部１１２に入射する。入射手段１１４は、ケース１１４とスペーサ１４２との間に配置され、ケース１４１に形成された貫通孔１４３を介して周囲環境から赤外光をケース１４１の内部に入射する。

集光手段１１３により検出対象からの赤外光が第１の検出部１１１に供給される。また、入射手段１１４により周囲環境の赤外光が第２の検出部１１２に供給される。

出力手段１１５には、第１の検出部１１１の出力信号と第２の検出部１１２の出力信号とが供給される。出力手段１１５は、第１の検出部１１１の出力信号と第２の検出部１１２の出力信号との差分に応じた検出信号を出力する。

出力手段１１５は、図３に示すように抵抗Ｒ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22、Ｒ31、アンプ１２１、１２２、差動アンプ１２３、コンパレータ１２４、サーミスタ１２５から構成されている。

抵抗Ｒ11、Ｒ12は、電源電圧Ｖccと接地との間に直列に接続されており、電源電圧Ｖccを分圧し、第１の検出部１１１に印加するバイアス電圧を生成する。抵抗Ｒ11、Ｒ12で生成されたバイアス電圧は、第１の検出部１１１の一端に印加される。

第１の検出部１１１には、集光手段１１３から検出対象の赤外光が入射する。第１の検出部１１１は、集光手段１１３から入射した赤外光に応じた検出信号を発生する。第１の検出部１１１で発生した検出信号は、アンプ１２１に供給される。アンプ１２１は、第１の検出部１１１で発生した検出信号を増幅して、差動アンプ１２３の非反転入力端子に供給する。

抵抗Ｒ21、Ｒ22は、電源電圧Ｖccと接地との間に直列に接続されており、電源電圧Ｖccを分圧し、第２の検出部１１２に印加するバイアス電圧を生成する。抵抗Ｒ21、Ｒ22で生成されたバイアス電圧は、第２の検出部１１２の一端に印加される。

第２の検出部１１２には、入射手段１１４から周囲環境の赤外光が入射する。第２の検出部１１２は、入射手段１１４から入射した周囲環境の赤外光に応じて基準信号を発生する。第２の検出部１１２で発生した基準信号は、アンプ１２２に供給される。アンプ１２２は、第２の検出部１１２で発生した基準信号を増幅して、差動アンプ１２３の反転入力端子に供給する。

差動アンプ１２３は、アンプ１２１からの検出信号からアンプ１２２からの基準信号を減算して出力する。このとき、アンプ１２１からの検出信号には、検出対象からの赤外光に応じた信号のみならず、周囲環境からの赤外光に応じた信号も含まれている。よって、差動アンプ１２３によりアンプ１２１からの検出信号からアンプ１２２からの基準信号を減算して出力することにより、差動アンプ１２３から周囲環境の赤外光による信号を除去した検出対象からの赤外光に応じた信号成分のみを出力することができる。

差動アンプ１２３の出力信号は、コンパレータ１２４の非反転入力端子に供給される。コンパレータ１２４の反転入力端子には、抵抗Ｒ31及びサーミスタ１２５の接続点から電源電圧Ｖccを分圧して生成された基準電圧が印加されている。サーミスタ１２５は、第１の検出部１１１に内蔵、あるいは、近接して設けられており、第１の検出部１１１で発生する熱に応じて抵抗が大きくなる。これによって、第１の検出部１１１の温度が高くなると基準電圧が大きくなるように温度補償が行なわれる。なお、第１の検出部１１１は、自己熱により温度変化があり、これによって、検出信号に温度特性が発生する。サーミスタ１２５によって温度による検出信号をキャンセルするように基準電圧を補償することにより、温度変化による検出誤差をキャンセルすることができる。

コンパレータ１２４の出力は差動アンプ１２３の出力が基準電圧より小さい状態では出力をローレベルとなり、差動アンプ１２３の出力が基準電圧より大きくなると出力ハイレベルとなる。コンパレータ１２４の出力は、出力端子Ｐoutから出力される。出力端子Ｐoutがハイレベルのときに集光手段１１３の向いている方向に検出対象が存在し、出力端子Ｐoutがローレベルのときに集光手段１１３の向いている方向に検出対象が存在しないことを認識できる。なお、出力端子Ｐoutは、上位装置に接続される。

本実施例によれば、集光手段１１３により第１の検出部１１１に赤外成分の光を集光させて入射し、入射手段１１４により第２の検出部１１２に所定の成分の光を入射し、第１の検出部１１１の出力信号と第２の検出部１１２の出力信号との差分に応じた検出信号を取得し、基準電圧と比較して出力することにより、周囲環境で生じている赤外成分の光を検出対象からの光からキャンセルすることができ、検出対象からの光だけを精度良く検出することができる。

なお、本実施例では、検出対象が人体などであり、このため、集光手段１１３及び入射手段１１４により人体などから放射される赤外成分を透過し、第１の検出部１１１及び第２の検出部１１２に供給するようにしたが、透過光は赤外成分に限定されるものではなく、検出対象に応じた成分を透過するように設定すればよい。

本発明の一実施例の構成図である。 本発明の一実施例の断面図である。 本発明の一実施例のブロック構成図である。

符号の説明

１００ 光検出装置
１１１ 第１の検出部、１１２ 第２の検出部、１１３ 集光手段、１１４ 入射手段
１１５ 出力手段
１２１、１２２ アンプ、１２３ 差動アンプ、１２４ コンパレータ
１２５ サーミスタ
１３１ プリント配線板、１３２ 樹脂
１４１ ケース、１４２ スペーサ

Claims (5)

1. 検出対象からの入射光に応じた信号を出力する第１の検出部と、
   周囲環境からの入射光に応じた信号を出力する第２の検出部と、
   前記第１の検出部の出力信号と前記第２の検出部の出力信号との差分を出力する差動アンプと、
   前記差動アンプの出力と基準電圧とを比較し、比較結果に応じて反転する出力信号を出力するコンパレータと、
   前記第１の検出部の温度に応じて前記基準電圧を変化させることにより、温度補償を行なう温度補償手段とを有することを特徴とする光検出装置。
2. 前記温度補償手段は、前記第１の検出部の周囲温度に応じて抵抗が変化するサーミスタを有することを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
3. 前記サーミスタは、前記第１の検出部に内蔵されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光検出装置。
4. 前記第１の検出部及び前記第２の検出部に入射する光は、赤外線であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の光検出装置。
5. 前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、サーモパイルから構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の光検出装置。

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