JP2012079322A - 無線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を図ることができるとともに、低照度下でも動作可能な無線センサ装置を提供することにある。
【解決手段】 無線センサ装置１は、センサ部Ａと、Ｉ／Ｖ変換回路２、電圧増幅回路３、及び比較回路４を有し、センサ部Ａからの出力Ｓｉｎをアナログ増幅するとともにアナログ増幅された出力Ｓｉｎが予め設定された閾値を越えたときに検知出力Ｐｏｕｔを発生する信号処理回路部Ｂと、信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔを変換回路５で変換してなる無線信号Ｏｕｔにより外部へ送信する無線送信回路部Ｃと、色素増感型太陽電池からなる発電素子６、該発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路である安定化回路７ａ、及び安定化回路７ａの出力電圧により充電される２次電池７ｂを備え、該２次電池７ｂから信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給する電力発生部Ｄとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線センサ装置に関するものである。

日常生活において、センサは様々な場面において利用されている。例えば、人の存在を検出する人感センサは、照明やエアコンの制御に加えて、防犯目的でも使用されており、この他、火災検知用の煙センサ、地震検知用の振動センサ等、枚挙に暇がない。

しかしながら、これらのセンサでは、センサを動作させるための電力供給用の配線や、センサの検出信号を送信するための信号伝送用の配線等が必要であるため、センサを設置する際には、上記の電力供給用の配線や信号伝送用の配線等を設置するための配線工事を行わなければならず、このような配線工事にかかる手間や費用、配線上の都合等によるセンサの設置場所の制約等が、センサの普及を妨げる原因となっていた。

そこで、近年では、電池を内蔵し、無線によってセンサの検出信号の送信を行う無線センサ装置（ワイヤレスセンサ）が提供されており、このような無線センサ装置によれば、電力供給用の配線や、信号伝送用の配線等を設置するための配線工事が不要になるので、配線工事にかかる手間や費用、センサの設置場所の制約等がなくなり、これによりセンサの設置が非常に容易となるため、任意の場所に多数のセンサを設置することが可能になり、センサを様々な用途に用いることができていた。

しかし、電源として用いられる電池には寿命があり、一般的には数ヶ月〜１年程度で電池交換が必要になる。そのため、手の届きにくい場所等にセンサを設置した場合には、電池交換に大変な労力が必要になるという問題があった。

かかる問題を解決するために、電源として太陽電池を備えた無線センサ装置が提供されており（例えば、特許文献１）、このような無線センサ装置によれば、太陽電池を電源として用いることによりメンテナンスフリーになる（電池交換が必要無くなる）ため、電池交換に大変な労力が必要になるという問題は解決できていた。

特開２００４−２４５５１号公報

一方、近年では、センサの普及に伴って、センサを屋内の任意の場所に設置したいという要望が高まっており、このような要望に応えるためには、センサの小型化が必要不可欠であった。

ところが、センサを小型化しようとした場合には、太陽電池の小型化も避けられず、太陽電池を小型化すると、太陽光の当たる面積が減少するために発電量が減り、その結果、センサを動作させるのに必要な電力が確保できなくなるおそれがあった。そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、無線センサ装置の省エネルギー化を図ることによって、太陽電池を小型化した際でも動作可能となる無線センサ装置を発明するに至った。

このように無線センサ装置の省エネルギー化を図ることによって、太陽電池を小型化し
た際でも無線センサ装置を動作させることが可能であった。しかしながら、無線センサ装置を目立たない程度の大きさに小型化しようとした際には、太陽電池の有効面積を４ｃｍ２程度としなければならず、この場合、本発明者らが発明した省エネルギー化を図った無線センサ装置であっても照度が２００ｌｘ以下の場所、例えば廊下等の低照度（数十ｌｘ）の場所では、無線センサ装置を動作させることができなかった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、小型化を図ることができるとともに、低照度下でも動作可能な無線センサ装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明では、センサ部と、該センサ部からの出力をアナログ増幅するとともに、アナログ増幅された出力が予め設定された閾値を越えたときに検知出力を発生することで前記センサ部からの出力を１ビットの信号に変換する信号処理回路部と、前記信号処理回路部からの検知出力を無線信号により外部へ送信する無線送信回路部と、色素増感型太陽電池からなる発電素子、及び該発電素子の発電電圧を安定化する安定化回路を備えて前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部に動作電力を供給する電力発生部とを具備していることを特徴とする。

また、別の本発明では、センサ部と、該センサ部からの出力をアナログ増幅するとともに、アナログ増幅された出力が予め設定された閾値を越えたときに検知出力を発生することで前記センサ部からの出力を１ビットの信号に変換する信号処理回路部と、前記信号処理回路部からの検知出力を無線信号により外部へ送信する無線送信回路部と、色素増感型太陽電池からなる発電素子を備え該発電素子により発電された電力を前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部に直接供給する電力発生部とを具備していることを特徴とする。

さらに、本発明において、前記発電素子は、透明電極と、該透明電極の一面側に設けられ色素が吸着された半導体層と、該半導体層における透明電極と反対の面側に設けられる対向電極と、前記半導体層と前記対向電極との間に設けられる電解質層とからなる色素増感型太陽電池であって、前記電解質層は、少なくともＩ⁻とＩ_３ ⁻とを含み、Ｉ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であることが望ましい。

また、本発明において、前記センサ部の出力が予め設定された閾値を越えない場合には、前記信号処理回路部を消費電流が制限された待機モードに設定し、前記センサ部の出力が前記閾値を越える場合には、前記信号処理回路部を消費電流が前記信号処理回路部の定格電流となる動作モードに設定する切替手段を備えていることが望ましい。

さらに、本発明において、前記電力発生部は、前記発電素子の発電電圧により充電される蓄電素子を備え、前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部を動作させるのに必要な電力が前記発電素子から得られない場合には、前記蓄電素子から前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部のみに電力供給を行うことが望ましい。

また、本発明において、前記無線送信回路部は、超広帯域無線通信により前記信号処理回路部からの検知出力を外部へ送信することが望ましい。

本発明は、センサ部からの出力をアナログ増幅し、増幅後の出力が予め設定された閾値を越えたときに検知出力を発生することにより、センサ部からの出力を１ビットの信号に変換しているから、センサ部の出力を１ビットの信号に変換するためにＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号処理を行う必要がなくなり、これにより信号処理回路部の消費電流を抑えて省エネルギー化を図ることができるという効果を奏する。また、信号処理回路部及び
無線送信回路部に動作電力を供給する電力発生部を備えているために長寿命で電池交換不要となるから、メンテナンスの必要がなくなり、その上無線により外部への送信を行うから、配線工事をする必要がなく、取り付け場所の自由度を向上することができるという効果を奏する。さらに、同照度、同セルサイズであれば、従来からよく用いられているアモルファス型太陽電池よりも大きい電力を発電することができる色素増感型太陽電池を発電素子として用いているので、同じセルサイズのアモルファス型太陽電池を用いる場合に比べて、小型化を図ることができ、また低照度でも信号処理回路部、無線送信回路部、及び安定化回路からなる回路部を最低限動作させるのに必要な電力（動作限界消費電力）を得ることが可能になるので、廊下等の比較的暗い場所に設置した場合でも、動作可能になり、取り付け場所の自由度をさらに向上できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の無線センサ装置のブロック図である。 同上の比較回路を示す回路図である。 同上の発電素子を示す概略断面図である。 （ａ）は、高照度下における太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフであり、（ｂ）は、低照度下における太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。 本発明の実施形態２の無線センサ装置のブロック図である。 同上の比較回路を示す回路図である。 本発明の実施形態３の無線センサ装置のブロック図である。 本発明の実施形態４の無線センサ装置のブロック図である。

