JP2012013578A - Infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦電素子を用いた赤外線検出装置に関する。 The present invention relates to an infrared detector using a pyroelectric element.
近年、省エネルギ化を図るなどの目的で、人体の動きを検知して効率的な動作を行う様々な電気機器が提案されている。たとえば、このような電気機器には、赤外線の検知部として焦電素子を用いた赤外線検出装置が内蔵されている。一般的な赤外線検出装置は、レンズ等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子に集めており、焦電素子が受光する赤外線量の変化に応じて焦電素子から出力される電流信号が変化する。 2. Description of the Related Art In recent years, various electric devices that detect the movement of a human body and perform an efficient operation have been proposed for the purpose of saving energy. For example, such an electric device incorporates an infrared detector using a pyroelectric element as an infrared detector. A general infrared detection device collects infrared rays from the detection area using a lens or the like into a pyroelectric element, and a current signal output from the pyroelectric element in response to a change in the amount of infrared light received by the pyroelectric element. Changes.
この種の赤外線検出装置1として、たとえば図10に示すように、焦電素子2と、焦電素子2の出力する電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部3と、電流電圧変換部3の出力を増幅する電圧増幅部300とを備えた装置が知られている。この赤外線検出装置1では、焦電素子2から出力された電流信号は、電流電圧変換部3にて電圧信号に変換された後、電圧増幅部300で増幅され、図示しない後段の検知回路に入力される。なお、図10の構成において、電圧増幅部300は、人体検知時に発生する電流信号の周波数帯域(たとえば0.1Hz〜10Hz程度)を通過帯域とするバンドパスフィルタとしての機能を有している。
As this type of
ところで、焦電素子2から出力される電流信号には、たとえば周囲温度の変化などに起因して、検知対象(人体)とは関係のない不要な低周波成分が含まれることがある。そこで、赤外線検出装置1として、電流電圧変換部3の出力への不要な低周波成分の影響を抑制するために、電流電圧変換部3の出力端−入力端間に直流帰還回路200が接続された構成の装置が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
By the way, the current signal output from the
特許文献1に記載の赤外線検出装置1では、電流電圧変換部3は、反転入力端に焦電素子2が接続された第1の演算増幅器31を有している。第1の演算増幅器31の出力端−反転入力端間には、交流帰還用の容量素子としてのコンデンサC1が接続されている。第1の演算増幅器31の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源202が接続されている。
In the
また、直流帰還回路200は、演算増幅器201にコンデンサC200と抵抗R200とが付加された積分回路からなり、演算増幅器201の非反転入力端に第1の演算増幅器31の出力端が接続されている。コンデンサC200は演算増幅器201の出力端−反転入力端間に接続されている。演算増幅器201の反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源202が抵抗R200を介して接続されている。演算増幅器201の出力端は、入力抵抗R201を介して第1の演算増幅器31の反転入力端に接続されている。
The
以上説明した構成の赤外線検出装置1は、演算増幅器201の出力に応じて不要な低周波成分については入力抵抗R201に流すことにより、電流電圧変換部3の出力する電圧信号への不要な低周波成分の影響を抑制することができる。
The
しかしながら、上述した構成の赤外線検出装置1は、電流電圧変換部3の入力端に入力抵抗R201が接続されているので、入力抵抗R201で発生するノイズ成分が電流電圧変換部3に入力されることになり、電流電圧変換部3のSN比の低下につながる。特に、カットオフ周波数を低くしたり(たとえば0.1Hz未満)、入力抵抗R201の熱雑音を抑えたりするためには、入力抵抗R201は抵抗値がたとえばT(テラ)Ωオーダの高抵抗とする必要がある。
However, in the
しかし、赤外線検出装置1の小型化の観点から入力抵抗R201は通常、IC(集積回路)に内蔵される抵抗素子にて構成され、このような抵抗素子で高抵抗を実現しようとすると、温度特性が大きく抵抗値のばらつきが大きくなる。入力抵抗R201の抵抗値がばらついて抵抗値が下がると、入力抵抗R201の熱雑音が増え、結果的にノイズ成分が増大して電流電圧変換部3のSN比が低下する。
However, from the viewpoint of miniaturization of the
本発明は上記事由に鑑みて為されており、電流電圧変換部の出力への不要な低周波成分の影響を抑制しながらも、電流電圧変換部のSN比を向上させることができる赤外線検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described reason, and an infrared detection device capable of improving the SN ratio of the current-voltage conversion unit while suppressing the influence of unnecessary low-frequency components on the output of the current-voltage conversion unit. The purpose is to provide.
