JP2016217937A - 焦電型赤外線人体検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポップコーン性ノイズに対する耐量を上げた焦電型赤外線人体検知装置を提供する。
【解決手段】チタン酸ジルコン酸鉛などからなる焦電型光電変換素子から生じる焦電電流をＩＶ変換器で電圧変換し電圧出力しアンプ回路で電圧増幅する事なくマイクロコンピュータなどの演算手段に直接入力する。
【選択図】図１
【解決手段】チタン酸ジルコン酸鉛などからなる焦電型光電変換素子から生じる焦電電流をＩＶ変換器で電圧変換し電圧出力しアンプ回路で電圧増幅する事なくマイクロコンピュータなどの演算手段に直接入力する。
【選択図】図１
Description
本発明は人の動きを検知し侵入者警備や照明の自動点灯などに利用する焦電型赤外線人体検知装置に関する。
焦電型赤外線センサーは、焦電体内部の自発分極量が温度によって変化し、焦電型光電変換素子に設けた電極より焦電流として電気信号に変換する熱型の光電変換器である。
焦電型光電変換素子は電気的等価回路上、内部抵抗の非常に高い電流源であり、通常は特開平９−１４８８５８、図８の1、2に記載の通りＲｇと呼ばれる高抵抗でＩＶ変換され、ＪＦＥＴでインピータンス変換された後出力される。
焦電型光電変換素子は電気的等価回路上、内部抵抗の非常に高い電流源であり、通常は特開平９−１４８８５８、図８の1、2に記載の通りＲｇと呼ばれる高抵抗でＩＶ変換され、ＪＦＥＴでインピータンス変換された後出力される。
ここでの問題はＲｇが１００ＧΩ程度と非常に高い事と焦電型光電変換素子に寄生する静電容量が２０ｐＦ程度有る為、時定数τは１００ＧΩ×２０ｐＦ＝２Ｓと長く、ＪＦＥＴなどから生じるポップコーン性のノイズが２Ｓの時定数で平滑され、人体の動きとの識別が困難になる。
ポップコーン性ノイズとは、2つかそれ以上のレベル間でガウス雑音的でない突然のステップ状の遷移が起きるもので、無作為かつ予測不能なタイミングで発生する。オフセット電圧またはオフセット電流のシフトは数ミリＳ続くと言われる。
音響回路ではパチパチいう破裂音に成るもので、本装置でも本来、数ミリＳ（数百Ｈｚ）のノイズと考えられるポップコーン性ノイズは 緩慢（最大2Ｈｚ程度）である人体の動作とは時間軸上２桁の差が有り、本来、識別可能と考えるが数ミリＳのポップコーン性ノイズは２Ｓの時定数で平滑され識別困難な低周波に変換されている。
音響回路ではパチパチいう破裂音に成るもので、本装置でも本来、数ミリＳ（数百Ｈｚ）のノイズと考えられるポップコーン性ノイズは 緩慢（最大2Ｈｚ程度）である人体の動作とは時間軸上２桁の差が有り、本来、識別可能と考えるが数ミリＳのポップコーン性ノイズは２Ｓの時定数で平滑され識別困難な低周波に変換されている。
また、特開２０００−９８５８では焦電型光電変換素子をＩＶ変換器で受ける事は記載されているが、後段に電圧増幅回路を有しており、その帯域幅、スルーレートなどの弊害が有り、ポップコーン性ノイズと人体の動作との識別比を低下せしめるものである。
背景と人の表面温度の差を赤外線エネルギーの変化としてとらえる焦電型赤外線人体検知装置に於いて、チタン酸ジルコン酸鉛などからなる焦電型光電変換素子から生じる焦電電流をＩＶ変換器で電圧変換し、電圧出力しアンプ回路で電圧増幅する事なくマイクロコンピュータなどの演算手段に直接入力する事により、焦電型光電変換素子の寄生容量から生じる遅延に対し、侵入者検知や照明のトリガーに用いられる焦電型赤外線人体検知装置に於いて、電子部品固有のポップコーン性ノイズと人体の検知信号の識別比を上げ、信頼性の高い焦電型赤外線人体検知装置を安価に提供す事である。
焦電型光電変換素子から生じる焦電電流をＩＶ変換器で電圧変換し、電圧出力しアンプ回路で電圧増幅する事なくマイクロコンピュータなどの演算手段に直接入力する事である。
先ず焦電素子をＪＦＥＴ差動入力で構成されたＩＶ変換器の反転入力と比反転入力へ接続する事により、焦電素子の両端は等価的短絡となりその寄生容量２０ｐＦ程度は無視でき、Ｒｇとの掛け算で生じる時定数も無くなり、数ミリＳ（数百Ｈｚ）のノイズと考えられるポップコーン性ノイズは 緩慢（最大2Ｈｚ程度）である人体の動作とは時間軸上２桁の差を有したまま演算する事が可能である。
またＩＶ変換器とマイクロコンピュータなどの演算手段の間にアンプ回路などが入って居ないのでポップコーン性ノイズの遅延や訛りを最小限にし時間軸上で人体検知信号との識別比を上げることが可能である。