以下に、図１〜図８を用いて、本発明の無線センサ装置の実施形態について説明する。

（実施形態１）
本実施形態の無線センサ装置１は、図１に示すように、センサ部Ａと、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２、電圧増幅回路３、及び比較回路４を有し、センサ部Ａからの出力Ｓｉｎをアナログ増幅するとともに、アナログ増幅された出力Ｓｉｎが予め設定された閾値を越えたときに検知出力Ｐｏｕｔを発生する信号処理回路部Ｂと、信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔを変換回路５で変換してなる無線信号Ｏｕｔにより外部へ送信する無線送信回路部Ｃと、発電素子６、該発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路７ａ、及び安定化回路７ａの出力電圧により充電される蓄電素子として２次電池７ｂを備え、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給する電力発生部Ｄとを具備している。

センサ部Ａは、赤外線のエネルギー量の変化により微小な電流信号である出力Ｓｉｎを発生する焦電素子を用いた焦電センサであり、例えば人体から輻射される赤外線エネルギーを検出し、センサ部Ａの感知エリア内における人体の存在や移動を検出するものである。

信号処理回路部Ｂは、センサ部Ａの出力Ｓｉｎが入力され、電流信号である出力Ｓｉｎを電圧信号Ｓｏｕｔに変換して電圧増幅回路３へ出力するＩ／Ｖ変換回路２と、Ｉ／Ｖ変換回路２から入力された電圧信号Ｓｏｕｔを増幅して増幅電圧信号Ｖｏｕｔを比較回路４へ出力する電圧増幅回路３と、電圧増幅回路３から入力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔを予め設定された閾値と比較し、比較結果に応じた検知出力Ｐｏｕｔを発生する比較回路４とを有している。

ここで、Ｉ／Ｖ変換回路２は、特許第３３９９３１４号公報に開示されているように、帰還容量のインピーダンスを用いる構成が好ましく、このような帰還容量のインピーダン
スを用いる構成であれば、従来の高い抵抗値の抵抗を用いたＩ／Ｖ変換回路に比べて、変換後の信号のＳ／Ｎ比を大きく改善することができ、これにより電圧増幅回路３において電圧信号Ｓｏｕｔが増幅された際に増幅電圧信号Ｖｏｕｔに定常的に発生するノイズも小さくなり、その結果比較回路４において閾値に対するノイズ比が小さくなって誤動作が起こる可能性を低くすることができる。

電圧増幅回路３は、例えば、３次のハイパスフィルタと、２次のローパスフィルタと、２つの非反転増幅器を有しており、３次のハイパスフィルタと２次のローパスフィルタとによって、１Ｈｚを中心とした周波数帯の電圧信号のみを通すように設定するとともに、各非反転増幅器の利得を約３２ｄＢにして電圧増幅回路３全体での利得が約６４ｄＢとなるように構成されている。このような電圧増幅回路３によれば、電圧信号Ｓｏｕｔのうち１Ｈｚを中心とした周波数帯の電圧信号のみを利得が約６４ｄＢとなるように増幅し、これにより得られた増幅電圧信号Ｖｏｕｔを出力することができるようになっている。

比較回路４は、図２に示すように、予め設定された閾値として閾値電圧Ａ１，Ａ２を生成する閾値電圧生成部４ａと、閾値電圧生成部４ａの閾値電圧Ａ１，Ａ２と増幅電圧信号Ｖｏｕｔとを比較して出力を発生する１組のコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２と、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力端子が各別に接続され、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力の否定論理積である出力信号Ｃｏｕｔを出力するＮＡＮＤ回路４ｂと、出力信号Ｃｏｕｔを反転させるＮＯＴ回路４ｃと、ＮＯＴ回路４ｃの反転信号Ｎｏｕｔに応じた検知出力Ｐｏｕｔを発生して無線送信回路部Ｃへ送る出力部４ｄとを備えた、所謂ウィンドコンパレータである。

閾値電圧生成部４ａは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を順次接続してなる直列回路を介して内部電源Ｖｃｃを接地することで構成され、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を用いて内部電源Ｖｃｃを分圧することで、抵抗Ｒ１，Ｒ２間において閾値電圧Ａ１、抵抗Ｒ２，Ｒ３間において閾値電圧Ａ１より低い閾値電圧Ａ２を生成している。ここで、閾値電圧Ａ１，Ａ２からなる閾値幅は、センサ部Ａによって人体を検知したか否かの判断基準となる人体検知用の閾値幅である。

コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２は、非反転入力端子に入力された電圧が反転入力端子に入力された電圧よりも大きいときにハイレベルの信号を出力し、非反転入力端子に入力された電圧が反転入力端子に入力された電圧よりも小さいときにローレベルの信号を出力するものである。ここで、第１のコンパレータＣＯＭＰ１の非反転入力端子は、閾値電圧生成部４ａの抵抗Ｒ１，Ｒ２間に接続されて閾値電圧Ａ１が入力され、反転入力端子には電圧増幅回路３から出力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔが入力される。また、第２のコンパレータＣＯＭＰ２の反転入力端子は、閾値電圧生成部４ａの抵抗Ｒ２，Ｒ３間に接続されて閾値電圧Ａ２が入力され、非反転入力端子には電圧増幅回路３から出力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔが入力される。

ＮＡＮＤ回路４ｂは、２つの入力端子にそれぞれコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力端子が接続され、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力の否定論理積を出力信号Ｃｏｕｔとして出力するものであり、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の信号がともにハイレベルであるときはローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力し、それ以外の場合は、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。

ＮＯＴ回路４ｃは、入力信号を反転して出力するものであり、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔが入力された際には、ハイレベルの反転信号Ｎｏｕｔを出力し、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔが入力された際には、ローレベルの反転信号Ｎｏｕｔを出力する。

出力部４ｄは、電源Ｖｄｄと、トランジスタＴｒ１と、無線送信回路部Ｃに検知出力Ｐｏｕｔを出力する出力端子Ｔ１とを備え、トランジスタＴｒ１のゲート電極にＮＯＴ回路４ｃの出力端子が接続され、ドレイン電極に電源Ｖｄｄが接続され、ソース電極に出力端子Ｔ１が接続されている。このトランジスタＴｒ１は例えばＰ型ＭＯＳＦＥＴ等であり、トランジスタＴｒ１のゲート電極にローレベルの信号が入力されているときは、ドレイン−ソース電極間を通電して、出力端子Ｔ１からハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔを出力し、ゲート電極にハイレベルの信号が入力されているときは、ドレイン−ソース電極間を遮断して、出力端子Ｔ１からローレベルの検知出力Ｐｏｕｔを出力する。したがって出力部４ｄは、トランジスタＴｒ１のゲート電極にローレベルの反転信号Ｎｏｕｔが入力されたときのみハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔを出力するのである。