本発明の赤外線検出装置は、焦電素子と、帰還用の容量素子が接続された演算増幅器を用いて、前記焦電素子から出力される電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部とを備え、前記容量素子に蓄積された電荷を放電するための放電経路を形成する放電部を前記電流電圧変換部に有しており、前記放電部を制御することにより、前記電流電圧変換部の出力から所定周波数以下の低周波成分を除去するようなタイミングで前記容量素子をリセットする制御部が設けられていることを特徴とする。 The infrared detection device of the present invention includes a pyroelectric element and a current-voltage conversion unit that converts a current signal output from the pyroelectric element into a voltage signal using an operational amplifier to which a capacitive element for feedback is connected. The current-voltage converter has a discharge part that forms a discharge path for discharging the charge accumulated in the capacitor element, and the output of the current-voltage converter by controlling the discharge part And a controller that resets the capacitive element at a timing such that a low-frequency component equal to or lower than a predetermined frequency is removed.
この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記低周波成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器を有しており、前記クロック信号に基づいてリセット信号を生成し、前記リセット信号によって前記容量素子をリセットすることが望ましい。 In this infrared detection apparatus, the control unit includes an oscillator that generates a clock signal at a predetermined cycle so as to remove the low-frequency component, and generates a reset signal based on the clock signal. It is desirable that the capacitive element is reset by the reset signal.
この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるフィルタ部をさらに備え、前記制御部は、前記フィルタ部の出力がフィードバック信号として入力されており、前記クロック信号の発生後において前記フィードバック信号の最初のゼロクロス点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, the infrared detector further includes a filter unit that allows a signal component of a predetermined frequency band to pass through the output of the current-voltage conversion unit, and the control unit receives the output of the filter unit as a feedback signal, More preferably, after the clock signal is generated, the reset signal is generated at the first zero cross point of the feedback signal to reset the capacitive element.
この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記クロック信号の発生後、所定の延長時間に亘って前記フィードバック信号の前記ゼロクロス点が生じなければ、前記クロック信号の発生から前記延長時間が経過した時点で前記リセット信号を生成し前記容量素子をリセットすることがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, the control unit, when the zero-cross point of the feedback signal does not occur for a predetermined extension time after the generation of the clock signal, when the extension time has elapsed from the generation of the clock signal. More preferably, the reset signal is generated to reset the capacitive element.
この赤外線検出装置において、前記制御部は、予め定められている許容時間以上連続して前記電流電圧変換部の出力値の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、前記容量素子をリセットする異常保護部を有することがより望ましい。 In the infrared detection device, the control unit is configured to perform an abnormality that resets the capacitive element when an absolute value of an output value of the current-voltage conversion unit exceeds a predetermined threshold continuously for a predetermined allowable time or more. It is more desirable to have a protective part.
この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部の出力値に相当する値の絶対値と所定の第1の閾値とを比較して、前記絶対値が前記第1の閾値を超えるか否かによって検知対象の有無を判定する判定部をさらに備え、前記制御部は、前記絶対値が前記第1の閾値よりも低い第2の閾値以内であるときには前記容量素子をリセット可能な第1の動作モードで動作し、前記絶対値が前記第2の閾値を超えているときには前記容量素子のリセットを行なわない第2の動作モードで動作することがより望ましい。 In this infrared detection device, the absolute value of the value corresponding to the output value of the current-voltage converter is compared with a predetermined first threshold value, and detection is performed based on whether the absolute value exceeds the first threshold value. A determination unit configured to determine whether or not there is a target, wherein the control unit is configured to be configured in a first operation mode capable of resetting the capacitive element when the absolute value is within a second threshold value that is lower than the first threshold value; It is more desirable to operate in the second operation mode in which the capacitor element is not reset when the absolute value exceeds the second threshold value.
この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部の出力値をデジタル値に変換するAD変換部と、前記AD変換部の出力のうち所定の周波数帯域の信号成分を通過させるデジタル処理部とをさらに備えることがより望ましい。 The infrared detection apparatus further includes an AD conversion unit that converts an output value of the current-voltage conversion unit into a digital value, and a digital processing unit that passes a signal component in a predetermined frequency band out of the output of the AD conversion unit. It is more desirable.
この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記AD変換部の入力の絶対値が、当該AD変換部にてデジタル値に変換可能な対応範囲の上限値以下に設定されている第3の閾値を超えると、前記容量素子をリセットするAD変換保護部を有することがより望ましい。 In the infrared detection device, the control unit may set a third threshold value, in which the absolute value of the input of the AD conversion unit is set to be equal to or less than an upper limit value of a corresponding range that can be converted into a digital value by the AD conversion unit. If it exceeds, it is more desirable to have an AD conversion protection unit that resets the capacitive element.
この赤外線検出装置において、前記AD変換部は、ΔΣ方式であることがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, it is more desirable that the AD conversion unit is a ΔΣ method.