ここで通常のマイクロコンピュータ内臓の逐次比較型ＡＤ変換機はの分解能は１０Ｂｉｔ程度でありＶＤＤ＝３．３Ｖで使用の場合、１ＬＳＢは３．３Ｖ／１０２４＝約３．２ｍＶである。
またＩＶ変換器後の人体検知時の出力電圧も３ｍＶ程度でありその分解能は十分ではない。そこで1ＬＳＢ程度の振幅の三角波上のディザを重畳し多数回サンプリングしその分解能を上げる事が可能である。
先ず焦電素子をＪＦＥＴ差動入力で構成されたＩＶ変換器の反転入力と比反転入力へ接続する事により、焦電素子の両端は等価的短絡となりその寄生容量２０ｐＦ程度は無視でき、Ｒｇとの掛け算で生じる時定数も無くなり、数ミリＳ（数百Ｈｚ）のノイズと考えられるポップコーン性ノイズは 緩慢（最大2Ｈｚ程度）である人体の動作とは時間軸上２桁の差を有したまま演算する事が可能である。
またＩＶ変換器とマイクロコンピュータなどの演算手段の間にアンプ回路などが入って居ないのでポップコーン性ノイズの遅延や訛りを最小限にし時間軸上で人体検知信号との識別比を上げることが可能である。
ここで通常のマイクロコンピュータ内臓の逐次比較型ＡＤ変換機はの分解能は１０Ｂｉｔ程度でありＶＤＤ＝３．３Ｖで使用の場合、１ＬＳＢは３．３Ｖ／１０２４＝約３．２ｍＶである。
またＩＶ変換器後の人体検知時の出力電圧も３ｍＶ程度でありその分解能は十分ではない。そこで1ＬＳＢ程度の振幅の三角波上のディザを重畳し多数回サンプリングしその分解能を上げる事が可能である。
数ミリＳ（数百Ｈｚ）のノイズと考えられるポップコーン性ノイズは 緩慢（最大2Ｈｚ程度）である人体の動作とは時間軸上２桁の差を有したまま演算する事が可能であり、ポップコーン性ノイズに対する耐量を上げる事が出来る。
また、アンプ回路などの電圧増幅部を有さないので価格、サイズ共に有利である。
また、アンプ回路などの電圧増幅部を有さないので価格、サイズ共に有利である。
１，２，３の破線内が焦電センサーを構成する部分で人体の動作から発せられる僅かな赤外線の変化は、1．焦電型光電変換素子で光電変換され赤外線の変化が焦電流に変換される。
焦電流は２．ＩＶ変換用抵抗を流れ３．ＩＶ変換器の出力に電圧として変換出力される。
特開平９−１４８８５８図８の１，２に記載の様な焦電型光電変換素子とＩＶ変換用抵抗が並列接続され焦電型光電変換素子に寄生する静電容量とＩＶ変換用抵抗との掛け算で生じる時定数（遅延）は無い。
本方式では焦電型光電変換素子の両端は等価的ショートに有るのでここで時定数（遅延）は無い。
焦電流は２．ＩＶ変換用抵抗を流れ３．ＩＶ変換器の出力に電圧として変換出力される。
特開平９−１４８８５８図８の１，２に記載の様な焦電型光電変換素子とＩＶ変換用抵抗が並列接続され焦電型光電変換素子に寄生する静電容量とＩＶ変換用抵抗との掛け算で生じる時定数（遅延）は無い。
本方式では焦電型光電変換素子の両端は等価的ショートに有るのでここで時定数（遅延）は無い。
図２がＩＶ変換器の回路図であるがＮｃｈＪＦＥＴ差動入力とした簡易な構成である。
焦電センサーの応答速度は概ね図２のＩＶ変換器のアイドル電流に支配されるので１０．ソース抵抗の値を最適にすることでポップコーン性ノイズ識別に必要な過渡応答性を確保可能である。
焦電センサーの応答速度は概ね図２のＩＶ変換器のアイドル電流に支配されるので１０．ソース抵抗の値を最適にすることでポップコーン性ノイズ識別に必要な過渡応答性を確保可能である。
反面、特開平９−１４８８５８図８の１，２に記載の様な焦電型光電変換素子とＩＶ変換用抵抗が並列に接続されたものでは並列接続され、誘電体でもある焦電型光電変換素子に寄生する静電容量は任意に制御困難で静電容量が２０ｐＦ程度有り１００0ＧΩ程度と非常な高抵抗との時定数（遅延）は回避困難である。
図１の５．はマイクロコンピュータでありＡＤ変換器は１０Ｂｉｔ、６．逐次比較ＡＤ変換器、基準電圧は分解能を上げる為、電源電圧では無く電源電圧を分圧して得ている。４．ディザ出力よりディザを重畳しながら多数回ＡＤ変換し積算する事により分解能を向上する事が可能である。
上記デジタル値に変換された後、ポップコーン性ノイズ識別は下記メディアンフィルターなど困難ではない。例えば１６回のデータを値の大小でソートし上から４個、下から４個破棄し、残りの８個を平均化すればよい。
図１の５．はマイクロコンピュータでありＡＤ変換器は１０Ｂｉｔ、６．逐次比較ＡＤ変換器、基準電圧は分解能を上げる為、電源電圧では無く電源電圧を分圧して得ている。４．ディザ出力よりディザを重畳しながら多数回ＡＤ変換し積算する事により分解能を向上する事が可能である。