無線送信回路部Ｃは、信号処理回路部Ｂからの検知出力Ｐｏｕｔを、無線センサ装置１から無線信号Ｏｕｔにより外部へ出力するための変換処理を行う変換回路５を有しており、本実施形態において無線送信回路部Ｃは、超広帯域無線方式（Ultra Wide Band、超広帯域無線通信ともいう）の無線信号により信号処理回路部Ｂからの検知出力を外部へ送信するようにしてある。この超広帯域無線方式は、無線通信の方式のひとつで、データを数ＧＨｚ程度の極めて広い周波数帯に拡散して送受信を行なうものであり、例えばＵＷＢ−ＩＲ（Impulse Radio）方式のものが提供されている。次にＵＷＢ−ＩＲ方式について簡単に説明すると、ＵＷＢ−ＩＲ方式は、送信データを用いてパルスを変調することで無線信号を生成し、直接送信するものであり、ここで生成される無線信号は従来の搬送波を用いた通信（例えば、Bluetooth（登録商標）や無線ＬＡＮ等）とは異なり、搬送波を持たないベースバンド信号の形式となっている。また、ＵＷＢ−ＩＲ方式における占有帯域幅は、パルスの形状によって決定され、代表的なパルスの形状としては数百ｐｓのパルス幅を有するインパルス波形が用いられているため、数ＧＨｚの極めて広い周波数帯域を占有しているものである。

上述の超広帯域無線方式は、搬送波を用いずに送信データを直接数百ｐｓのパルス幅のパルス列によって伝搬するから、送信時の瞬間的な電力しか必要とせず、そのため超広帯域無線方式を用いることにより、無線センサ装置１全体での消費電流を抑えることができる。例えば、無線センサ装置１を複数使用することを考えた場合、無線センサ装置１の検知出力Ｐｏｕｔは、ハイレベルかローレベルかの１ビットの信号であるので、装置１の個々のアドレス情報と１ビット信号とからの比較的少ない情報量でシステムを構築することができ、このとき、無線センサ装置１からの出力が１０ｓに１回送信され、送信時のパルス列幅１ｍｓ、平均動作電流が２ｍＡとすると、消費電流は０．２μＡとなる。このように、情報量の少ないデータを送信する場合には、超広帯域無線方式が有効であり、平均消費電流を１μＡ以下まで落とすことができるから、無線センサ装置１全体として省エネルギー化を図ることができるのである。

電力発生部Ｄは、図１に示すように、発電素子６と、電源回路７とを備え、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給するものである。

発電素子６は、酸化還元反応により発電する色素増感型太陽電池（Dye-Sensitized Solar Cell、湿式太陽電池、或いはグレッツェル電池ともいう）であり、図３に示すように、透明ガラス基板６０と、透明ガラス基板６０の一面に形成されるＦＴＯ、ＩＴＯ等の透明電極６１と、透明電極６１における透明ガラス基板６０と反対の面に設けられ、金属錯体色素（例えばルテニウム金属錯体色素）や、有機色素（例えばメチン色素）等の色素（増感色素）が吸着された多孔質のナノサイズのチタニア（ＴｉＯ_２）薄膜からなる半導体層６２と、半導体層６２における透明電極６１と反対の面側に設けられるＰｔ電極からなる対向電極６３と、対向電極６３が形成される透明ガラス基板６４と、半導体層６２と対向電極６３との間に充填される電解質溶液（電解液）からなる電解質層６５と、電解質層
６５を封止する封止材６６とを備え、電解質層６５は、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）と、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）とを含んでいる。

以下、色素増感型太陽電池からなる発電素子６の動作原理について簡単に説明する。発電素子６が太陽光を受光すると、半導体層６２に吸着された色素が光のエネルギーを吸収し、これにより色素中の電子が励起されて、色素が電子を放出して陽イオンとなる。色素から放出された電子は、半導体層６２のチタニアを介して速やかに透明電極６１に移動した後に対向電極６３に移動し、これにより電解質層６５中のＩ_３ ⁻が対向電極６３から電子を受け取ってＩ⁻に還元される（Ｉ_３ ⁻＋２ｅ⁻→３Ｉ⁻）。一方で、半導体層６２において陽イオンとなった色素が電解質層６５中のＩ−から電子を奪い、これにより電解質層６５中のＩ⁻がＩ_３ ⁻に酸化される（３Ｉ⁻→Ｉ_３ ⁻＋２ｅ⁻）。このような酸化還元反応は、発電素子６が太陽光を受光している間繰り返し行われ、これにより発電素子６が、透明電極６１を低電位側、対向電極６３を高電位側とする電池として作用することになる。

電源回路７は、レギュレータ回路や昇圧回路等を有して、発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路７ａと、安定化回路７ａの出力電圧により充電される２次電池７ｂと、２次電池７ｂと安定化回路７ａとの間に設けられて、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れることを防止する逆流防止用のダイオード７ｃとを備えている。ここで、安定化回路７ａは、発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する機能に加えて、２次電池７ｂの過充電及び過放電等を防止する機能を有しているものを用いてあり、このような安定化回路７ａは従来周知のものであるから、説明を省略する。２次電池７ｂは、一端が接地されて他端が安定化回路７ａの出力端子にダイオード７ｃを介して接続され、安定化回路７ａにより安定化された発電電圧Ｖを自身に蓄電し、又、２次電池７ｂの他端は各回路部Ｂ，Ｃに接続され動作電力を供給することができるようになっている。さらに、この２次電池７ｂは、安定化回路７ａに動作電力を供給するようになっている。

このような電力発生部Ｄによれば、発電素子６が太陽光を受光することにより発電素子６に発電電圧Ｖが発生し、この発電電圧Ｖを安定化回路７ａにより安定化して２次電池７ｂに蓄えると同時に各回路部Ｂ，Ｃへ動作電力の供給を行うことができる。

以上により本実施形態の無線センサ装置１は構成されており、次にその動作について説明する。

センサ部Ａは、その感知範囲内で赤外線を検出すると出力Ｓｉｎを発生する。そして、センサ部Ａの出力Ｓｉｎは、図１に示すように、信号処理回路部ＢのＩ／Ｖ変換回路２に入力される。このＩ／Ｖ変換回路２において、出力Ｓｉｎは、電圧信号Ｓｏｕｔに変換され、この後に電圧増幅回路３に入力される。電圧増幅回路３に入力された電圧信号Ｓｏｕｔは、電圧増幅回路３の３次のハイパスフィルタと２次のローパスフィルタと１組の非反転増幅器とによって、１Ｈｚを中心とした周波数帯の電圧信号を選択的に増幅されて（中心周波数１Ｈｚで約６４ｄＢ）、増幅電圧信号Ｖｏｕｔとして比較回路４へ出力される。比較回路４に入力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔは、第１のコンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子と、第２のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子へと入力される。

ここで、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１を下回り、且つ閾値電圧Ａ２を上回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１，Ａ２による人体検知用の閾値幅内に収まる場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号はともにハイレベルの信号となり、ＮＡＮＤ回路４ｂは、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。そして、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを受けたＮＯＴ回路４ｃは、ハイレベルの反転信号Ｎｏｕｔを出力し、その結果、出力部４ｄのトランジスタＴｒ１のゲート電極がハイレベルと
なって、出力端子Ｔ１からは、センサ部Ａが人を検知していないことを示すローレベルの検知出力Ｐｏｕｔが出力される。

一方、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが少なくとも閾値電圧Ａ１を上回る、或いは閾値電圧Ａ２を下回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１，Ａ２による人体検知用の閾値幅内に収まらない場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号のうち少なくとも一方はローレベルの信号となるから、ＮＡＮＤ回路４ｂは、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。そして、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを受けたＮＯＴ回路４ｃは、ローレベルの反転信号Ｎｏｕｔを出力し、その結果、出力部４ｄのトランジスタＴｒ１のゲート電極がローレベルとなって、出力端子Ｔ１からは、センサ部Ａが人を検知したことを示すハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔが出力される。