この赤外線検出装置において、前記デジタル処理部は、シリアル方式でデジタル値を出力することがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, it is more preferable that the digital processing unit outputs a digital value in a serial manner.
この赤外線検出装置において、前記デジタル処理部は、前記シリアル方式として、セルごとに出力が反転するBMCエンコード方式を用いていることがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, it is more preferable that the digital processing unit uses a BMC encoding method in which an output is inverted for each cell as the serial method.
この赤外線検出装置において、前記電流電圧変換部は、前記焦電素子の一端に接続される第1の演算増幅器と、前記焦電素子の他端に接続される第2の演算増幅器とを前記演算増幅器として有しており、前記第1の演算増幅器の出力電圧と前記第2の演算増幅器の出力電圧との差分に相当する信号を前記電圧信号として出力することがより望ましい。 In this infrared detection device, the current-voltage converter includes the first operational amplifier connected to one end of the pyroelectric element and the second operational amplifier connected to the other end of the pyroelectric element. More preferably, the amplifier has an amplifier and outputs a signal corresponding to the difference between the output voltage of the first operational amplifier and the output voltage of the second operational amplifier as the voltage signal.
この赤外線検出装置において、前記制御部は、前記第1の演算増幅器と前記第2の演算増幅器との少なくとも一方の出力電圧が所定の第4の閾値と所定の第5の閾値とで定められる正常範囲から外れた場合に、前記容量素子をリセットする異常電圧保護部を有することがより望ましい。 In this infrared detection apparatus, the control unit is configured so that an output voltage of at least one of the first operational amplifier and the second operational amplifier is determined by a predetermined fourth threshold and a predetermined fifth threshold. It is more desirable to have an abnormal voltage protection unit that resets the capacitive element when out of range.
本発明は、電流電圧変換部の出力への不要な低周波成分の影響を抑制しながらも、電流電圧変換部のSN比を向上させることができるという利点がある。 The present invention has an advantage that the SN ratio of the current-voltage converter can be improved while suppressing the influence of unnecessary low-frequency components on the output of the current-voltage converter.
(実施形態1)
本実施形態の赤外線検出装置1は、図1に示すように、焦電素子2と、電流電圧変換部3と、AD変換部4と、デジタル処理部5と、制御部6とを備えている。本実施形態では、一例として検知エリア内の人体検知に用いられる赤外線検出装置1について説明するが、赤外線検出装置1がたとえばガス検知等の人体検知以外の用途に用いられることを妨げる趣旨ではない。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
焦電素子2は、検知エリアから赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。
The
電流電圧変換部3は、背景技術の欄で説明した図10の電流電圧変換部3と基本的に同様の構成であって、反転入力端に焦電素子2が接続された第1の演算増幅器31を有している。演算増幅器31の出力端−反転入力端間には、交流帰還用の容量素子としてのコンデンサC1が接続されている。演算増幅器31の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源32が接続されている。
The current-
このように構成される容量変換型の電流電圧変換部3によれば、焦電素子2からの電流信号は、コンデンサC1のインピーダンスを用いて電圧信号に変換される。したがって、演算増幅器31から出力される電圧は、基準電源32が発生する基準電圧からコンデンサC1の両端電圧を差し引いた値となる。要するに、電流電圧変換部3の出力は、基準電圧を動作点として、焦電素子2が赤外線を受光したことによる電流信号の変化に応じて動作点から変化する。
According to the capacity-conversion-type current-