上記デジタル値に変換された後、ポップコーン性ノイズ識別は下記メディアンフィルターなど困難ではない。例えば１６回のデータを値の大小でソートし上から４個、下から４個破棄し、残りの８個を平均化すればよい。
１ 焦電型光電変換素子
２ ＩＶ変換用抵抗
３ ＩＶ変換器
４ ディザ注入用抵抗
５ ＩＶ変換器出力抵抗
６ 逐次比較ＡＤ変換器、基準電圧
７ マイクロコンピュータ出力
８ 比反転（＋）入力端子
９ 反転（−）入力端子
１０ ソース抵抗
２ ＩＶ変換用抵抗
３ ＩＶ変換器
４ ディザ注入用抵抗
５ ＩＶ変換器出力抵抗
６ 逐次比較ＡＤ変換器、基準電圧
７ マイクロコンピュータ出力
８ 比反転（＋）入力端子
９ 反転（−）入力端子
１０ ソース抵抗
Claims (4)
- 背景と人の表面温度の差を赤外線エネルギーの変化としてとらえる焦電型赤外線人体検知装置に於いて、チタン酸ジルコン酸鉛などからなる焦電型光電変換素子から生じる焦電電流をＩＶ変換器で電圧変換し電圧出力しアンプ回路で電圧増幅する事なくマイクロコンピュータなどの演算手段に直接入力する事を特徴とした焦電型赤外線人体検知装置。
- 請求項１のＩＶ変換器はＪＥＦＴ差動入力で構成される事を特徴とした焦電型赤外線人体検知装置。
- 請求項１のマイクロコンピュータなどの演算手段はＩＶ変換器からの電圧に略三角波を重畳しディザリングした上で逐次比較型ＡＤ変換値を多数回積算し、人体検知判断する事を特徴とした焦電型赤外線人体検知装置。
- 請求項１のマイクロコンピュータなどの演算手段はＩＶ変換器からの電圧を逐次比較型ＡＤ変換する際に逐次比較型ＡＤ変換器の一部である比較器の基準電圧に略三角波を重畳しディザリングした上で逐次比較型ＡＤ変換値を多数回積算し、人体検知判断する事を特徴とした焦電型赤外線人体検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015104526A JP2016217937A (ja) | 2015-05-22 | 2015-05-22 | 焦電型赤外線人体検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015104526A JP2016217937A (ja) | 2015-05-22 | 2015-05-22 | 焦電型赤外線人体検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016217937A true JP2016217937A (ja) | 2016-12-22 |
Family
ID=57580732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015104526A Pending JP2016217937A (ja) | 2015-05-22 | 2015-05-22 | 焦電型赤外線人体検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016217937A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4715278Y1 (ja) * | 1967-07-31 | 1972-05-30 | ||
| JPS62503119A (ja) * | 1985-04-17 | 1987-12-10 | サーモスキャン，インコーポレーテッド | 赤外電子温度計及び温度測定法 |
| JP2000183741A (ja) * | 1998-12-15 | 2000-06-30 | Fuji Electric Co Ltd | Ａｄ変換回路 |
-
2015
- 2015-05-22 JP JP2015104526A patent/JP2016217937A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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| JPS4715278Y1 (ja) * | 1967-07-31 | 1972-05-30 | ||
| JPS62503119A (ja) * | 1985-04-17 | 1987-12-10 | サーモスキャン，インコーポレーテッド | 赤外電子温度計及び温度測定法 |
| JP2000183741A (ja) * | 1998-12-15 | 2000-06-30 | Fuji Electric Co Ltd | Ａｄ変換回路 |
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