このようにして信号処理回路部Ｂから出力された検知出力Ｐｏｕｔは、無線送信回路部Ｃの変換回路５に入力されて、変換回路５によって、上記の超広帯域無線方式の無線信号Ｏｕｔに変換されて無線センサ装置１から外部へと出力される。

以上述べたように、本実施形態の無線センサ装置１によれば、センサ部Ａからの出力ＳｉｎをＩ／Ｖ変換回路２により電圧信号Ｓｏｕｔに変換した後に電圧増幅回路３によってアナログ増幅し、増幅後の増幅電圧信号Ｖｏｕｔを比較回路４に入力して、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが予め設定された閾値である閾値電圧Ａ１，Ａ２を越えたときにハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔを発生することにより、センサ部Ａからの出力Ｓｉｎをハイレベルかローレベル、すなわちオン・オフの１ビットの信号に変換することができる。これにより従来のようにマイコン等が用いられているＡ／Ｄ変換器等を用いてデジタル信号処理を行う必要がなくなるから、信号処理回路部Ｂの消費電流を抑えて省エネルギー化を図ることができる。加えて、無線送信回路部Ｃの無線方式として、従来の無線通信方式よりも低電力で通信を行える超広帯域無線通信方式を採用して、これにより外部へ出力を送信するようにしてあるので、さらなる省エネルギー化を図ることができる。

また、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給する電力発生部Ｄを備えているために長寿命で電池交換不要となるから、従来から面倒であった無線センサ装置１のメンテナンスを行う必要がなくなり、取り付けが困難であった場所、例えば天井等の高いところにも問題無く設置することができる。しかも、電力発生部Ｄは、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃを動作させるのに必要な電力が発電素子６から得られない場合でも、２次電池７ｂによって無線センサ装置１の動作に最低限必要な信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに電力供給を行うから、無線センサ装置の動作を継続して行うことができるという効果を奏する。

その上、無線により外部への送信を行うから、配線工事をする必要がなくなり、取り付け場所の自由度を向上することができる。これにより、無線センサ装置１を様々な場所に複数設置して使用することができるようになり、例えば、施設の各部屋やトイレ等に無線センサ装置１を取り付けて常に部屋の利用状況が分かるようにすれば、利用者が部屋に行って空き状態を確認する手間を省くことができる。

特に、本実施形態の無線センサ装置１では、発電素子６として従来から用いられているアモルファス型太陽電池に代えて、色素増感型太陽電池を用いていることに特徴があり、このような色素増感型電池を用いたことによる利点について、以下に説明する。

例えば、上記の信号処理回路部Ｂ、無線送信回路部Ｃ、及び安定化回路７ａからなる回路部の平均消費電流を１０μＡとし、これらの各動作限界電圧が３Ｖであるように設定すると、前記回路部は、電力発生部Ｄの電力を平均３０μＷ以上消費し、このとき、無線セ
ンサ装置１が動作するためには、発電素子６において最低でも３０μＷ以上の発電が必要となる。これは、一般的に屋内で用いられるセルサイズ４ｃｍ^２のアモルファス型太陽電池１セルを、約２００ｌｘの照度下においた場合に得られるエネルギーに相当するため、上記の場合、照度が２００ｌｘ以上の場所であれば、アモルファス型太陽電池１セルにより動作可能となる。

しかしながら、上記のようにアモルファス型太陽電池を１セル用いる場合、居間等の照度が２００ｌｘ以上得られる場所であれば、電力発生装置Ｄから前記回路部に十分な動作電力を供給することができるが、屋内において人が通る廊下等は、一般に居間等に比べて暗く、その照度が約数十ｌｘであるから、上記のアモルファス型太陽電池１セルでは、電力を賄うことができず、無線センサ装置１を動作させるためには、アモルファス型太陽電池を複数セル必要とし、その結果、無線センサ装置１が大型化することとなる。

これに対して、色素増感型太陽電池は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、同じ照度下であれば、アモルファス型太陽電池に比べて発電される電力が大きいため、低照度下においてもアモルファス型太陽電池と同程度の電力を得ることが可能となる。尚、図４（ａ）は、高照度下での各太陽電池の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示すグラフであり、Ｓ_Ｄが色素増感型太陽電池を、Ｓ_Ａがアモルファス型太陽電池を示している。また、図４（ｂ）は、低照度下での各太陽電池の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示すグラフであり、Ｓ_Ｄが色素増感型太陽電池を、Ｓ_Ａがアモルファス型太陽電池を示している。

以上述べたように、同照度、同セルサイズであれば、色素増感型太陽電池は、アモルファス型太陽電池よりも大きい電力を発電することができるから、発電素子６として色素増感型太陽電池を用いることにより、アモルファス型太陽電池を用いる場合に比べて、セルサイズやセルの数を少なくすることができる。さらに、低照度でも、信号処理回路部Ｂ、無線送信回路部Ｃ、及び安定化回路７ａからなる回路部を最低限動作させるのに必要な電力（動作限界消費電力）を得ることができるので、低照度の場所に無線センサ装置１を設置した場合でも十分な動作電力を供給することができる。そのため、無線センサ装置１を小型化した際でも、廊下等の数十ｌｘの低照度下で動作させることが可能になる。

ところで、図３に示すような色素増感型太陽電池からなる発電素子６では、従来から、電解質層６５の呈色による透光性の低下等によって、発電電力が小さくなるという問題があったが、本発明者らが鋭意検討した結果、電解質層６５に含まれる酸化物であるＩ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下とすれば、数十ｌｘ程度の低照度下において、従来から良く用いられているＩ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３であるような電解質層６５を用いる場合に比べて、高い出力特性が得られ、本発明の課題を解決するのにふさわしい特性を有する発電素子が得られることを見出した。尚、Ｉ_３ ⁻の濃度の下限値については、特に制限はないが、ヨウ素Ｉ_２等のＩ_３ ⁻の供給源を溶媒等に添加せずに、ヨウ化物等のＩ⁻の供給源のみを溶媒等に添加した場合に、吸光光度法によりＩ_３ ⁻の濃度が１０×１０^−９ｍｏｌ／ｄｍ^３となることがわかっている。

すなわち、電解質層６５におけるＩ３−の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であるような発電素子６によれば、Ｉ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３であるような電解質層６５を用いた発電素子６に比較して、数十ｌｘ程度の低照度下において大きい曲線因子（fill factor、F,F）を得ることができる。これは、低照度下のように、流れる電流が小さい状況では、上記の０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３というＩ_３ ⁻の濃度が過剰であり、このような過剰なＩ_３ ⁻が酸化還元反応（電荷の輸送）に悪影響を及ぼして、太陽電池の内部抵抗を大きくする方向に作用し、これにより曲線因子に悪影響を及ぼしていた（曲線因子を低下させていた）点が、Ｉ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下のように低くすることで解消されたからである。

さらに、電解質層６５におけるＩ_３ ⁻の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下としたことによって、Ｉ_３ ⁻の濃度が０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３である場合に比べて電解質溶液の呈色が抑制されるので、電解質層６５で吸収されていた光を色素に与えることができるようになり、これにより色素から放出される電子の数を増やして、短絡電流Ｉｓｃをより大きくすることができる。