なお、以下では説明を簡単にするために、上記動作点(基準電圧)にあるときの電流電圧変換部3の出力をゼロとして説明する。つまり、電流電圧変換部3の出力は、演算増幅器31から出力される電圧の動作点からの変化量を意味する。
In the following description, for simplicity of explanation, the output of the current-
ここで、演算増幅器31の出力端−反転入力端間には、コンデンサC1と並列にリセットスイッチ33が接続されている。リセットスイッチ33は、制御部6からのリセット信号によってオンオフ制御され、オン時には、コンデンサC1に蓄積されている電荷を放電するための放電経路を形成する放電部として機能する。つまり、リセットスイッチ33がオンすると、コンデンサC1の両端電圧がゼロにリセットされ、電流電圧変換部3の出力値はゼロ(動作点)にリセットされる。
Here, a
AD変換部4は、電流電圧変換部3から入力される電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換してデジタル処理部5に出力する。AD変換部4は、デジタル値に変換可能なアナログ値の範囲を表す対応範囲(ここでは−Vth0〜Vth0とする)が、外部から与えられるリファレンス電圧の大きさに応じて予め設定されている。AD変換部4は、この対応範囲外の振幅を持つアナログ信号が入力されると出力が飽和する。
The AD conversion unit 4 converts the voltage value (analog value) input from the current-
デジタル処理部5は、AD変換部4から入力されるデジタル信号に基づいて、検知エリア内の人体の存否を判定する。つまり、デジタル処理部5は、AD変換部4の出力値(電流電圧変換部3の出力に相当する)と、予め定められている第1の閾値とを比較することにより検知エリア内の人体の存否を判定する判定部(図示せず)を有している。判定部は、AD変換部の出力値の絶対値が第1の閾値を超えている期間には、検知エリア内に人がいると判定してHレベルの検知信号を出力し、閾値以内であれば検知エリア内に人はいないと判定して検知信号をLレベルとする。
The
また、デジタル処理部5は、人体検知時に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域(ここでは0.1Hz〜10Hz程度とする)を通過帯域とするデジタルバンドパスフィルタ(以下、バンドパスフィルタを「BPF」という)としての機能を有している。
Further, the
ここで、背景技術の欄で説明した図10の赤外線検出装置1のように、アナログBPFを用いる場合で、0.1Hz〜10Hz程度の信号を通過させるためには、回路定数の比較的大きなコンデンサ等の素子が必要になる。このような素子はIC(集積回路)に外付けされることになるので、この構成では赤外線検出装置1の回路部分をワンチップ化することができない。これに対して、本実施形態の赤外線検出装置1は、上述のようにデジタルBPFを用いたことにより、外付け部品が不要となり回路部分をワンチップ化することができるという利点がある。
Here, in the case of using an analog BPF as in the infrared detecting
以上説明した構成の赤外線検出装置1では、焦電素子2から出力された電流信号は、電流電圧変換部3にて電圧信号に変換された後、AD変換部4でデジタル値に変換され、デジタル処理部5に入力される。デジタル処理部5は、入力されたデジタル値に基づいて検知エリア内の人体の存否を判断し、判断結果を後段のマイコン(図示せず)等に出力する。
In the
ところで、本実施形態の赤外線検出装置1は、制御部6が適宜リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1をリセットすることにより、電流電圧変換部3の出力から所定周波数以下の不要な低周波成分(以下、「不要成分」という)を除去する。不要成分は、焦電素子2から出力される電流信号に対して、たとえば周囲温度の変化などに起因して検知対象(人体)とは無関係に生じる低周波の揺らぎ成分である。
By the way, in the
すなわち、制御部6は、電流電圧変換部3の出力から不要成分を除去するようなタイミングでリセット信号を出力し、リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1の両端電圧をリセットする。具体的に説明すると、制御部6は、不要成分を除去するように予め決められている周期でクロック信号を発生する発振器(図示せず)を有し、このクロック信号に基づいてリセット信号を生成する。
That is, the
クロック信号を発生する周期は、不要成分の上限となる周波数によって決められている。ここでは一例として、人体検知時に焦電素子2が発生する電流信号の周波数帯域(0.1Hz〜10Hz程度)との関係から、不要成分は0.1Hz以下の低周波成分であると仮定する。
The period for generating the clock signal is determined by the frequency that is the upper limit of the unnecessary component. Here, as an example, it is assumed that the unnecessary component is a low frequency component of 0.1 Hz or less from the relationship with the frequency band (about 0.1 Hz to 10 Hz) of the current signal generated by the
つまり、不要成分の上限の周波数が0.1Hzであれば、この周波数に対応する10秒という時間がクロック信号を発生する周期になる。制御部6が、このようにして決められている周期でコンデンサC1をリセットすれば、電流電圧変換部3の出力から不要成分が除去されることになる。要するに、制御部6と電流電圧変換部3とは、不要成分の上限の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタを構成する。