その上、Ｉ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下と、０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３に比べて低くすることで、色素から対向電極６３に移動した電子を受け取るＩ_３ ⁻の量が少なくなるので、対向電極６３に移動した電子が電解質層６５を介して半導体層６２の色素へ移動することを抑制でき、これにより開放電圧（半導体層６２の電位（フェルミ準位）と対向電極６３の電位との間の電位差）Ｖｏｃを高くすることができる。

したがって、電解質層６５に含まれる酸化物であるＩ３−の濃度を０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下とすれば、数十ｌｘ程度の低照度下において、例えばＩ_３ ⁻の濃度を０．０５ｍｏｌ／ｄｍ^３とした場合に比べて、曲線因子、短絡電流、及び開放電圧の各値を大きくすることができ、これによりエネルギー変換効率等の出力特性を向上できる。ここで、曲線因子、短絡電流、及び開放電圧の各値を大きくすることができるのは、数十ｌｘ程度の低照度下に限らず、室内の明るさ、例えば照度が５０００ｌｘ以下であればよく、好ましくは照度が２００ｌｘ以下であればよい。

尚、本実施形態において、センサ部Ａは、人体から輻射される赤外線エネルギーを検出する人体検知用の焦電センサとしているが、本実施形態のセンサ部Ａは、焦電センサに限られるものではなく、照度センサ、又は振動センサ、或いは温度センサとしてもよい。特に振動センサを利用する例としては、建造物の微小振動（振動エネルギー）を電力に変換し、その電力で内部回路を動作させ、ある一定の揺れを検知すると発報信号を出力する振動センサが挙げられる。尚、このような微小振動からエネルギーを得ることができる素子としては、建造物の壁面、床等の振幅が数μｍ以下の微小振動のエネルギーを電力に変換できるものが提供されている。この点は、後述する実施形態２〜４においても同様である。

（実施形態２）
本実施形態の無線センサ装置１０は、図５に示すように、センサ部Ａと、Ｉ／Ｖ変換回路２、電圧増幅回路３、比較回路４０、及びモード切換回路８を有し、センサ部Ａからの出力Ｓｉｎをアナログ増幅するとともにアナログ増幅された出力Ｓｉｎが予め設定された閾値を越えたときに検知出力Ｐｏｕｔを発生する信号処理回路部Ｂと、信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔを変換回路５で変換してなる無線信号Ｏｕｔにより外部へ送信する無線送信回路部Ｃと、発電素子６、該発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路７ａ、安定化回路７ａの出力電圧により充電される２次電池７ｂ、及び２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れることを防止する逆流防止回路７ｄを備え、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給する電力発生部Ｄとを具備している。

ここで、センサ部Ａ、無線送信回路部Ｃ、及び発電素子６については上記実施形態１と同様のものであるから本実施形態では説明を省略し、主に信号処理回路部Ｂと、電力発生部Ｄとについて説明する。

信号処理回路部Ｂは、センサ部Ａの出力Ｓｉｎが入力され、電流信号である出力Ｓｉｎを電圧信号Ｓｏｕｔに変換して電圧増幅回路３へ出力するＩ／Ｖ変換回路２と、Ｉ／Ｖ変換回路２から入力された電圧信号Ｓｏｕｔを増幅して増幅電圧信号Ｖｏｕｔを比較回路４
０へ出力する電圧増幅回路３と、電圧増幅回路３から入力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔを予め設定された閾値と比較し、比較結果に応じた検知出力Ｐｏｕｔを発生する比較回路４０と、信号処理回路部Ｂの消費電流を信号処理回路部Ｂの定格電流とした動作モード、或いは、信号処理回路部Ｂの消費電流を制限した待機モードに設定するモード切替回路８とを有している。尚、Ｉ／Ｖ変換回路２及び電圧増幅回路３の構成は、上記実施形態１と同様のものを用いることができるので、本実施形態では説明を省略する。

比較回路４０は、図６に示すように、予め設定された閾値として閾値電圧Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を生成する閾値電圧生成部４０ａと、閾値電圧生成部４０ａの閾値電圧Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２と増幅電圧信号Ｖｏｕｔとを比較して出力を発生する１組のコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２と、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力端子が各別に接続され、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力の論理積である出力信号Ｃｏｕｔを出力するＡＮＤ回路４０ｂと、出力信号Ｃｏｕｔに応じた検知出力Ｐｏｕｔを発生して無線送信回路部Ｃへ送る出力部４０ｃとを備えた、所謂ウィンドコンパレータである。

閾値電圧生成部４０ａは、抵抗Ｒ４〜Ｒ９を順次接続してなる直列回路を介して内部電源Ｖｃｃを接地することで構成され、抵抗Ｒ４〜Ｒ９を用いて内部電源Ｖｃｃを分圧することで、抵抗Ｒ４，Ｒ５間において閾値電圧Ａ１、抵抗Ｒ５，Ｒ６間において閾値電圧Ａ１より低い閾値電圧Ｂ１、抵抗Ｒ７，Ｒ８間において閾値電圧Ｂ１より低い閾値電圧Ｂ２、抵抗Ｒ８，Ｒ９間において閾値電圧Ｂ２より低い閾値電圧Ａ２を生成している。ここで、閾値電圧Ａ１，Ａ２からなる閾値幅は、センサ部Ａによって人体を検知したか否かの判断基準となる人体検知用の閾値幅であり、閾値電圧Ｂ１，Ｂ２からなる閾値幅は、モード切替回路８による動作モード／待機モードの切り替えの判断基準となる切替判断用の閾値幅である。

コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２は、上記実施形態１と同様のものであり、第１のコンパレータＣＯＭＰ１は、非反転入力端子がスイッチＳＷ１を介して抵抗Ｒ４，Ｒ５間に接続されるとともに、スイッチＳＷ２を介して抵抗Ｒ５，Ｒ６間に接続され、反転入力端子に増幅電圧信号Ｖｏｕｔが入力されている。第２のコンパレータＣＯＭＰ２は、反転入力端子がスイッチＳＷ３を介して抵抗Ｒ７，Ｒ８間に接続されるとともに、スイッチＳＷ４を介して抵抗Ｒ８，Ｒ９間に接続され、非反転入力端子に増幅電圧信号Ｖｏｕｔが入力されている。

ＡＮＤ回路４０ｂは、２つの入力端子にそれぞれコンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力端子が接続され、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の出力の論理積を出力信号Ｃｏｕｔとして出力するものであり、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の信号がともにハイレベルであるときはハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力し、それ以外の場合は、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。

出力部４０ｃは、電源Ｖｄｄと、トランジスタＴｒ２と、プルアップ抵抗Ｒ１０と、無線送信回路部Ｃに検知出力Ｐｏｕｔを出力する出力端子Ｔ２とから形成され、トランジスタＴｒ２のゲート電極にＡＮＤ回路４０ｂの出力端子がスイッチＳＷ５を介して接続され、ドレイン電極に電源Ｖｄｄが接続され、ソース電極に出力端子Ｔ２が接続されている。このトランジスタＴｒ２は例えばＰ型ＭＯＳＦＥＴ等であり、トランジスタＴｒ２のゲート電極にローレベルの信号が入力されているときは、ドレイン−ソース電極間を通電して、出力端子Ｔ２からハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔを出力し、ゲート電極にハイレベルの信号が入力されているときは、ドレイン−ソース電極間を遮断して、出力端子Ｔ２からローレベルの検知出力Ｐｏｕｔを出力する。したがって出力部４０ｃは、トランジスタＴｒ２のゲート電極にローレベルの出力信号Ｃｏｕｔが入力されたときのみハイレベルの検知
出力Ｐｏｕｔを出力するのである。

モード切替回路８は、図６に示すように、比較回路４０のＡＮＤ回路４０ｂの出力端子と接続されて、ＡＮＤ回路４０ｂの出力信号Ｃｏｕｔによって、信号処理回路部Ｂのモード切り替えを行うものであり、ＡＮＤ回路４０ｂの出力信号Ｃｏｕｔがハイレベルの信号であれば、信号処理回路部Ｂを待機モードに設定し、出力信号Ｃｏｕｔがローレベルの信号であれば、信号処理回路部Ｂを動作モードに設定するようにしてある。

ここで、待機モードは、Ｉ／Ｖ変換回路２及び電圧増幅回路３が最低限動作可能な程度に各回路２，３のバイアス電流を制限することで、消費電流を極限まで制限したモードであり、同時に、比較回路４０のスイッチＳＷ１，ＳＷ４をオフ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンにして、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２に閾値電圧Ｂ１，Ｂ２が入力されるようにするとともに、スイッチＳＷ５をオフしてＡＮＤ回路４０ｂの出力端子と出力部４０ｃのトランジスタＴｒ２のゲート電極とを遮断している。このとき、トランジスタＴｒ２のゲート電極はプルアップ抵抗Ｒ１０によりハイレベルとなるためにドレイン−ソース電極間が遮断され、その結果、検知出力Ｐｏｕｔはローレベルとなる。

また、動作モードは、各回路２，３が確実に動作できるように各回路２，３のバイアス電流を十分な値とすることで、消費電流が定格電流となるようにしたモードであり、同時に、比較回路４０のスイッチＳＷ１，ＳＷ４をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフにして、各コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２に閾値電圧Ａ１，Ａ２が入力されるようにするとともに、スイッチＳＷ５をオンしてＡＮＤ回路４０ｂの出力端子と出力部４０ｃのトランジスタＴｒ２のゲート電極とを通電させている。

このようなモード切替回路８によれば、増幅電圧信号Ｖｏｕｔがその上限及び下限においてそれぞれ閾値電圧Ｂ１，Ｂ２を越えない、すなわち閾値電圧Ｂ１，Ｂ２による切替判断用の閾値幅内に収まる場合は、ＡＮＤ回路４０ｂの出力信号Ｃｏｕｔがハイレベルの信号となるから、信号処理回路部Ｂを上記の待機モードに設定することで、無線センサ装置１全体でのエネルギー消費を抑えることができる。また逆に、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｂ１，Ｂ２を越える、すなわち閾値電圧Ｂ１，Ｂ２の閾値幅内に収まらない場合は、ＡＮＤ回路４０ｂの出力信号Ｃｏｕｔがローレベルの信号となるから、信号処理回路部Ｂを上記の動作モードに設定することで、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２に入力される閾値電圧を人体検知用の閾値電圧Ａ１，Ａ２にして、人体の検出を行えるようにするのである。

ところで、このようなモード切替時において、電流値が変わる瞬間の変動が大きいと、このような変動が電圧増幅回路３を通して誤動作として現れてしまうおそれがある。そこで、上記の誤動作を防止するために、モード切替後から一定時間の間は、出力信号を出力しないようにする回路を設けることが好ましい。

電力発生部Ｄは、図５に示すように、発電素子６と、電源回路７０とを備え、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給するものである。

電源回路７０は、発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路７ａと、安定化回路７ａの出力電圧により充電される２次電池７ｂと、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れることを防止する逆流防止回路７ｄとを備えている。尚、本実施形態の安定化回路７ａは、発電素子６の発電電圧を動作電源として用いるもの（例えば、３端子レギュレータ等）を使用している。つまり、本実施形態では、２次電池７ｂから安定化回路７ａへの電力供給は行わない構成としている。

逆流防止回路７ｄは、発電素子６の発電電圧Ｖを分圧する抵抗Ｒ１１，Ｒ１２からなる直列回路と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２間に入力端子が接続され、２次電池７ｂから動作電源を得るインバータＩＮＶと、ドレイン電極が安定化回路７ａの出力端子に、ソース電極が２次電池７ｂの高電位側に、ゲート電極がインバータＩＮＶの出力端子にそれぞれ接続されたＰ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＴｒ３とを備えている。

ここで、インバータＩＮＶは、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２からなる直列回路により分圧された発電電圧Ｖと、所定の閾値（２次電池７ｂから安定化回路７ａに逆流が生じるか否かを判断するための閾値）とを比較し、前記分圧された発電電圧Ｖが所定の閾値を越えると、ロウレベルの信号を出力してスイッチＴｒ３をオンし、前記分圧された発電電圧Ｖが所定の閾値以下であれば、ハイレベルの信号を出力してスイッチＴｒ３をオフするように構成されている。また、スイッチＴｒ３がオンとなって、発電素子６から電流を引き抜き始めたときには、発電素子６の発電電圧Ｖが大きく下がるため、このような発電電圧Ｖの低下によってスイッチＴｒ３がオフとなってしまわないように、インバータＩＮＶの閾値にはヒステリシスを持たせている。

したがって、この逆流防止回路７ｄによれば、前記分圧された発電電圧Ｖが所定の閾値を越える場合（発電素子６の発電電圧Ｖが十分に高く、２次電池７ｂから安定化回路７ａに逆流が生じるおそれがない場合）には、スイッチＴｒ３がオンとなって、安定化回路７ａの出力が２次電池７ｂに供給され、これにより発電素子６で発電された電力が２次電池７ｂの充電や各回路部Ｂ，Ｃの動作電源として用いられる。一方、前記分圧された発電電圧Ｖが所定の閾値以下である場合（発電素子６の発電電圧Ｖが低く、２次電池７ｂから安定化回路７ａに逆流が生じるおそれがある場合）には、スイッチＴｒ３がオフとなって、安定化回路７ａと２次電池７ｂとの間が遮断され、これにより、発電素子６に入射される光量が足りずに、発電素子６の発電電圧Ｖが低下した際に、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れてしまうことを防止できる。

このような電力発生部Ｄによれば、発電素子６が太陽光を受光することにより発電素子６に発電電圧Ｖが発生し、この発電電圧Ｖを安定化回路７ａにより安定化して２次電池７ｂに蓄えると同時に各回路部Ｂ，Ｃへ動作電力の供給を行うことができる。また、発電素子６の発電電圧Ｖ（抵抗Ｒ１１，Ｒ１２からなる直列回路により分圧された発電電圧Ｖ）が所定の閾値をよりも低い場合には、スイッチＴｒ３がオフとなるから、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れてしまうこと、つまりは逆流を防止できる。

以上により本実施形態の無線センサ装置１０は構成されており、次にその動作について説明する。尚、信号処理回路部Ｂは初期状態において待機モードに設定されているものとする。

センサ部Ａの出力Ｓｉｎは、上記実施形態１と同様に、Ｉ／Ｖ変換回路２において電圧信号Ｓｏｕｔに変換され、この後に電圧増幅回路３で増幅電圧信号Ｖｏｕｔに増幅されて比較回路４０へ出力される。比較回路４０に入力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔは、第１のコンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子と、第２のコンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子へと入力される。