That is, if the upper limit frequency of the unnecessary component is 0.1 Hz, the time of 10 seconds corresponding to this frequency is a cycle for generating the clock signal. If the
また、本実施形態においては、制御部6には、デジタル処理部5の出力がフィードバック信号として入力されている。デジタル処理部5は、上述のように0.1Hz〜10Hzを通過帯域とするデジタルBPF(フィルタ部)としての機能を有するので、フィードバック信号は、電流電圧変換部3の出力から少なくとも不要成分が除かれた信号となる。
In the present embodiment, the output of the
制御部6は、図2に示すように、10秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号の最初のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1をリセットする。ここでいうフィードバック信号のゼロクロス点は、デジタル処理部5の出力がゼロ(動作点)になる時点を意味している。図2では、(a)が電流電圧変換部3に入力される電流信号、(b)が電流電圧変換部3から出力される電圧信号、(c)がデジタル処理部5の出力(フィードバック信号)、(d)がリセット信号を表している。なお、図2(c)および以下で説明する図面においては、実際にはデジタル値であるデジタル処理部5の出力値をアナログ値として示す。
As shown in FIG. 2, the
たとえば図2のように、電流電圧変換部3に0.1Hz以下の不要成分のみからなる電流信号が入力された場合、デジタル処理部5は、図2(c)に示すように不要成分が除かれたフィードバック信号を制御部6に出力する。ここで、フィードバック信号はノイズ成分を含んでいるため、図2(c)のような揺らぎを持つ。フィードバック信号に含まれるノイズ成分は主に、AD変換前に電流電圧変換部3で生じる回路ノイズや、AD変換後にデジタル処理部5で生じるノイズを含んでいる。制御部6は、10秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号のゼロクロス点(つまりノイズ成分がゼロになる点)でリセット信号を出力し、コンデンサC1をリセットする。
For example, as shown in FIG. 2, when a current signal consisting only of an unnecessary component of 0.1 Hz or less is input to the current-
したがって、制御部6がコンデンサC1をリセットするのは、デジタル処理部5の出力がゼロになるときであって、リセット時の電位差によりデジタル処理部5の出力に生じ得る変動を抑制することができる。
Therefore, the
また、制御部6は、図3に示すようにクロック信号の発生後、所定の延長時間に亘ってフィードバック信号のゼロクロス点が生じなければ、クロック信号の発生から延長時間が経過した時点で、リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1をリセットする。図3では、(a)がデジタル処理部5の出力(フィードバック信号)、(b)がリセット信号を表している。
In addition, as shown in FIG. 3, the
ここで、延長時間は、少なくとも発振器がクロック信号を発生する周期よりも短い時間であって、周期が10秒の場合、たとえば延長時間は3秒に設定される。なお、延長時間はクロック信号を発生する周期よりも長い時間(たとえば20秒)に設定されていてもよい。 Here, the extension time is a time shorter than at least the period in which the oscillator generates the clock signal, and when the period is 10 seconds, for example, the extension time is set to 3 seconds. The extended time may be set to a time (for example, 20 seconds) longer than the cycle for generating the clock signal.
この構成によれば、赤外線検出装置1に何らかの異常が生じることによって、クロック信号の発生後、延長時間経過してもデジタル処理部5の出力がゼロにならない場合でも、コンデンサC1がリセットされ、不要成分が除去されることになる。
According to this configuration, even if the output of the
さらにまた、本実施形態の他の例として、制御部6は、図4に示すように発振器がクロック信号を出力するタイミングでリセット信号を出力し、コンデンサC1をリセットするように構成されていてもよい。図4では、(a)がデジタル処理部5の出力(フィードバック信号)、(b)がリセット信号を表している。この場合、制御部6は、デジタル処理部5の出力に関係なくクロック信号を発生すればよいので、デジタル処理部5から制御部6へのフィードバック信号が不要になり、回路構成を簡略化することができる。
Furthermore, as another example of the present embodiment, the
ところで、制御部6は、予め定められている許容時間以上連続して電流電圧変換部3の出力値の絶対値が第1の閾値を超えた場合に、リセット信号を出力してコンデンサC1をリセットする異常保護部(図示せず)を有している。
Incidentally, the
要するに、赤外線検出装置1が正常であれば、人体検知時に図5(a)に示すようにデジタル処理部5の出力値の絶対値が周期的に第1の閾値Vth1を超えるため、検知信号は図5(b)に示すようにHレベルとLレベルとを繰り返す。一方、赤外線検出装置1に異常があれば、検知信号は図5(c)に示すようにHレベルを維持することがある。そこで、図5(c)のように検知信号がHレベルを維持したまま許容時間が経過すると、制御部6は図5(d)に示すようにリセット信号を出力しコンデンサC1をリセットする。
In short, if the
この構成によれば、赤外線検出装置1の動作に、検知信号が許容時間以上に亘ってHレベルとなるような異常が生じた場合に、制御部6は異常と判断してコンデンサC1をリセットするので、以降、人体検知を正常に行うことが可能となる。
According to this configuration, when an abnormality occurs in the operation of the
また、制御部6は、AD変換部4の入力の絶対値が、AD変換部4にてデジタル値に変換可能な対応範囲の手前に設定されている第3の閾値を超えた場合に、リセット信号を出力してコンデンサC1をリセットするAD変換保護部(図示せず)を有している。
The
つまり、図6に示すように、対応範囲の上限Vth0より少し低いところに上限となる第3の閾値Vth3が設定され、対応範囲の下限−Vth0より少し高いところに下限となる第3の閾値−Vth3が設定されている。図6では、(a)が電流電圧変換部3の出力値、(b)がリセット信号を表している。制御部6は、電流電圧変換部3の出力値(AD変換部4の入力値)を監視し、この値が第3の閾値Vth3(あるいは−Vth3)に達すると、上記閾値Vth3,−Vth3を超えたと判断してリセット信号を出力し、コンデンサC1をリセットする。
That is, as shown in FIG. 6, the third threshold Vth3 that is the upper limit is set at a position slightly lower than the upper limit Vth0 of the corresponding range, and the lower limit of the corresponding range is −the third threshold that is the lower limit at a position slightly higher than Vth0−. Vth3 is set. In FIG. 6, (a) represents the output value of the current-
この構成によれば、制御部6は、AD変換部4の入力が対応範囲から外れそうになると、コンデンサC1をリセットすることにより、AD変換部4の入力である電流電圧変換部3の出力値をゼロ(動作点)にリセットする。したがって、AD変換部4の入力が対応範囲から外れることはなく、赤外線検出装置1は、AD変換部4の出力が飽和することを回避して、常に人体検知可能な状態を維持できる。なお、第3の閾値Vth3,−Vth3は、対応範囲の上限Vth0、下限−Vth0と同値であってもよい。
According to this configuration, the
また、制御部6は、電流電圧変換部3の出力値の絶対値が人体検知のための第1の閾値よりも低い第2の閾値以内であるときには第1の動作モードで動作し、第2の閾値を超えているときには第2の動作モードで動作する。制御部6は、第1の動作モードにおいてはリセット信号を出力可能であるのに対し、第2の動作モードにおいてはリセット信号を出力することはない。
The
具体的には、制御部6は、図7(a)に示すように電流電圧変換部3の出力値に相当するデジタル処理部5の出力(フィードバック信号)を第2の閾値−Vth2,Vth2と比較する。デジタル処理部5の出力が第2の閾値−Vth2,Vth2で規定された範囲(−Vth2〜Vth2)外に出ると、制御部6は図7(c)に示すように第1の動作モードから第2の動作モードに切り替えるための第2モード切替信号を出力する。一方、デジタル処理部5の出力が第2の閾値−Vth2,Vth2で規定された範囲(−Vth2〜Vth2)内に戻ると、制御部6は図7(d)に示すように第2の動作モードから第1の動作モードに切り替えるための第1モード切替信号を出力する。
Specifically, as shown in FIG. 7A, the
なお、図7では、(a)がデジタル処理部5の出力(フィードバック信号)、(b)がリセット信号、(c)が第2モード切替信号、(d)が第1モード切替信号、(e)が検知信号を表している。
In FIG. 7, (a) is the output (feedback signal) of the
第1の動作モードにおいては、制御部6は、上述したように10秒周期で生じるクロック信号の発生後において、フィードバック信号の最初のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1をリセットする。一方、第2の動作モードにおいては、制御部6は、クロック信号を停止して、コンデンサC1をリセットするための動作を停止する。また、第1モード切替信号により第2の動作モードから第1の動作モードに切り替わると、制御部6は、動作モードの切り替え後最初のフィードバック信号のゼロクロス点でリセット信号を出力し、リセットスイッチ33をオンしてコンデンサC1をリセットする。
In the first operation mode, the
この構成によれば、赤外線検出装置1は、電流電圧変換部3の出力値の絶対値が第2の閾値を超えている場合にはコンデンサC1がリセットされないので、人体検知動作の途中で電流電圧変換部3の出力値がゼロ(動作点)にリセットされてしまうことがない。したがって、人体検知動作の途中で電流電圧変換部3の出力値がリセットされてしまうことによる検知信号の遅延や失報を防止でき、人体検知の感度が向上するという利点がある。
According to this configuration, the