ここで、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｂ１を下回り、且つ閾値電圧Ｂ２を上回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｂ１，Ｂ２による切替判断用の閾値幅内に収まる場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号はともにハイレベルの信号となり、ＡＮＤ回路４０ｂは、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。そして、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを受けたモード切替回路８は、待機モードを維持し、出力部４０ｃは、トランジスタＴｒ２のゲート電極がハイレベルのままなので出力端子Ｔ２
から、センサ部Ａが人を検知していないことを示すローレベルの検知出力Ｐｏｕｔが出力されることになる。

一方、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが少なくとも閾値電圧Ｂ１を上回る、或いは閾値電圧Ｂ２を下回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｂ１，Ｂ２による切替判断用の閾値幅内に収まらない場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号のうち少なくとも一方はローレベルの信号となるから、ＡＮＤ回路４０ｂは、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。そして、ローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを受けたモード切替回路８は、待機モードから動作モードへの切り替えを行う。ここでは、検知出力Ｐｏｕｔはまだローレベルのままであるが、この電圧増幅信号Ｖｏｕｔが引き続き変動し、少なくとも閾値電圧Ａ１を上回る、或いは閾値電圧Ａ２を下回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１，Ａ２による人体検知用の閾値幅内に収まらない場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号のうちいずれか１つがローレベルの信号となるので、ＡＮＤ回路４０ｂはローレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。このとき、モード切替回路８は動作モードを設定するとともにスイッチＳＷ５をオンとしているから、ＡＮＤ回路４０ｂから出力されたローレベルの出力信号ＣｏｕｔはスイッチＳＷ５を通過してトランジスタＴｒ２のゲート電極に入力される。

これによりトランジスタＴｒ２のゲート電極がローレベルとなるから、トランジスタＴｒ２のソース−ドレイン電極間が通電され、その結果、出力端子Ｔ２からセンサ部Ａが人を検知したことを示すハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔが出力されることになる。尚、モード切替回路８により待機モードから動作モードに切り替えられた後に、入力された増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１を下回り、且つ閾値電圧Ａ２を上回る場合（つまり、増幅電圧信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ａ１，Ａ２による人体検知用の閾値幅内に収まる場合）、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２からの出力信号はともにハイレベルの信号となるので、ＡＮＤ回路４０ｂはハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔを出力する。そして、ハイレベルの出力信号Ｃｏｕｔが出力されると、モード切替回路８はモードを動作モードから待機モードに切り替えるとともに、スイッチＳＷ５をオフにするので、トランジスタＴｒ２のゲート電極はプルアップ抵抗Ｒ１０によりハイレベルとなり、出力回路４０ｃからはローレベルの検知出力Ｐｏｕｔが出力されることになる。

このようにして信号処理回路部Ｂから出力された検知出力Ｐｏｕｔは、無線送信回路部Ｃの変換回路５に入力される。そして変換回路５によって、上記の超広帯域方式の無線信号Ｏｕｔに変換されて無線センサ装置１０から外部へと出力されることになる。

以上述べた本実施形態の無線センサ装置１０によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏することができる。加えて、増幅されたセンサ部Ａの出力Ｓｉｎである増幅電圧信号Ｖｏｕｔが予め設定された閾値である閾値電圧Ｂ１，Ｂ２を越えない場合は、信号処理回路部Ｂを信号処理回路部Ｂの消費電流を制限した待機モードに設定し、越える場合は、信号処理回路部Ｂを信号処理回路部Ｂの消費電流を定格電流とした動作モードに設定するモード切替回路８を備えているので、信号処理回路部Ｂの消費電流を抑えて省エネルギー化を図ることができる。

また、本実施形態の無線センサ装置１０は、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れることを防止するために、上記実施形態１のような逆流阻止用のダイオードの代わりに、インバータＩＮＶとスイッチＴｒ３からなる逆流防止回路７ｄを備えているので、ダイオードの順方向電圧に起因する電力損失をなくすことができて、無線センサ装置１０のさらなる省エネルギー化を図ることができ、これにより小型化した際でも、廊下等の数十ｌｘの低照度下で動作させることが可能になる。

尚、無線送信回路部Ｃにも、上記のモード切替回路８と同様なモード切替手段を設けることとしてもよく、この場合、モード切替の判断は、例えば信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔがハイレベルの信号であれば動作モードに設定し、ローレベルの信号であれば待機モードに設定するようにすればよい。すなわち、前記モード切替手段は、信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔがローレベルの信号であれば、無線送信回路部Ｃを無線送信回路部Ｃの消費電流を制限して最低限動作できる程度とした待機モードに設定し、検知出力Ｐｏｕｔがハイレベルの信号であれば、無線送信回路部Ｃを無線送信回路部Ｃの消費電流を定格電流にして十分に動作することができる動作モードに設定する。

このようにすれば、人体を検知したことを示すハイレベルの検知出力Ｐｏｕｔを受けたときのみ無線送信回路部Ｃが動作モードとなり、人体を検知していないとき（つまり、検知出力Ｐｏｕｔがローレベルのとき）は、無線送信回路部Ｃの消費電力を抑えて無線センサ装置１の省エネルギー化を図ることができる。また、上記の信号処理回路部Ｂでは、最低限増幅電圧信号Ｖｏｕｔの比較を行わなければならないために動作を停止する停止モードに設定することはできないが、無線送信回路部Ｃでは、待機モードに設定するかわりにモード切替手段を除いて無線送信回路部Ｃの動作を停止する停止モードに設定することができる。したがって、上記のモード切替手段によって、検知出力Ｐｏｕｔがローレベルの信号であるときに無線送信回路部Ｃを停止モードに設定するようにすれば、さらなる省エネルギー化を図ることができる。

（実施形態３）
本実施形態の無線センサ装置１１は、上記の実施形態１の無線センサ装置１において、電力発生部Ｄに停止回路７ｅを設けて、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃを動作させるのに必要な電力が発電素子６から得られない場合には、２次電池７ｂから安定化回路７ａへの電力供給を停止して、２次電池７ｂから信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃのみに電力供給を行わせるようにしたことに特徴があり、その他の構成は上記実施形態１と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、本実施形態の電力発生部Ｄは、図７に示すように、発電素子６と、電源回路７１とを備え、電源回路７１は、発電素子６の発電電圧Ｖを安定化する安定化回路である安定化回路７ａと、安定化回路７ａの出力電圧により充電される２次電池７ｂと、２次電池７ｂと安定化回路７ａとの間に設けられて、２次電池７ｂから安定化回路７ａに電流が流れることを防止する逆流防止用のダイオード７ｃと、停止回路７ｅとを具備している。

停止回路７ｅは、例えば、発電素子６によるエネルギー供給が十分であるか否かを判断する基準となる動作停止用の閾値と発電電圧Ｖとの比較、並びに動作停止用の閾値より大きい動作開始用の閾値と発電電圧Ｖとの比較を行うコンパレータ（図示せず）や、該コンパレータの出力信号によって２次電池７ｂから安定化回路７ａへの電力供給をオン／オフするスイッチ（図示せず）等を備えている。そして、停止回路７ｅは、発電素子６から得られる発電電圧Ｖが予め設定された動作停止用の閾値未満である場合は、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃを動作させるのに必要な電力が発電素子６から得られていないとみなして、２次電池７ｂから安定化回路７ａへの電力供給を停止する。また、停止回路７ｅは、発電素子６から得られる発電電圧Ｖが動作開始用の閾値以上である場合は、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃを動作させるのに必要な電力が発電素子６から得られているとみなして、２次電池７ｂから安定化回路７ａへの電力供給を行う。ここで、動作開始用の閾値を動作停止用の閾値より大きくしているのは、発電素子６から電流を引き抜き始めたときに、発電素子６の発電電圧Ｖが大きく低下して、このような発電電圧Ｖの低下によって動作開始直後に動作が停止されてしまうことを防止するためである。