以上説明した構成の赤外線検出装置1によれば、制御部6が、放電部となるリセットスイッチ33を制御してコンデンサC1の両端電圧をリセットすることによって、電流電圧変換部3の出力から不要成分を除去することができる。すなわち、焦電素子2から出力される出力電流には、たとえば周囲温度の変化などに起因して、検知対象(たとえば人体)とは関係のない不要な低周波成分が含まれることがある。これに対し、上記構成の赤外線検出装置1では、このような不要な低周波成分を不要成分として除去することができるので、不要成分が原因で誤検知等が生じることを回避できるという利点がある。
According to the
しかも、この赤外線検出装置1は、電流電圧変換部3の入力端に焦電素子2のみが接続されているので、背景技術の欄で説明したように入力抵抗が電流電圧変換部3の入力端に接続される構成に比べて、電流電圧変換部3のSN比が向上する。すなわち、電流電圧変換部3の入力端に入力抵抗が接続されている構成では、入力抵抗で発生するノイズ成分が電流電圧変換部3に入力されることになり、電流電圧変換部3のSN比が低下する。特に、赤外線検出装置1の小型化の観点から入力抵抗は通常、IC(集積回路)に内蔵される抵抗素子にて構成され、このような抵抗素子で高抵抗を実現しようとすると、温度特性が大きく抵抗値のばらつきが大きくなる。入力抵抗の抵抗値がばらついて抵抗値が下がると、入力抵抗の熱雑音が増え、電流電圧変換部3のSN比は低下する。
In addition, since the infrared detecting
これに対して、上記構成の赤外線検出装置1は、電流電圧変換部3のコンデンサC1がリセットされるタイミングを制御部6が制御することにより不要成分を除去しているので、入力抵抗を含む直流帰還回路を省略できる。したがって、入力抵抗を含む直流帰還回路に起因したノイズの影響をなくして、電流電圧変換部3のSN比を改善することができる。
On the other hand, the infrared detecting
なお、本実施形態の赤外線検出装置1は、背景技術の欄で説明したように電流電圧変換部3の出力端−入力端間に直流帰還回路が付加されている構成に比べ、直流帰還回路が不要になる分だけ回路規模が小さくなるとう利点もある。
Note that the
ところで、本実施形態においては、AD変換部4としてΔΣ(デルタシグマ)方式のAD変換器が用いられている。これにより、比較的小型で且つ高精度のAD変換部4を実現することができる。 By the way, in the present embodiment, a ΔΣ (delta sigma) type AD converter is used as the AD conversion unit 4. Thereby, the AD converter 4 having a relatively small size and high accuracy can be realized.
また、デジタル処理部5は、シリアル方式でデジタル信号を出力する。具体的には、デジタル処理部5は、図8(a)に示すようにスタートビット101、メインフィルタ出力102、検知信号状態103、動作モード判定結果104、ストップビット105からなる信号形式を採用する。メインフィルタ出力102は、フィードバック信号と同様に、デジタルBPFを通すことにより電流電圧変換部3の出力から少なくとも不要成分が除かれた信号の瞬時値を表す。また、検知信号状態103は、検知信号の状態(HレベルかLレベルか)を表し、動作モード判定結果104は、動作モードを表している。
The
デジタル処理部5は、1回の通信で16ビット(メインフィルタ出力102が10ビット、ストップビット105が3ビット、他が各1ビットずつ)のデジタル信号を、図8(c)に示す送信クロック(たとえば1MHz)に同期してシリアル通信にて出力する。これにより、デジタル処理部5は、クロックと各種のデータとを重畳させて1本の信号線で伝送可能となるので、端子数を少なくでき赤外線検出装置1の小型化につながるという利点がある。
The
さらに、本実施形態では、デジタル処理部5は、セルごとに出力が反転するBMC(Biphase Mark Code)エンコード方式を用いて出力を変換している。すなわち、デジタル処理部5は、図8(b)に示すように「1」というデータをBMCにより「01」あるいは「10」にエンコードし、「0」というデータをBMCにより「00」あるいは「11」にエンコードし、セルごとに出力を反転させる。なお、ここでいうセルは、エンコード前の1ビット分のデータを出力するためのタイムスロットを意味している。
Furthermore, in the present embodiment, the
このように、デジタル処理部5は、BMCエンコード方式を採用することによりセルごとに必ず出力が反転するので、信号に低周波成分が含まれず、電流電圧変換部3の入力への回り込みの影響が小さいという利点がある。したがって、赤外線検出装置1の小型化に当たり、電流電圧変換部3の入力とデジタル処理部5の出力との間の電位差に起因して生じ得るチャタリング現象を抑制することができる。
As described above, since the
(実施形態2)
本実施形態の赤外線検出装置1は、電流電圧変換部3が差動回路方式を採用している点が実施形態1の赤外線検出装置1と相違する。
(Embodiment 2)
The
すなわち、本実施形態では図9に示すように、電流電圧変換部3は、焦電素子2の一端に接続される第1の演算増幅器311と、焦電素子2の他端に接続される第2の演算増幅器312とを有している。第1の演算増幅器311の出力端−反転入力端間には交流帰還用の容量素子としての第1のコンデンサC11が接続され、第2の演算増幅器312の出力端−反転入力端間には交流帰還用の容量素子としての第2のコンデンサC12が接続されている。両演算増幅器311,312の非反転入力端には、基準電圧を発生する基準電源32が接続されている。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the current-