このような停止回路７ｅを設ける場合でも、発電素子６として色素増感型太陽電池を用
いることにより、アモルファス型太陽電池を用いる場合に比べて省エネルギー化を図ることが可能となる。これは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、色素増感型太陽電池の曲線因子がアモルファス型太陽電池の曲線因子よりも大きいことに起因する。すなわち、色素増感型太陽電池は、Ｉ−Ｖ特性がアモルファス型太陽電池よりも大きいために、発電素子６から電流を引き抜き始めた際の発電電圧Ｖの電圧降下が小さく、これにより停止回路７ｅにおける動作開始用の閾値と、動作停止用の閾値との差を小さくして、発電電圧Ｖが動作開始用の閾値を越えるまでの間に消費される電力を低減することが可能となるからである。

したがって、本実施形態の無線センサ装置１１によれば、上記の実施形態１の利点を得ることができるのは勿論、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃを動作させるのに必要な電力が発電素子６から得られない場合には、停止回路７ｅによって安定化回路７ａの動作を停止して、無線センサ装置１１を動作させるのに最低限必要な信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃのみに２次電池７ｂから電力供給を行うようにしているので、無駄な電力消費を抑えて無線センサ装置の省エネルギー化を図れ、これにより２次電池７ｂによる動作時間を長くできるという効果を奏する。

（実施形態４）
ところで、発電素子６は、上記実施形態１で述べたように色素増感型太陽電池であり、このような色素増感型太陽電池は、アモルファス型太陽電池に比べて同照度下での発電電力が大きく、また図４（ａ），（ｂ）に示すように、低照度で曲線因子が大きくなるというＩ―Ｖ特性を有し、この傾向は低照度になればなるほど強まることがわかっている（特に１００ｌｘ以下のような低照度下において、色素増感型太陽電池の曲線因子がアモルファス型太陽電池の曲線因子に比べて顕著に大きくなることがわかっている）。

そのため、発電素子６を低照度下（数十ルクス程度）で用いる際には、図４（ｂ）に示すように、発電素子６の発電電流を、発電電力が最大となる電流値Ｉｍ以下で使用するようにすれば（言い換えれば、信号処理回路部Ｂお帯び無線送信回路部Ｃの消費電流がＩｍ以下となるようにすれば）、発電素子６の発電電圧を略一定に保つことが可能となる。

このような発電素子６の特性に鑑み、本実施形態の無線センサ装置１２は、電力発生部Ｄに安定化回路７ａを設けていないことに特徴があり、その他の構成は上記実施形態１と同様であるから、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、電力発生部Ｄを除く無線センサ装置１２の動作については、上記実施形態１の無線センサ装置１と同様であるから説明を省略する。

すなわち、本実施形態の無線センサ装置１２は、図８に示すように、センサ部Ａと、Ｉ／Ｖ変換回路２、電圧増幅回路３、及び比較回路４を有し、センサ部Ａからの出力Ｓｉｎをアナログ増幅するとともにアナログ増幅された出力Ｓｉｎが予め設定された閾値を越えたときに検知出力Ｐｏｕｔを発生する信号処理回路部Ｂと、信号処理回路部Ｂの検知出力Ｐｏｕｔを変換回路５で変換してなる無線信号Ｏｕｔにより外部へ送信する無線送信回路部Ｃと、発電素子６及び電源回路７２を備え、信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｃに動作電力を供給する電力発生部Ｄとを具備し、電力発生部Ｄの電源回路７２は、発電素子６の発電電圧Ｖにより充電される２次電池７ｂと、２次電池７ｂと発電素子６との間に設けられて、２次電池７ｂから発電素子６に電流が流れることを防止する逆流防止用のダイオード７ｃとで構成されている。

したがって、本実施形態の無線センサ装置１２によれば、上記実施形態１の利点を得ることができるのは勿論、発電素子６により発電された電力を信号処理回路部Ｂ及び無線送信回路部Ｄに直接供給することで、安定化回路７ａを設けないようにしているので、安定
化回路７ａの消費電力分だけ、省エネルギー化を図ることが可能となる。そのため、上記実施形態１の無線センサ装置１に比べて、さらに小型化を図ることができるとともに、廊下等の数十ｌｘの低照度下低照度下でも動作させることが可能になる。

１ 無線センサ装置
２ Ｉ／Ｖ変換回路
３ 電圧増幅回路
４ 比較回路
５ 変換回路
６ 発電素子
７ａ 安定化回路
７ｂ ２次電池
Ａ センサ部
Ｂ 信号処理回路部
Ｃ 無線送信回路部
Ｄ 電力発生部

Claims (6)

1. センサ部と、該センサ部からの出力をアナログ増幅するとともに、アナログ増幅された出力が予め設定された閾値を越えたときに検知出力を発生することで前記センサ部からの出力を１ビットの信号に変換する信号処理回路部と、前記信号処理回路部からの検知出力を無線信号により外部へ送信する無線送信回路部と、色素増感型太陽電池からなる発電素子、及び該発電素子の発電電圧を安定化する安定化回路を備えて前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部に動作電力を供給する電力発生部とを具備していることを特徴とする無線センサ装置。
2. センサ部と、該センサ部からの出力をアナログ増幅するとともに、アナログ増幅された出力が予め設定された閾値を越えたときに検知出力を発生することで前記センサ部からの出力を１ビットの信号に変換する信号処理回路部と、前記信号処理回路部からの検知出力を無線信号により外部へ送信する無線送信回路部と、色素増感型太陽電池からなる発電素子を備え該発電素子により発電された電力を前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部に直接供給する電力発生部とを具備していることを特徴とする無線センサ装置。
3. 前記発電素子は、透明電極と、該透明電極の一面側に設けられ色素が吸着された半導体層と、該半導体層における透明電極と反対の面側に設けられる対向電極と、前記半導体層と前記対向電極との間に設けられる電解質層とからなる色素増感型太陽電池であって、前記電解質層は、少なくともＩ⁻とＩ_３ ⁻とを含み、Ｉ_３ ⁻の濃度が０ｍｏｌ／ｄｍ^３超、０．０２ｍｏｌ／ｄｍ^３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線センサ装置。
4. 前記センサ部の出力が予め設定された閾値を越えない場合には、前記信号処理回路部を消費電流が制限された待機モードに設定し、前記センサ部の出力が前記閾値を越える場合には、前記信号処理回路部を消費電流が前記信号処理回路部の定格電流となる動作モードに設定する切替手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
5. 前記電力発生部は、前記発電素子の発電電圧により充電される蓄電素子を備え、前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部を動作させるのに必要な電力が前記発電素子から得られない場合には、前記蓄電素子から前記信号処理回路部及び前記無線送信回路部のみに電力供給を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線センサ装置。
6. 前記無線送信回路部は、超広帯域無線通信により前記信号処理回路部からの検知出力を外部へ送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線センサ装置。

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