さらに、第1の演算増幅器311の出力端−反転入力端間にはコンデンサC11と並列に第1のリセットスイッチ331が接続され、第2の演算増幅器312の出力端−反転入力端間にはコンデンサC12と並列に第2のリセットスイッチ332が接続されている。第1および第2のリセットスイッチ331,332は、制御部6からのリセット信号によってオンオフ制御される。
Further, a
また、電流電圧変換部3は、第3の演算増幅器34を用いた差動増幅回路を備えている。この差動増幅回路は、第1の演算増幅器311の出力電圧と第2の演算増幅器312の出力電圧との差分に相当する信号を電圧信号として出力する。具体的には、第1の演算増幅器311の出力端は抵抗R11を介して演算増幅器34の反転入力端に接続され、第2の演算増幅器312の出力端は抵抗R12を介して演算増幅器34の非反転入力端に接続されている。第3の演算増幅器34の出力端−反転入力端間には抵抗R13が接続され、第3の演算増幅器34の非反転入力端は抵抗R14を介して基準電圧を発生する基準電源に接続されている。
Further, the current-
なお、図9では、AD変換部4とデジタル処理部6とをまとめて図示し、その後段に、デジタル処理部6の出力をシリアル出力するためのシリアルインタフェース7を図示している。また、図9において、電流電圧変換部3とAD変換部4とデジタル処理部5と制御部とシリアルインタフェース7とは、IC(集積回路)8によりワンチップ化され、ケース9内に収納されている。
In FIG. 9, the AD conversion unit 4 and the
この構成によれば、電流電圧変換部3は、第1および第2の演算増幅器311,312の出力電圧の差分に相当する電圧信号を出力するので、焦電素子2の端子から基板へのリークや外乱ノイズによって生じる同相成分を相殺することができる。さらに、上記構成によれば電流電圧変換部3の入力とデジタル処理部5の出力との間の電位差に起因して生じ得るチャタリング現象を抑制することができる。
According to this configuration, the current-
また、本実施形態では、電流電圧変換部3は、第1の演算増幅器311と第2の演算増幅器312との少なくとも一方の出力電圧の異常値を検知する異常検知部35を有している。異常検知部35は、演算増幅器311と演算増幅器312との少なくとも一方の出力電圧と所定の第4の閾値および所定の第5の閾値(>第4の閾値)とを比較する。異常検知部35は、演算増幅器311,312の出力電圧が第4および第5の閾値で定められる正常範囲から外れた場合に、演算増幅器311,312の出力電圧が異常値であると判断し、異常信号を制御部6に出力する。
In the present embodiment, the current-
制御部6は、異常検知部35から異常信号を受けると、リセット信号を出力し、第1および第2のリセットスイッチ331,332をオンして両コンデンサC11,C12をリセットする異常電圧保護部(図示せず)を有している。つまり、異常電圧保護部は、第1の演算増幅器311と第2の演算増幅器312との少なくとも一方の出力電圧が第4および第5の閾値で定められる正常範囲から外れた場合に、コンデンサC11,C12をリセットする。
When the
なお、本実施形態では異常検知部35は、抵抗R12と抵抗R14との接続点の電位を監視することにより、第2の演算増幅部312の出力電圧を第4および第5の閾値と比較している。
In the present embodiment, the
この構成によれば、赤外線検出装置1は、焦電素子2の端子から基板へのリークや外乱ノイズの影響で、演算増幅器311,312の出力電圧が異常昇圧あるいは異常降圧した場合、この異常を回路の初段(電流電圧変換部3)で即座に検知することができる。赤外線検出装置1は、演算増幅器311,312の出力電圧の異常昇圧あるいは異常降圧が検知されれば、異常電圧保護部によりコンデンサC11,C12をリセットする。したがって、同相成分の影響で電流電圧変換部3の出力が飽和することを回避できるという利点がある。
According to this configuration, the infrared detecting
その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
1 赤外線検出装置
2 焦電素子
3 電流電圧変換部
4 AD変換部
5 デジタル処理部(フィルタ部)
6 制御部
31 演算増幅器
33 リセットスイッチ(放電部)
311 第1の演算増幅器
312 第2の演算増幅器
C1 コンデンサ(容量素子)
C11 第1のコンデンサ(容量素子)
C12 第2のコンデンサ(容量素子)
Vth1,−Vth1 第1の閾値
Vth2,−Vth2 第2の閾値
Vth3,−Vth3 第3の閾値
DESCRIPTION OF
6
311 1st
C11 First capacitor (capacitance element)
C12 Second capacitor (capacitance element)
Vth1, -Vth1 first threshold Vth2, -Vth2 second threshold Vth3, -Vth3 third threshold
Claims (13)
When the output voltage of at least one of the first operational amplifier and the second operational amplifier deviates from a normal range defined by a predetermined fourth threshold and a predetermined fifth threshold, the control unit The infrared detection device according to claim 12, further comprising an abnormal voltage protection unit that resets the capacitive element.
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